Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Ångkraftsprocessen (Rankinecykeln) Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Ångkraftsprocessens roll i svensk elproduktion

Ångtabellen: mättad vätska och mättad ånga efter tryck

Ångtabellen: mättad vätska och mättad ånga efter temperatur

Ångtabellen: volymiteter för mättad vätska och mättad ånga

Ångtabellen: entalpier för mättad vätska och mättad ånga

Ångtabellen: entropier för mättad ånga och mättad vätska

Ångtabellen: tillstånd för överhettad ånga

Men underkylt kondensat (vätska) då? Entalpin ges av temperaturen. Entalpi hos vätskeformigt vatten kj/kg) 400 300 h = C p T Cp = 4,2 kj/(kg o C) Entalpi ( 200 100 Tabelldata Proportionalitet 0 0 50 100 150 Temperatur ( o C)

Hur stämmer allmänna gaslagen? Volymi itet (m 3 /k kg) 04 0,4 0,3 0,2 0,1 Volymitet hos vattenånga med trycket 10 bar Viss avvikelse nära mättnad Tabellvärden Allmänna gaslagen 0 0 200 400 600 Temperatur ( o C)

Carnotcykeln Te emperatu ur (K) T 1 = T 2 = T H T 3 = T 4 = T L 1 2 4 3 S 1 = S 4 S 2 = S 3 Entropi S (kj/kg/k) /K)

Ångkraftsprocessen eller Rankinecykeln

Ångkraftsprocessen i T S diagram Systemet vatten - vattenånga Tem mperatur r T ( o C) 500 400 300 200 100 0 3 2 4 1 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Expansion och kompression inte isentropa Systemet t vatten - vattenånga Te emperatu ur T ( o C) 500 400 300 200 100 0 3 2s2 1 4s 4 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Friktionstryckfall i kokare och kondensor Systemet vatten - vattenånga Te emperatu ur T ( o C) 500 400 300 200 100 0 3 2 4 1 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Tillämpning 1: kondenskraftverk 500 Systemet vatten - vattenånga C400 tur T ( o C) Tempera 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Tillämpning 2: Värmekraftverk 500 Systemet vatten - vattenånga Tempera atur T ( o C) 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Tillämpning 3: Industriell mottryckskraft Systemet vatten - vattenånga 500 C400 Temperat tur T ( o C) 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Tillämpning 3: Industriell mottryckskraft Systemet vatten - vattenånga 500 ur T ( o C) Temperat 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 Entropi S (kj/kgk)

Lag (2003:113) om elcertifikat Lagens ändamål 1 Lagens ändamål är att främja produktion av elektricitet med användande av förnybara energikällor och torv (förnybar el). I detta syfte innehåller lagen bestämmelser om dels en rätt för producenter av förnybar el att bli tilldelade l d elcertifikat av staten, dels en skyldighet för elleverantörer och vissa elanvändare att inneha elcertifikat i förhållande till sin försäljning respektive användning av el (kvotplikt). Lag (2006:1016). Investeringar i massa- och pappersindustrin som ökar möjligheten att producera mera mottryckskraft har gynnats av staten. Elcertifikat tilldelas under 15 år.

Ökat tryck: Investering i ny panna

Ökad överhettning av ångan: Investering i ny panna (ombyggnad)

Sänkt tryck i ångnätet/ångnäten: Investeringar (mera yta) i fabriken

Mellanöverhettning av ångan: Investering i ny turbin

Vad stimuleras inte av elcertifikaten? Produktion av mottrycksel bygger på att det finns ett behov av processvärme i fabriken (indunstning, torkning, destillation, värmeväxlare och andra enhetsoperationer). Minskar värmebehovet i fabriken rycks underlaget för att producera mottrycksel bort vilket leder till färre gröna elcertifikat. Elcertifikaten stimulerar alltså inte åtgärder som minskar Elcertifikaten stimulerar alltså inte åtgärder som minskar fabrikens användning av värmeenergi.

Kombicykel

Kombicykel Högre temperatur för värmetillförsel än ångkraftprocessen. Lägre temperatur för värmebortförsel än gasturbinprocessen. Högt T H och lågt T L. Därför bättre termisk verkningsgrad.

Typiska termiska verkningsgrader Heden 2: Kraftvärmeverk med ångkraftscykel som eldas med flis. Termisk verkningsgrad 20 %. Rya kraftvärmeverk: Kraftvärmeverk med kombicykel som eldas med naturgas. Termisk verkningsgrad uppskattningsvis 46 %. KA24-1 från ABB (2002): Kondenskraftverk med kombicykel som eldas med naturgas. Termisk verkningsgrad uppskattningsvis 58 %. I stort sett max. http://www.goteborgenergi.se/om_oss/var_ve oss/var rksamhet/produktionsanlaggningar/rya_kraftva rmeverk http://www.karlstadsenergi.se/documents/arsr edovisningar/arsredovisning2010.pdf Länkar utlagda på kurstorget

Begreppet termisk verkningsgrad: Finns ytterligare förluster? Beräkningsexemplen ovan har inte tagit med förluster i form av varma rökgaser som lämnar pannan. Rökgasförlusterna kan ofta vara i storleksordningen 10 % beroende på sammansättning och temperatur. Ibland kan dock kondensationsvärmet återvinnas (kondenserande pannor) vilket reducerar rökgasförlusterna.

Exempel ångkraftsprocessen Ett kondenskraftverk arbetar enligt den ideala ångkraftsprocessen (ideala Rankinecykeln). Den producerade ångan har trycket 3.0 MPa och temperaturen 350 C. Trycket i kondensorn är 75 kpa. Bestäm den termiska verkningsgraden för processen.

Exempel ångkraftsprocessen Ur ångtabell: h 3 = 3116 kj/kg s 3 = 6,743 kj/kg/k h 1 = 384 kj/kg v 1 = 0,001037 m 3 /kg Också ur ångtabell vid 75 kpa: h mv = 384 kj/kg s mv = 1,2132 kj/kg/k h må = 2663 kj/kg s må = 7,4557 kj/kg/k