Uhelné elektrárny, které byly postaveny v poslední době, měly velmi podobnou koncepci založenou na ověřené a dlouhodobě vyvíjené technologii. Pracují na principu teoretického Rankine-Clausiova cyklu s jedním přihříváním páry a se šesti až osmi stupňovým regeneračním ohřevem napájecí vody.

Parní kotel je nejčastěji koncipovaný jako průtočný s práškovým topením. Užití nízkoemisních hořáků s pásmovým přívodem vzduchu má za cíl potlačit tvorbu NO_x. Ohniště je většinou granulační, mokrý odvod strusky je postupně nahrazován suchým odpopelňováním. U větších výkonů převládá v poslední době věžové provedení kotle, kde do jalové části sestupného tahu může být umístěn katalytický DENOX, ve spodní části se nachází LUVO a případně nízkoteplotní dochlazovací plochy. Typický příklad tohoto uspořádání je vidět na obr. 3‑3. Možné je však i dvoutahové provedení kotle.

.

1.1.1       Parametry stávajících elektráren a přehled instalací

Parametry páry u převážné většiny posledních elektráren jsou nadkritické. Jen tak lze zvýšit účinnost elektrárny nad 40%. Za nadkritické parametry páry jsou považovány provozní tlaky nad tzv. kritickým bodem, tj. tlakem 22,1 MPa a teplotou 374,15 °C, kdy sytá voda přechází přímo v sytou páru aniž by při tom vznikla dvoufázová směs běžně označovaná jako mokrá pára. Elektrárenské bloky pracující s párou nad kritickým bodem se dají ještě dále rozdělit na bloky nadkritické s tlakem ostré páry 24-25 MPa a teplotou 540-560 °C, a ultrakritické s tlakem ostré páry 25-31,5 MPa a teplotou 580-600°C/600-650°C.

Vývoj nadkritických uhelných bloků započal v druhé polovině 50. let. Na dlouhou dobu však byl utlumen z důvodu extrémních nároků na drahé vysoce legované materiály, jejichž užití nemohlo ekonomicky obstát s ohledem na relativně nízké ceny paliv. Dvě ropné krize v roce 1973 a 1979 znovu iniciovaly větší zájem o zvýšení účinnosti energetických přeměn. Vývoj nových modifikovaných materiálů (9-12 % Cr) s feriticko-martensitickou strukturou koncem 80. letech otevřel nové perspektivy pro nadkritické bloky a způsobil, že v současné době je toto řešení opět na pořadu dne. V provozu jsou již běžně bloky s mírně nadkritickými parametry např. s 25 MPa/ 540°C/560°C a jsou označovány jako standardní. Ve stavbě i provozu jsou pak bloky s progresivními parametry např. 28 MPa/ 580°C /590°C s netto účinností až 45 % pro černé uhlí resp. 42,5 % pro uhlí hnědé, což je téměř o 10 procentních bodů více, než dosahují naše současné uhelné elektrárny. Přibližně je možné říci, že každé procento získané na účinnosti sníží emise skleníkových plynů o dvě až tři procenta, což je další důvod k tomuto řešení.

Následuje stručná charakteristika strategie výstavby uhelných elektráren v různých zemích.

SRN

Německá elektrárenská společnost RWE Energie AG a uhelná společnost Rheinbraun AG počítají v budoucnu s hnědým uhlím jako s hlavním palivem pro německou energetiku. Důraz je kladen především na výstavbu moderních práškových hnědouhelných průtlačných kotlů s co nejvyššími parametry, se zřetelem na co nejvyšší provozní pružnost, spolehlivost a ekonomičnost.

Strategii dalšího rozvoje elektrárenské společnosti VEAG, zahrnující nové spolkové země, charakterizuje výstavba nových hnědouhelných bloků celkového elektrického výkonu 4 GW a 2-3 GW na dovážené černé uhlí. V současné době jsou v provozu hnědouhelné bloky v lokalitách Boxberg, Lippendorf a Schwarze Pumpe, další jsou ve výstavbě. Následující tabulka ukazuje poslední projekty realizované v SRN.

Bloky vyhovují všem emisním limitům platným v SRN. Pro odsíření je použita mokrá vápencová vypírka. Kouřové plyny jsou odváděny nad sprchovou zónu chladících věží.

Dánsko

Dánsko stojí tradičně v čele vývoje uhelných elektráren s vysokou účinností. Jedním z důvodů je i to, že musí palivo pro své elektrárny importovat a je tak ve zmíněné pozici závislosti na vnějších zdrojích, kterou chce EU řešit. Dánové jdou cestou USC bloků. Nicméně tlak veřejnosti a široká vládní podpora využití obnovitelných energetických zdrojů vedly dánské producenty elektrické energie k instalaci větrných elektráren a menších tepláren spalujících zemní plyn a biomasu. Nízká spolehlivost dodávky z těchto zařízení zákonitě vedla k přehodnocení dosavadního programu výroby elektrické energie. Výsledkem toho byla výstavba velkých elektrárenských bloků s vysokou účinností, konkrétně se jedná o Nordjyllandsvaerket a Skaerbaekvaerket 3 s výkonem 400MW.

Uvedené elektrárny charakterizují pokročilé parametry páry a dvojité přehřívání. Teplota páry z kotle je 3x582^oC a tlak ostré páry dosahuje 29MPa. Kotel v Nordjylland 3 spaluje práškové uhlí, v elektrárně Skærbæk 3 je palivem zemní plyn. V obou jednotkách jsou prakticky identické turbíny. Pro uvedené parametry jsou řešeny jako 9ti dílné uspořádané do 5ti těles (VVT, VT, ST 0 1 a 2 a dvě NT tělesa). Dosahovaná účinnost Nordjylland 3 je η_netto=0,47, Skærbæk 3 0,49. Tyto elektrárny i řada dalších, které v Evropě následně vznikly, potvrdily úspěšnost zvolené cesty USC bloků a nastartovaly tak její pokračování.

.

obr. 3‑4   Schéma elektrárny Nordjyllandsvaerket blok 3

Obrázek obr. 3‑4 ukazuje schéma elektrárny Nordjyllandsvaerket blok 3 s teplárenským okruhem a průtočným chlazením kondenzátoru mořskou vodou.

Dánská energetická společnost Kraftwerke Seeland má v současné době instalovaný výkon 3800 MW, z toho je 1500 MW nutno obnovit do konce roku 2010. Koncepce nového bloku vychází z požadavku dvojího paliva - uhlí a zemní plyn.

Japonsko

Japonsko jakožto průmyslová velmoc je prakticky v plné míře odkázána na dovoz primárních energetických zdrojů. Proto se snaží o jejich co nejefektivnější využití. Včasná obnova starších energetických zařízení za nové, modernější technologie je zde pravidlem. První bloky, kde byl použit materiál P91, byly Kawagoe 1,2 patřící společnosti Chubu Electric. Parametry ostré páry jsou 242bar/538°C/566°C/566°C. Tyto bloky pracují od června 1989 a dosahují účinnosti 45%. Jednou z posledních dokončených je elektrárna Isogo 600 MW, kterou pro energetickou společnost Tokyo Electric Power stavěl Siemens KWU. Parametry ostré páry jsou 250bar/600°C/610°C s teplotou napájecí vody 300°C. Pro přihříváky byl užit materiál Inconel718.

 Rusko

Důležitým faktorem v ruských snahách dosáhnout co nejvyšší tepelnou účinnost elektráren je použití nadkritických bloků. 35% veškerých uhelných bloků je s nadkritickými parametry páry. První blok byl postaven v roce 1966, od té doby se Rusko stalo největším stavitelem nadkritických elektráren. V současné době provozují více než 200 jednotek výkonů 300, 500, 800 a 1200 MW. Pro srovnání je dnes v USA v provozu 170 bloků, v Japonsku zhruba 60. Rusko, Čína a Kuba dnes staví více nadkritických kotlů, než zbytek všech vyspělých zemí světa.

Čína a jihovýchodní Asie

Čína stejně jako zbytek technicky vyspělého světa přistoupila k nadkritickým blokům jako k perspektivnímu, vysoce účinnému a čistému zdroji elektrické energie. Jedním z posledních projektů na výstavbu nadkritického uhelného zdroje je elektrárna Waigaoqiao u Shanghaje se dvěmi bloky 900MWe, jejichž výstavba byla svěřena konsorciu Alstom EVT / Siemens. Parametry páry jsou zvoleny následující: 25MPa/538°C/566°C. Dalším projektem je Wangqu (oblast Shanxi) 2x600 MWe s parametry 24,2MPa/538°C/566°C.

Rozvoj průmyslu a rostoucí spotřeba elektřiny je příčinou výstavby moderních nadkritických bloků i v jiných oblastech jihovýchodní Asie. Konkrétně se jedná o Jižní Koreu, Taiwan, Malajsii a Thajsko. Právě v této části světa se i v příštích letech očekává výstavba největšího počtu nových uhelných elektráren.

Zdroj tohoto článku je studie,  která byla vypracovaná na ČVUT.   

české vysoké učení technické v praze

FAKULTA STROJNÍ

ODBOR TEPELNÝCH A JADERNÝCH

ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ

Technicko ekonomické parametry moderních uhelných bloků

Zprávu vypracoval :

Prof. Ing. František Hrdlička, CSc., Ing. Tomáš Dlouhý, CSc., Ing. Michal Kolovrátník, CSc.

Zpráva obsahuje :      36 stran textu

Související

Související témata Kotle vysoko a středotlaké