Najprostszy stosowany obieg parowo-gazowy
Układ gazowo-parowy (
ang.
Combined Cycle) jest połączeniem układu
turbiny gazowej
i
turbiny parowej
.
Spaliny
za turbiną gazową mają stosunkowo wysoką
temperaturę
(500-700 °C). W prostym układzie turbiny gazowej są one wyrzucane do otoczenia, a ich
entalpia
o stosunkowo wysokiej wartości stanowi stratę wylotową. Natomiast w układzie gazowo-parowym spaliny te są wykorzystywane do wytworzenia
pary
w
wytwornicy pary
(kotle odzyskowym).
Zalety i wady
Układy gazowo-parowe posiadają szereg zalet, spośród których najważniejsze to:
- bardzo wysoka sprawność, sięgająca nawet 60%;
- niska awaryjność połączona z dużą dyspozycyjnością;
- niskie koszty inwestycyjne[1];
- krótki czas realizacji inwestycji;
- duża elastyczność w zakresie warunków pracy;
- możliwość pracy w oparciu o sporą gamę
paliw gazowych
, jak i
ciekłych
Natomiast ich najpoważniejszą wadą są bardzo wysokie koszty eksploatacyjne, wynikające wprost z wysokich cen paliw zasilających układy gazowo-parowe (w szczególności zaś cen
gazu ziemnego
).
Budowa
Pod względem budowy układ gazowo-parowy stanowi połączenie układu otwartego
turbiny gazowej
z układem
turbiny parowej
. Z tą jednak różnicą, że w miejscu
kotła
elektrowni parowej pojawia się
kocioł odzysknicowy
(czasami wyposażony w system dopalający). W warunkach polskich bardzo istotne są wyżej wspomniane koszty paliwa. Paliwa ciekłe i gazowe pochodzą prawie w całości z importu, w przeciwieństwie do węgla. Pewne nadzieje na spopularyzowanie układów opalanych paliwem gazowym (m.in. układów gazowo-parowych) niosą technologie
zgazowania węgla
. Tego typu układy są już wykorzystywane w instalacjach przemysłowych (a także w instalacjach małej mocy energetyki zawodowej) w
Europie Zachodniej
oraz w
Stanach Zjednoczonych
.
Perspektywy
W Polsce powstało już kilka bloków gazowo-parowych. Pierwszy z nich oddany został do użytku w
1999
r. w
Elektrociepłowni Gorzów
, jednak w warunkach polskich są to bloki niewielkich mocy. W krajach Europy Zachodniej moce znamionowe takich układów są rzędu kilkuset megawatów. Planowany jest stopniowy wzrost udziału układów gazowo-parowych w ogólnym bilansie produkcji energii elektrycznej i cieplnej. W Niemczech pojawiły się nawet propozycje zastąpienia do roku
2035
wszystkich
elektrowni jądrowych
elektrowniami gazowo-parowymi, uznawanymi za najbardziej korzystne pod względem ekologicznym.
Zasada działania
Gazowa część układu:
Powietrze
sprężane jest w
sprężarce
(SP), w
komorze spalania
(KS) następuje wzrost temperatury
czynnika
poprzez spalenie paliwa, spaliny trafiają do
turbiny
(TG), w której są
rozprężane
. Rozprężaniu czynnika w turbinie towarzyszy generowanie
mocy mechanicznej
odprowadzanej wałem do
sprężarki
i generatora elektrycznego.
Parowa część układu: Po rozprężeniu w turbinie spaliny przepływają przez wytwornicę pary (kocioł odzyskowy), a kosztem ich entalpii woda po stronie parowej ulega ogrzaniu i odparowaniu, a para zostaje
przegrzana
. Przepływ wody i pary wywołany zostaje w wyniku pracy
pompy
wody zasilającej (P). Para przegrzana rozprężana jest w
turbinie parowej
(
kondensacyjnej
, TP). Na wylocie z turbiny część pary jest wykroplona (
para mokra
). W
skraplaczu
(S) zostaje skroplona reszta pary.
Podnoszenie sprawności
Część strumienia pary rozprężanej w turbinie upuszczana jest z turbiny w upustach regeneracyjnych i kierowana do
wymienników regeneracyjnych
(W) podgrzewających wodę zasilającą. Podgrzew regeneracyjny wody zasilającej ma na celu podniesienie sprawności termicznej
obiegu
parowego.
W celu obniżenia strat
egzergii
i podniesienia
sprawności egzergetycznej
układu dzieli się nieraz stronę parową kotła ozdyskowego na dwie części (kocioł dwuciśnieniowy) a nawet na trzy części (kocioł trójciśnieniowy). Kocioł jest wtedy bardziej rozbudowany, ma dwa (trzy)
podgrzewacze wody
,
parowniki
i
przegrzewacze pary
, co jeszcze bardziej podnosi koszty inwestycyjne.
Innym zabiegiem podnoszącym sprawność układu gazowo-parowego może być zastosowanie chłodzenia międzystopniowego sprężanego powietrza bądź
przegrzewu międzystopniowego
rozprężanych spalin i pary wodnej. Jednak ingerencja w kontrukcję turbiny gazowej prowadzi do dalszego wzrostu kosztów inwestycyjnych, co ogranicza jej realizowanie.
Bloki gazowo-parowe w Polsce
-
EC Lublin-Wrotków
(
http://www.ec.lublin.pl
) – turbina gazowa V94.2 (Ansaldo /
Siemens
), moc elektryczna 235 MW(e), moc cieplna 150 MW(t);
- EC Rzeszów (
http://www.ec.rzeszow.pl
) – turbina gazowa V64.3A (
Siemens
), moc elektryczna 101 MW(e), moc cieplna 76 MW(t);
-
EC Zielona Góra
(
http://www.ec.zgora.pl
) – turbina gazowa Frame 9e (
General Electric
), moc elektryczna 198 MW(e), moc cieplna 135 MW(t);
-
PEC Siedlce
(
http://www.pec-siedlce.com.pl/
) – dwie turbiny gazowe Taurus 70-T-10301S (
Caterpillar
, dawniej Solar Turbines), moc elektryczna 14,6 MW(e), moc cieplna 22.4 MW(e);
-
EC Gorzów
(
http://www.ecg.com.pl
) - turbina gazowa GT8C (Alstom Power, dawniej ABB Zamech Ltd.), moc elektryczna 55 MW(e), moc cieplna 64 MW(t);
- EC Nowa Sarzyna (
http://www.ens.pl
) – dwie turbiny gazowe (Thomassen Int. / General Electric), moc elektryczna 116 MW(e), moc cieplna 70 MW(t).
Przypisy
Zobacz też
