Ugrás a tartalomhoz

Energetika – Energiamenedzsment

Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)

10. fejezet - Villamos erőművek és energetikai összehasonlításuk

10. fejezet - Villamos erőművek és energetikai összehasonlításuk

A villamos erőművek olyan nagyrendszerek, amelyek különböző energiahordozók­ból villamos energiát állítanak elő.

A világ első villamos erőművét Edison alkotta meg, amikor erőgépként gőz­gépet, munkagépként egyenáramú dinamót alkalmazott.[71] Ez a villamos erőmű konkrét célra készült, de hamarosan a villamos energiaátvitel került előtérbe. Deprez az 1882-es müncheni kiállításra egy 57 km hosszú kísérleti távvezetéket épített. Egy gőzgép hajtotta generátor egyenáramával, 1500–2000 V feszültségen működtette a kiállítási helyszínre telepítet villanymotort.

A villamos energia távolsági átvitelében igazi áttörést a váltakozó áramra való áttérés jelentette. A váltakozó áram alkalmazásával lehetővé vált a transzfor­mátorok széles körű, szervezett használata. A villamos erőátvitel újabb jelentős állomása a háromfázisú transzformátor alkalmazása.

Hőerőművek

Az előző fejezetben részletesen foglalkoztunk a hőtermelés különböző módozataival. A hőtermelést követő folyamatok alapján különböző energiaátalakítók kapnak szerepet. Főbb lehetőségeket a 10.1. ábra szemlélteti.[72]

A klasszikus hőerőművekben a tüzelőanyag elégetésével felszabaduló hő a gőz közvetítésével a gőzturbinában az expanzió révén forgó mozgássá alakul, mely a generátor forgatásával villamos energiát generál.

Gőzturbinás erőművek

A kazán tűzterében elégetett tüzelőanyag (szén, fűtőolaj, hulladék, biomassza) hője felmelegíti a kazán-dob-csővezeték rendszerben lévő nagynyomású vizet, amely gőzzé párologva a túlhevítőben magas hőmérsékletű gőzzé alakul. Ez a gőz expandál a gőzturbinában, a fáradt gőz hőtartalmát kondenzátorban vonják el. A kondenzátumot tápszivattyú juttatja a kazán vízterébe. A rendszer hatásfoka a Rankin–Clausius körfolyamat alapján elsősorban a kazántér nyomásától, a túl-hevítés hőfokától és a kondenzációs hőmérséklettől függ.

Közbenső energiák
E1 – primér energiahordozó kötött energiája
Q – hő
W – munka
E2 – villamos energia
Energiaátalakító berendezések
K – kazán
R – atomreaktor
Tgo – gőzturbina
Tga – gázturbina
G – generátor
É – égéstér
MHD – generátor
TC – tüzelőanyag cella

10.1. ábra - Hőerőművek energiaátalakítási folyamatai

Hőerőművek energiaátalakítási folyamatai


A gőzturbinás hőerőmű elvi vázlatát a 10.2.ábra szemlélteti. A legfontosabb egységeket (kazán, turbina, generátor, kondenzációs hűtőtorony, pernyeleválasztó, kéndioxid leválasztó, gipszüzem, …) e fejezetben található képek mutatják be.

10.2. ábra - A gőzturbinás erőmű folyamatábrája

A gőzturbinás erőmű folyamatábrája


Hazánkban a hagyományos hőerőművek fontos szerepet játszanak a villamosenergia ellátásában. Jelentősebb hazai gőzerőmű adatait az alábbi táblázat szemlélteti.

10.1. táblázat - Jelentősebb hazai gőzturbinás erőművek[a]

Erőmű neve Teljesítmény Fűtőanyag Építés időszaka
Paksi atomerőmű 2000 MW urán-oxid 1973–1986
Mátraaljai hőerőmű 800 MW lignit, biomassza 1965–1973
Tiszai hőerőmű 860 MW gudron, tüzelőolaj, földgáz 1971–1979
Pécsi hőerőmű 215 MW földgáz, biomassza 1955–1966

[a] http://hu.wikipedia.org/wiki/Magyarorsz%C3%A1gi_er%C5%91m%C5%B1vek_list%C3%A1ja


10.3. ábra - Erőművi blokk: kazán, szénőrlő malom

Erőművi blokk: kazán, szénőrlő malom


10.4. ábra - Szénőrlő malom kopása / Tűztér ellenőrző nyílása

Szénőrlő malom kopása / Tűztér ellenőrző nyílása


10.5. ábra - Turbina és generátor szint

Turbina és generátor szint


10.6. ábra - Szétbontott gőzturbina

Szétbontott gőzturbina


10.7. ábra - Gőzturbina járókereke

Gőzturbina járókereke


10.8. ábra - Heller-Forgó hűtőtorony, Hűtőelemek, Kéntelenítő berendezés

Heller-Forgó hűtőtorony, Hűtőelemek, Kéntelenítő berendezés


10.9. ábra - Blokkirányító

Blokkirányító


10.10. ábra - Az erőmű blokkjainak elrendezése

Az erőmű blokkjainak elrendezése


A klasszikus gőzturbinás erőművi blokkokat főként alaperőművi funkcióban üzemeltetik, de ma már gyakori a különböző kapcsolt üzemmódú működtetés is. A leggyakrabban alkalmazott módozatok: épületek hőigényének biztosítása, technológiai hőigények kielégítése, kombinált gáz/gőzerőművek létesítése.

A szén tüzelőanyaggal dolgozó gőzerőművek gőzkazánjai régebben többnyire rostélytüzelésűek voltak, ma már szénportüzelést és fluidágyas tüzelést alkal­maznak. Ezt a változtatást a tüzelőanyag váltás (lignit) és a környe­zet­védelmi előírások korlátozzák. Porszéntüzelés esetén oxigénhiányos, többlépcsős égés hozható létre, amely az NOx csökkentését jelentheti. Fluidágyas rendszernél mészkőpor adagolásával a SO2-t és az SO3-t lehet csökkenteni, s a korlátozott tűztéri hőmérséklet miatt az NOx képződés is csökken.

A szén alapú kazán tüzelés esetén a pernye leválasztásáról és a füstgáz kénte­lenítéséről gondoskodni kell. A pernye elhelyezése külön feladat. A kén leválasz­tás után keletkezett gipsz hasznosítható.

Gázturbinás erőművek

A gázturbina az elégetett tüzelőanyag füstgázának energiáját hasznosítja, a turbinában lezajló expanzió során (10.11. ábra).

10.11. ábra - A gázturbinás erőmű folyamatábrája

A gázturbinás erőmű folyamatábrája


A klasszikus gázturbinás erőműveket rendszerint csúcsra járatott egységként használták. A gázturbina felépítését a 10.12. kép (a, b) szemlélteti.

10.12. ábra - A gázturbina felépítése

A gázturbina felépítése


A nagyméretű szénhidogén tüzelőanyagú gőzerőmű egységeket az utóbbi időszakban kombinált gáz-/gőzerőművi blokkokra cserélik.

A mai alkalmazások többsége un. kapcsolt hő és energiatermelés, azaz a gázturbina után füstgázhő hasznosító hőcserélőt szerelnek, amely forróvizet HMV) vagy gőzt állít elő (10.13. ábra).

10.13. ábra - A gázturbinás erőmű kapcsolt forróvíz termeléssel

A gázturbinás erőmű kapcsolt forróvíz termeléssel


A jelentősebb hazai gázerőmű adatait az alábbi táblázat szemlélteti.

10.2. táblázat - Jelentősebb hazai gőzturbinás erőművek

Erőmű neve Teljesítmény Fűtőanyag Építés időszaka
Inotai gázturbinás csúcserőmű 200 MW gázolaj 1971–1975
Kelenföldi gázturbinás erőmű 136 MW földgáz, gázolaj 1990–1996
Csepeli gázturbinás erőmű 390 MW földgáz, gázolaj 1995–2000
Nyíregyházi Kom­binált ciklusú erőmű 49 MW földgáz 2006–2007

Gázmotoros erőművek

A gázmotorokat régóta alkalmazzák biogázok (állattartó telep, szennyvíztisztító iszap) hasznosítására. Az előállított villamos energiát általában helyi célra, sziget üzemmódban alkalmazzák. A 10.12. kép a hódmezővásárhelyi szennyvíztisztító szennyvíziszap feldolgozása során nyert gáz tárolását, a 10.13. kép a nyitrai szennyvíztisztitó gáztároló egységét mutatja. A 10.14. kép egy a gázt helyi célra hasznosító gázmotort, a 10.15. kép földgázzal és biogázzal is működőképes gázkazánt mutat.

Az utóbbi időben előtérbe került a kis teljesítményű gázmotorok alkalmazása fütőblokként távfűtési vagy házfűtési rendszerekben. Kiderült, hogy ezek a kapcsolt rendszereket kis teljesítménynél kedvező hatásfok jellemzi.

10.14. ábra - A gázmotoros erőmű kapcsolt forróvíz termeléssel

A gázmotoros erőmű kapcsolt forróvíz termeléssel


10.15. ábra - Szennyvíztisztítók gáztározói

Szennyvíztisztítók gáztározói


10.16. ábra - Gázmotor részlet / Kombinált gázkazán

Gázmotor részlet / Kombinált gázkazán


1 GJ hő átviteléhez szükséges vízmennyiség különböző visszatérő hőmérséklet esetén (10.3. táblázat). [73] [74]

10.3. táblázat - Gázmotor hő és víztérfogat viszonyai

Belépő hőmérséklet Kilépő hőmérséklet Fajlagos víz szükséglet
60 °C 106,84 °C 21,35 m3/GJ
70 °C 98,11 °C 35,58 m3/GJ
80 °C 89,37 °C 106,74 m3/GJ


Az újpalotai gázmotoros erőmű néhány 3D-s szimulációját mutatják a 10.1710.18. képek.

10.17. ábra - Gázmotoros fűtőerőmű egy blokkjának főbb egységei

Gázmotoros fűtőerőmű egy blokkjának főbb egységei


10.18. ábra - Gázmotoros fűtőerőmű három blokkjának elrendezése

Gázmotoros fűtőerőmű három blokkjának elrendezése




[71] 1882. New York – vasútállomás megnyitása – Thomas Alva Edison. Orlowski – Pezyrlowski: Talál­mányok könyve. Móra Ferenc Könyvkiadó, 1982. pp.61.

[72] Büki Gergely: Erőművek. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2004. pp. 15–20.

[73] Balikó Sándor: Gázmotor fűtési rendszerbe illesztése. Energiagazdálkodás 2002, 1. pp. 29.

[74] A villamos- és a hőteljesítmény arányai: Pl. a Kiskunhalasi Távhőszolgáltatónál: 320 KWe/ 535 KWth. Forrás: Bercsi Gábor: Gázmotoros kapcsolt energiatermelés helyzete az ezredfordulón. Energia­gazdálkodás 2001. 5. pp. 16–19.