Jak regulují tepelné elektrárny svůj výkon?

[Zdenek Rajmont]

Napřed trocha teorie:
Pro výrobu elektřiny v tepelných elektrárnách se využívá Claus-Rankinova parního cyklu, kde přehřátá pára o teplotě kolem 500°C a tlaku cca 16MPa (takový 200MW blok ...) expanduje v turbíně. Tam se přeměňuje 1. vnitřní (tepelná) energie obsažená v páře a 2. kinetická energie (tlak ...) na mechanickou práci. Proto na výstupu z nízkotlaké části turbíny v podstatě už teče voda, aby se dosáhlo co největšího spádu a tím účinnosti. (cca 29°C) I tak je teoretická termická účinnost cca 38%.
Takže když svítí sluníčko a venku je moc teplo, nebo dojde k poruše čerpadel kondenzace, entalpický spád v turbíně je nižší ( výstupní energie obsažená v kondentátu je vyšší ) a vďaka (lehni, robote!) tomu není veškerá teoretická účinnost využita máme menší výkon. Totéž lze dělat i obráceně, takže lze dodávat do turbíny páru o menší energii (teplota, tlak ...), nebo lze různými meziodběry v turbíně odebírat páru "předčasně", ale o požadovaných parametech třeba na topení.
pokud umíte anglicky, tak např. tady je to vysvětleno názorněji   http://www.mech.pg.gda.pl/ktc/wyklady/ME_Thermodynamics_lecture7.pdf

Víc si ze školy nepamatuji  

[halik]

Přibuzováním/odbuzováním synchronního stroje lze měnit pouze účiník, tedy výrobu jalového výkonu - ne činný výkon. Přesvědčení, že buzením mohu ovlivnit činný výkon (nepočítám-li jistou ztrátu činného výkonu generováním jalového výkonu ve vinutí), je bohužel častá chyba a omyl. Za to bývávala na průmyslovce kule jako brno...!

Činný výkon lze měnit pouze změnou točivého momentu (dodáním mechanického výkonu) na hřídel stroje. Synchronní stroj je už z titulu svého názvu synchronní, to znamená, že rotor se otáčí přesně stejnými otáčkami jako zbytek sítě (síťová frekvence). Jediné, co se může nějak měnit, je úhel natočení mezi rotorem a statorem.
Turbogenerátor má obvykle 3000 ot/minutu, vyjímečně 1500 ot/minutu. Pokud jde o tepelnou elektrárnu, tak regulace výkonu probíhá tak, že si soustrojí nechává provozní rezervu směrem nahoru nebo dolů. Příklad: Mám turbogenerátor s jmenovitým výkonem 200MW, který je možno provozovat stabilně v rozmezí 50-100%. Pokud zrovna pojedu na 160MW, mohu zregulovat o +40MW až -60MW. Pokud je elektrárna mimo provoz, musí se rotor stále protáčet, jinak by došlo k prohnutí a nenávratné deformaci rotorové hřídele.

Ještě jeden zajímavý aspekt. Řada lidí ví, že s klesajícím deficitem na straně výroby se v přenosové soustavě snižuje frekvence... ale už neví, PROČ se tak děje. Je tak vďaka (lehni, robote!) tomu, že celá řada spotřebičů má výkon závislý na frekvenci sítě, např. pohony výtahů, stroje, atd.

[Milan Illek]

Jinak jak jsem koukal viz vyse asi bych si mel pripomenout ze skoly neco o sotrojich a el. pristrojich.nekde ma jeste sesity:)

Hlavně ČJ.

[dolac]

To halík: Veľmi dobrá odpoveď. O poslednom vašom odstavci by som si však dovolil s vami polemizovať. Ak som to správne pochopil, skutočnosť, že výkon niektorých spotrebičov je závislý na frekvencii, čo je aj pravda, by bolo v podstate využité na reguláciu zaťaženia sústavy? S tým nemôžem súhlasiť. To, akože centrálny energ. dispečing by znížil frekvenciu zdrojov, aby odľahčil sústavu? Ani to nie je možné. Všetky zdroje sa navzájom frekvenčne "ťahajú", resp.  tie najväčšie zdroje ťahajú ostatné. Nie je možné znížiť frekvenciu jedného zdroja, a samozrejme ani všetkých naraz.
Ak som vaše tvrdenie nepochopil správne, opravte ma prosím.
   

[Fuk Tomáš]

Ještě jeden zajímavý aspekt. Řada lidí ví, že s klesajícím deficitem na straně výroby se v přenosové soustavě snižuje frekvence... ale už neví, PROČ se tak děje. Je tak vďaka (lehni, robote!) tomu, že celá řada spotřebičů má výkon závislý na frekvenci sítě, např. pohony výtahů, stroje, atd.

Nemyslím, že by ČEPS k řízení dodávaného výkonu používala závislost odběru některých spotřebičů na frekvenci.
Jednak to není nijak horentní číslo - odhadnu-li, že takové chování má cca 1/3 spotřeby (všechna topná zařízení, svítidla, pohony s měničem, domácí elektronika apod. mají odběr nezávislý na frekvenci), tak při průměrném odběru kolem 10 GW (za včerejšek to bylo cca 9,5GW s maximem 10,7 a minimem 8,4) by změna z 50 Hz na 49 Hz dělala cca 60 MW - nezajímavý drobeček.
Spíš si myslím, že ta závislost odběru na frekvenci pomáhá samočinně tlumit krátkodobé výkyvy. Podstatnější bude to, že klesající (nikoli nižší, ale klesající) frekvence je přirozeným projevem odběru překračujícího dodávku - ten rozdíl se vezme právě z kinetické energie roztočených rotorů generátorů (=setrvačník), které začnou zpomalovat. Úkolem regulace je pak honem někde nějaký ten výkon schrastit a vrátit to do rovnováhy.

P.S. jen tak mimochodem - nejsme už náhodou zapojeni přímo do evropské rozvodné sítě (a tedy synchronní s ní)?

[Petr Doležal]

. . . Úkolem regulace je pak honem někde nějaký ten výkon schrastit a vrátit to do rovnováhy. . .

A když se neschrastí, tak poslední záchranou může být postupné vypínání linek 22kV frekvenční ochranou dle nastavených důležitostí. Tuším, že se běžně dají nastavit až 4 úrovně kmitočtů a ochrana zkoumá nejen kmitočet, ale též jeho rychlost změny v čase a než dá popud k vypnutí, chvíli ještě čeká, zda se síť "nezvrávorá".
Myslím si ale, že to je zcela vyjímečné, jen taková poslední záchrana.

[Milan Illek]

Spíš si myslím, že ta závislost odběru na frekvenci pomáhá samočinně tlumit krátkodobé výkyvy. Podstatnější bude to, že klesající (nikoli nižší, ale klesající) frekvence je přirozeným projevem odběru překračujícího dodávku - ten rozdíl se vezme právě z kinetické energie roztočených rotorů generátorů (=setrvačník), které začnou zpomalovat. Úkolem regulace je pak honem někde nějaký ten výkon schrastit a vrátit to do rovnováhy.

Tím je vysvětlena i spousta dotazů z minulosti, jak je možné, že se výroba rovná spotřebě.

[dolac]

Nemyslím, že by ČEPS k řízení dodávaného výkonu používala závislost odběru některých spotřebičů na frekvenci.
Jednak to není nijak horentní číslo - odhadnu-li, že takové chování má cca 1/3 spotřeby (všechna topná zařízení, svítidla, pohony s měničem, domácí elektronika apod. mají odběr nezávislý na frekvenci), tak při průměrném odběru kolem 10 GW (za včerejšek to bylo cca 9,5GW s maximem 10,7 a minimem 8,4) by změna z 50 Hz na 49 Hz dělala cca 60 MW - nezajímavý drobeček.

S tým sa dá iba súhlasiť. Samozrejme , že ČEPS také niečo nevyužíva, ani to nie je praktický možné.

Spíš si myslím, že ta závislost odběru na frekvenci pomáhá samočinně tlumit krátkodobé výkyvy. Podstatnější bude to, že klesající (nikoli nižší, ale klesající) frekvence je přirozeným projevem odběru překračujícího dodávku - ten rozdíl se vezme právě z kinetické energie roztočených rotorů generátorů (=setrvačník), které začnou zpomalovat. Úkolem regulace je pak honem někde nějaký ten výkon schrastit a vrátit to do rovnováhy.

Teoreticky by to mohlo fungovať, ale keď si predstavíme, že zmeny kmitočtu prakticky takmer nikdy neprekročia 0,2% čo je cca 0,1Hz, aký vplyv na zmenu záťaže by to to mohlo mať?   

P.S. jen tak mimochodem - nejsme už náhodou zapojeni přímo do evropské rozvodné sítě (a tedy synchronní s ní)?

Samozrejme, že sme, a už veľmi dávno. Dokonca je tam pripojená aj západná časť sústavy Ukrajiny.

PS: Dovolím si jednú poznámku: Keď došlo pred pár rokmi k Blacout-u v Nemecku, kedy sa súčasne rozpadla UCTE sústava na 3 časti, u nás bol obrovský prebytok energie a v západnej častí nedostatok. Vtedy stúpla u nás na chvíľu frekvencia o 0,7Hz a asi po určitých zásahoch dispečingu trochu klesla, avšak stále bola cca o 0,25Hz vyššia, až kým sa všetky tri časti sústavy opäť nespojili. Pri tomto procese došlo aj krátkodobo k značnému nárastu napätia v sústave.       
 

[Jaromír Urbanec]

Dodávkou páry do turbíny, tzn přísunem uhelného prachu do kotle.

[Miroslav Liška]

Souhlas s kolegou Urbancem.
Regulace toku paliva do kotle je většinou vázana na tlakovou, nebo výkonovou regulací turbíny. Co se týká frekvence myslím, jestli mne paměť neklame, že limitní rozdíl pro odstavení, nebo přejetí do ostrovního provozu je 200 mHz.
Tepelná elektrárna může být poskytovatelem tzv. "Podpůrných služeb" PpS pro ČEPS, musí být na příslušnou službu certifikována.
Odkaz na podmínky pro poskytovatele a seznam poskytovatelů:
http://www.ceps.cz/detail.asp?cepsmenu=4&IDP=365&PDM2=43&PDM3=43&PDM4=0

[Jaroslav Hlava]

Regulační obvody tepelné elektrárny jsou složité a jejich uspořádání může mít řadu variant. Docela dobrý popis, jak to může fungovat a jaké jsou výhody a nevýhody různých variant struktury regulačních obvodů lze najít na stránkách http://www.fs.vsb.cz/euprojekty/414/?ucebni-opory Z řady skript co tam jsou ke stažení   je zajímavý text Provoz a regulace energetických zařízení autorů Štefan Kočiš, Michal Stáňa, Ladislav Vilimec. Prvních 40 stran jsou jakési návody do laboratoří pak však začíná velmi slušný výklad problémů regulace tepelných elektráren. Přímý odkaz na skripta je http://www.fs.vsb.cz/euprojekty/414/provoz-a-regulace-energetickych-zarizeni.pdf