Energetyka Jutra - OZE Atom Magazynowanie energii
Strona główna > Artykuły

Powyżej punktu krytycznego

Opublikowany 4 kwietnia 2016 przez Martyna Lis
Parametry nadkrytyczne

źródło: www.blok5i6.pl fot. Przemysław Marcisz

Dzisiejsza technologia węglowa stoi przed dużym wyzwaniem. Limity nakładane na emisje CO2 są coraz bardziej surowe, nieustannie dąży się do poprawy sprawności bloków. Obecne rozwiązania są ciągle udoskonalane, jednak wciąż poszukuje się nowych technologii, które byłyby tańsze i lepsze. Nie ustają prace inżynierów nad tym, by węgiel mógł być czystą metodą wytwarzania energii. Szczególnie w Polsce te zagadnienia są istotne, biorąc pod uwagę wysoką dostępność źródeł węgla.

Jedną z obecnie rozwijanych metod, która ma szansę poprawić jakość produkcji energii elektrycznej, jest stosowanie bloków na parametry nadkrytyczne.

Czym są parametry nadkrytyczne

Są to parametry, powyżej których woda występuje tylko w stanie gazowym. Niemożliwym jest skroplenie płynu poprzez wzrost ciśnienia. Dla wody ciśnienie krytyczne ma wartość 22,115 MPa. Temperatura krytyczna wynosi 647,3 K, czyli 374,15°C.

Bloki na parametry nadkrytyczne (tzw. Elektrownie 600) osiągają przeważnie ciśnienie pary świeżej rzędu 24-28,5 MPa. Temperatura pary świeżej wynosi co najmniej 600°C, natomiast pary wtórnie przegrzanej od 600 do 620°C.

Pierwsze elektrownie z blokami na parametry nadkrytyczne powstały pod koniec lat 50. w Stanach Zjednoczonych. Początkowo technologia cieszyła się dużą popularnością. Pod koniec roku 1989, działały 164 elektrownie nadkrytyczne, a ich łączna moc wytwarzania wynosiła 108,4 GW. Jednak trend ten zaczął zanikać. Powodem były problemy i awaryjność związana z niszczeniem materiałów.

Także dzisiaj to dostępność materiałów wykorzystywanych do budowy elementów ciśnieniowych kotła stanowią największe wyzwanie dla inżynierów. Praca przy wysokim ciśnieniu i temperaturze jest bardzo obciążająca dla materiałów. Największe znaczenie ma wytrzymałość na pełzanie. Szczególnie narażony na zniszczenie jest zespół kocioł-turbina-generator ze względu na duże obciążenia mechaniczne i cieplne.

Po co stosuje się parametry nadkrytyczne

Mimo wielu trudności jakie wiążą się ze stosowaniem parametrów nadkrytycznych, rozwiązanie ma bardzo znaczące zalety. Dzięki podwyższeniu parametrów pary pierwotnej i temperatury pary wtórnej wzrasta sprawność wytwarzania energii elektrycznej. Sprawność netto typowej elektrowni węglowej w państwach europejskich wynosi między 37% a 41%. Zastosowanie parametrów nadkrytycznych pozwala na osiągnięcie 46% sprawności. Pozwala to także na redukcję emisji dwutlenku węgla. W przyszłości może pozwolić na osiągnięcie podobnych rezultatów jak przy użyciu systemu CCS (oddzielenie i wychwycenie CO2), ale przy niższym nakładzie finansowym.

Wzrost sprawności całkowitej o 1%, obniża emisję dwutlenku węgla o 3%, a koszty paliwa może redukować o 2,4% (dane Politechniki Częstochowskiej).

Zastosowanie parametrów nadkrytycznych pozwala na większa elastyczność w eksploatacji elektrowni. Zmiana obciążenia jest łatwiejsza do wykonania. Wiąże się to jednak z koniecznością zastosowania dokładniejszego systemu kontroli i szybciej reagujących czujników.

Kocioł przepływowy

Ponieważ w przeciwieństwie do kotła podkrytycznego, obecna jest tylko jedna faza, nie ma konieczności użycia walczaka. Kotły na parametry nadkrytyczne, są zatem kotłami przepływowymi. Obecnie projektuje się kotły przepływowe typu Bensona. Mogą mieć one układ jednociągowy (wieżowy), albo dwuciągowy. Ściany komory paleniskowej wykonuje się w układzie pionowym bądź skośnym.

Możliwe jest zastosowanie zarówno kotłów pyłowych jak i fluidalnych ze złożem cyrkulującym (CFB). Tego typu kocioł został użyty w Elektrowni Łagisza, wykonawcą była firma Foster Wheeler. Pozwala on na większą elastyczność paliwową a także współspalanie biomasy. Rozkład strumienia ciepła w komorze paleniskowej jest bardziej równomierny.

Polskie inwestycje

Obecnie w Polsce działają 3 bloki na parametry nadkrytyczne, zostały oddane do użytku w latach 2008-2011.

Blok 858 MW – Bełchatów

Blok należy do Elektrowni Bełchatów II. Użyty został kocioł przepływowy na parametry nadkrytyczne BB-2400. Paliwem jest węgiel brunatny. Zastosowano następujące parametry: temperatura pary świeżej 554°C, ciśnienie pary świeżej 26,6 MPa, temperatura pary wtórnej 582°C, ciśnienie pary wtórnej 5,4 MPa, temperatura wody zasilającej 276°C. Sprawność netto to 41,7% netto.

Blok 460 MW – Łagisza

W Elektrowni Łagisza zastosowano kocioł CFB. Parametry kotła są następujące: przepływ pary 361 kg/s, ciśnienie pary świeżej 27,5 MPa, temperatura pary świeżej 560°C, temperatura pary wtórnie przegrzanej 580°C. W kotle zastosowano pionowe orurowanie Benson. Osiągana sprawność wynosi 45% brutto.

Blok 464 MW – Pątnów

Kocioł w Elektrowni Pątnów II ma konstrukcję wieżową o wysokości 105 m. Zastosowano orurowanie spiralne. Parametry wynoszą: temperatura pary świeżej 544°C, ciśnienie pary świeżej 26,6 MPa, temperatura pary wtórnej 568°C, ciśnienie pary wtórnej 5,17 MPa, temperatura wody zasilającej 273°C. Sprawność wynosi 44% brutto i 41% netto.

Obecnie w budowie są 4 bloki na parametry nadkrytyczne.

Blok 1075 MW – Kozienice

Nowy blok zostanie oddany do użytku do 2017 roku. Osiągnie sprawność netto 45,6%. Temperatura pary świeżej wyniesie 603°C, a pary wtórnie przegrzanej 621°C. Ciśnienie pary świeżej na wlocie do turbiny będzie wynosić 24,2 MPa.

2 x blok 900 MW – Opole

Zastosowane będą kotły pyłowe. Temperatura pary świeżej wynosić będzie 600-610°C, pary wtórnej 600-620°C. Ciśnienie pary świeżej w granicach 24-28,5 MPa. Sprawność bloku netto wyniesie 45,5%.

Blok 910 MW– Jaworzno

Wybrano kocioł pyłowy, wieżowy o temperaturze pary świeżej 603°C, a pary wtórnie przegrzanej 621°C. Ciśnienie pary świeżej na wylocie z kotła wynosić będzie 28,5 MPa, a pary wtórnej 6,2 MPa.

Parametry ultranadkrytyczne

Inżynierowie dążą do przekroczenia bariery sprawności równej 50%. Będzie to możliwe dzięki zastosowaniu parametrów ultranadkrytycznych. Przyjmuje się, że wynoszą one 700°C dla temperatury pary świeżej i 37,5 MPa ciśnienia. Przykładem badań może być program THERMIE 700 Advanced Power Plant (AD700).

Więcej artykułów
· Obecne perspektywy energetyki jądrowej

Stanisław Jagielski - 16 marca 2016

· BMW i3 – Ekologia i design

Martyna Lis - 14 marca 2016

· Szkic fuzji w Europie

Marek Bilnicki - 14 marca 2016

Polub nas na Facebook-u!
Szukaj