Účinnost plynové elektrárny

[houmr]

Mám téma především pro všeznala Ekkara

Včera jsme v kolegou v autě vedli debatu na téma elektrárny. Vyvstala z toho následující otázka - elektrárna spalující plyn - bude mít větší učinnost tak, kde se bude plyn spalovat pod kotlem a turbínou se bude roztáčet generátor, nebo ta, která by plynem poháněla zážehový motor, který by roztáčel generátor. Případně jaké další aspekty je dobre kolem toho zmínit.

[HF_Tech]

Nejvyšší účinnost bude mít ta, která bude plyn spalovat přímo v turbíně a vodní mezičlánek vynechá úplně.

[jirka5]

Opravdu? Na internetu jsem se dočetl, že účinnost plynové turbíny dosahuje běžně 30 až 50% a že Siemens dosahuje účinnosti až 63%. Zdá se mi to zoufale málo, většina tepla uteče do luftu.

[HF_Tech]

Účinnost budeš mít těžko větší něž u Carnotova cyklu: ηk = 1 − To/Tp
Čím vyšší je rozdíl mezi teplotou média vstupujícího do stroje a teplotou výstupní, tím je účinnost vyšší.

[bu2520]

moderní jsou dnes kogenerační jednotky, můj známý jí má ve firmě a nemůže si jí vynachválit, ovšem je fakt, že celý rok využívá teplo.

[Artaban001]

Nejvyšší účinnost bude mít ta, která bude plyn spalovat přímo v turbíně a vodní mezičlánek vynechá úplně.

Spaliny z plynové turbíny jdou ještě do parního kotle a pára ještě pohání další turbíny. Viz třeba Paroplynová teplárna Červený mlýn v Brně, kterou jsem měl tu čest navštívit a tu velkou turbínu vidět na vlastní oči.
Nedokážu si představit zážehový, ani vznětový motor běžící 24h a 7 dní v týdnu po celý rok. Což turbíny běžně takhle fungují - i když z pravidelnými odstávkami na údržbu - cca 1. ročně (?)

[EKKAR]

Ten PÍSTOVEJ spalovák by musel bejt pomaluběžnej, něco jako lodní motory firmy Wärtsilä. Samozřejmě přeplňovanej a se sekundárním využitím tepla jak z vejfukovejch plynů nějakým výměníkem, tak s odběrem tepla z chlazení. Potom když se spočítá TEPELNÁ účinnost, bude blízká 100%, dejme tomu 90%. Elektrická bude rovná součinu účinnosti spalováku v převodu potenciální tepelný energie na mechanickou na hřídeli a energetický účinnosti s tím motorem spojenýho generátoru - v převodu mechanický práce na elektriku. Zážehovej přeplňovanej motor má v nejlepším případě účinnost na hranici 40%, takže 60% vstupní měrný energie v palivu z něj odejde v podobě odpadního tepla. Dýzlák je účinnější kvůli vyšším pracovním tlakům, jenže ten zase nejde provozovat na plyn - aspoň ne plně, existujou kompaundní motory, který nasávají vzduchoplynovou směs, která se komprimuje v poměru blízkým dýzlu - a k zážehu se používá vznět vstříknutýho malýho množství nafty resp. jinýho obdobně fungujícícho uhlovodíkovýho paliva. Je to mnohem komplikovanější konstrukce než jednoduchej spalovák.
No a k tý účinnosti 0,4 se musí připočítat účinnost samotnýho generátoru, která bejvá kolem 90% a závisí na velikosti - a při výpočtu se násobí, takže 0,4 x 0,9 je přibližnejch 36% při převodu palivo/elektrika mechanickou cestou.

Vedle toho je možnost paroplynovýho cyklu, kde výstup ze spalovací turbíny (v podstatě plyn spalující proudovej motor s odběrem mechanický energie pro pohon generátoru - z upravenejch tryskovejch motorů se takhle dělaly kompresory na plynovody, palivem byl přímo přepravovanej zemňák) "vytápí" parní kotel s přenosem energie na další generátor pomocí parní turbíny. Existujou i kombinovaný soustrojí, kdy jsou spalovací i parní turbína propojený přes převod do společnýho výstupu na generátor (používaný na lodích). U takovejch kombinací pak účinnost samozřejmě přesahuje účinnost jednoho typu tepelnýho motoru, protože základní teplo vzniklý spálením jednotkovýho množství paliva se využije "stupňovitě" vícekrát, je ale problém se složitostí konstrukce a s regulací. Energeticky jsou využívaný na tomhle principu už vejš zmíněný paroplynový elektrárny, kde ale účinnost nejde jednoduše určit na konkrétní hodnotu - ta se mění podle stupně využití jednotlivejch částí a taky podle toho, jestli je nebo není využitý koncový zbytkový teplo pro například nějaký topný účely. Ale řekněme, že paroplyn může dosahovat od nejnepříznivějších cca 50% až do 80% v nějakým ideálním případě, kdy zbytkový teplo vytápí nějakou aglomeraci jako elektrárna Opatovice "krmí " teplem Koněpůlky i Mechov nebo třeba skleníky jako u elektrárny Turów u Bogatyně v Pšonsku na druhý straně hranice od Hrádku nad Nisou ...

[p32]

elektrárna spalující plyn - bude mít větší učinnost tak, kde se bude plyn spalovat pod kotlem a turbínou se bude roztáčet generátor, nebo ta, která by plynem poháněla zážehový motor, který by roztáčel generátor.

V každém případě ve zkratce bych vynechal další pokazitelný a nespolehlivý faktor, tj. ten zážehový motor. K tomu nemusí být elaborát od ekkara, ale stačí selský rozum. Provoz v zimě, chlazení, účinnost a co se dá pokazit. Takže za A).

[DukeNuke]

Zas tak jasně bych to neviděl. Motorové elektrárny existují a používají se. Přičemž motor, pokud běží, pak mu na zimě nezáleží, zahřeje se sám. Navíc ji vidím jako jednodušší - pouze motor a generátor.
U klasiky máš kotel (podléhající revizi), parní turbínu (podléhající revizi) a generátor. Kromě toho i zde musí být chlazení - pára kondenzuje zpět na vodu. Suma sumárum, je zde daleko více zařízení, která se mohou porouchat.

[HF_Tech]

No už je nejvyšší čas přejít na generátory využívající energii nulového bodu jako civilizace Antiků

[EKKAR]

Zas tak jasně bych to neviděl. Motorové elektrárny existují a používají se. Přičemž motor, pokud běží, pak mu na zimě nezáleží, zahřeje se sám. Navíc ji vidím jako jednodušší - pouze motor a generátor.
...

Největší výhoda motorovejch generátorů je jejich operativnost - do plnýho výkonu jsou schopný v krajních podmínkách naběhnout v řádu vteřin. Například záložním dýzlákům v nemocnicích trvá náběh maximálně 10 vteřin za jakejchkoli povětrnostních podmínek - v zimě se u nich používá předehřev, aby se nemusely po startu ohřejvat vlastním teplem. Plynový turbíně náběh do plnýho výkonu trvá kvůli vyšším provozním otáčkám a setrvačnosti rotujících hmot delší dobu, ale zas má vyšší měrnej výkon na kilo vlastní váhy.

Ale s těma povinnýma revizema si nedělej iluze - spalováky i s připojenýma generátorama se musejí pravidelně revizovat taky, už jenom proto, že často zajišťujou nouzový dodávky pro kritický provozy a pracoviště.

[DukeNuke]

Funkční zkouška plný záskok 1x za tři měsíce (což při trvalém provozu odpadá).
Výměna oleje, filtrů 1x ročně (což se při trvalém provozu může změnit).
Co se týče vysokotlakého kotle, je toho víc. Jako např.: provozní revize, vnitřní revize, zkouška těsnosti a občas tlaková zkouška. Ono jde o vyhrazené tlakové zařízení. Automechanik je o hodně levnější.

[xmurgi]

Moderná elektráreň spaľujúca plyn môže byť riešená(ale nemusí byť vždy.. bežné je aj viac-hriadeľové usporiadanie) ako paroplynový cyklus kde na jednej osi otáčajúcej sa synchrónnymi otáčkami kooperuje plynová turbína, parná turbína a samozrejme synchrónny generátor.
Z pohľadu využitia energie je prvotná premena tepelnej energie plynu na mechanickú prácu v plynovej turbíne pričom spaliny z turbíny sú využívané na výrobu pary, ktorá poháňa parnú turbínu. Pri technológii kde sa nevyužíva odber pary na vykurovacie účely to dokáže vyrábať elektrickú energiu s účinnosťou niečo málo pod 60%. cca. 500MWe výrobný blok je napr. postavený na SK pri Trnave (Malženice) a jeho dvojička je o pár desiatok km južnejšie v HU pri obci Gönyu hneď pri Dunaji za štátnou hranicou.

V CZ máte v rámci veľkej energetiky v elektrárni Počerady viac-hriadeľový systém s celkovým výkonom cca. 840MWe.

Inak z pohľadu realizácie sa jedná o celkom "jednoduché" a priestorovo nenáročné riešenie v porovnaní s atómovou alebo klasickou uhoľnou elektrárňou. Ku šťastiu to potrebuje dostatočne hrubú plynovú rúru niekde poblíž, trochu vody a samozrejme aj nejakú 400kV rozvodňu. Nerieši sa žiadne palivové hospodárstvo, spätný cyklus v atómke a iné veci... Inak je treba len kus pozemku, jednu väčšiu montovanú výrobnú halu. Samotnú technológiu dovezie "pár" kamiónov... Vôbec sa nečudujem, že na tom Nemci chceli postaviť celú transformáciu na GreenDeal.
V Malženiciach to má výkon jedného modernizovaného reaktora VVER440 pričom samotná technológia je umiestnená maximálne na ploche čo v atómke zaberá len generátorová sála pre jeden reaktor.. aj to som možno prehnal.

Pre riadenie elektrizačnej sústavy má taký zdroj "blahodárne" účinky (ak je samozrejme v prevádzke).. jeho dynamické a regulačné schopnosti sú bezkonkurenčné... a pritom sa rozprávame stále o klasickom synchrónnom stroji.

[MiraSt]

U nás na šachtě a i na jiných šachtách na ostravsku jedou KGJ fy Tedom 24/7. Občas nějaký servis. Spalovák, generátor a trafo. Generátor vyrábí 400V a pak se to transformuje podle napájecí sítě. Přímo u nás se tím ohřívá voda do koupelen a jinde to jde do luftu. Ještě dopisuju, že to jede na CH4-metan. Z dolu.

[ec1045]

Jo paroplyn je hezká hračka a i docela jednoduchá a kompaktní ale je to dost závislé na dodávkách plynu a jde o nejdražší provoz. Klasická (tepelná) elektrárna musí mít (nebo aspoň to tak bylo) zásoby paliva na min tři měsíce provozu. Jádro má tu výhodu, že z velmi malého množstvý paliva se dá vidindat moc anergie aneb z reaktoru o velikosti cca standardního autobusu se tahá 1000MVe a jednou za půl roku vyměníš čtvrtinu paliva a to jsi z celého objemu paliva využil tak cca 2%. Ač to tak nevypadá tak jádro je druhý nejlevnější zdroj a to v těsném závěsu za vodní elektrárnou. I jádro jde použít na regulaci sítě, jen se s tím musí v projektu počítat … jako u každého zdroje.

Zásoby paliva na tři měsíce v plnu či uhlí je docela slušný objem a to uhlí se sladuje lépe … pod širým nebem, zásoba paliva pro reaktor na dva roky … příruční sklad vedle reaktorového sálu …

Jinak využití energie v hmotě … anihilace hmoty 100%, fůze 50%, štěpení 1%, chemická reakce 0% (těch nul za desetinou čárkou je tam dost) aneb E=mc²