Thermische Centrales voor Elektriciteit

Transcriptie

1 Thermische Centrales voor Elektriciteit College spm maart 2013 Dr.ir. Gerard P.J. Dijkema Universitair Hoofddocent Energie en Industrie Faculty of Technology, Policy and Management Industry and Energy Group PO Box 5015, 2600 GA Delft, The Netherlands

2 Energie van Gr. energeia = werkzaamheid van en = in, ergon = werk Eerste hoofdwet van de thermodynamica: de energie van het universum is constant energie kan noch worden gecreëerd, noch worden vernietigd. energie kan wel van de ene in de andere vorm worden getransformeerd.

3 Energie transformeren: Waarom? Waarvoor gebruiken we energie

4 Waarom energie-transformatie? Waarvoor gebruiken we energie warme voeten verplaatsen van A naar B verlichting; elektrische tandenborstel...comfort industriële productie schoonmaken We vragen om de levering van: warmte (q) arbeid (w)

5 Waarom energie-transformatie? In welke vorm is energie beschikbaar: voorraden aardolie, aardgas, steenkool, uranium potentiële energie vastgelegd in chemische bindingen; atoomkernenergie stromingsbronnen: zonlicht, waterkracht, wind... potentiële en kinetische energie Vraag # wat beschikbaar is TRANSFORMATIE

6 Conventionele Energievoorziening

7 Conventionele elektriciteitsproduktie Verbrandingswarmte Kracht Eemscentrale, Eemshaven, Prov. Groningen (c) I. Nikolic, 2006

8 Opwekking van elektriciteit Conventioneel systeem (kringloopproces) Doel: conversie van de potentiële energie opgeslagen in energiedrager naar elektriciteit met een zo hoog mogelijk omzettingsrendement Het technische (sub-)systeem is altijd als volgt opgebouwd: 2) verbranding: omzetting chemische energie warmte 5) omzetting warmte kracht 6) omzetting kracht elektrische stroom Essentieel is dat 5) verloopt in een kringproces

9 Conventionele Energievoorziening

10

11 warmtebron

12 warmtebron Kringproces: warmte -- > kracht

13 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

14 Kringproces Kringproces: warmte --> kracht KRINGPROCES, begin bij de pomp: warmtebron cold sink pomp: water op hoge druk brengen warmtewisselaar: verdampen expansieturbine: P, T kracht (P en T dalen) warmtewisselaar: afkoelen en condenseren

15 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink De structuur van ELK conventioneel warmte kracht omzettingssysteem

16 Energie Omzetting van Warmte Kracht Tweede hoofdwet van de thermodynamica: warmte kan niet voor 100% worden geconverteerd in kracht sommige Joules zijn meer waard dan andere de wanorde (de entropie) van het universum (systeem + omgeving) kan alleen toenemen

17 Energie Tweede hoofdwet warmte kan niet voor 100% worden geconverteerd in kracht Carnot: de maximale hoeveelheid arbeid W (Work) uit een warmtestroom Q is afhankelijk van het Temperatuurniveau van die warmtestroom T h en de temperatuur van de omgeving T c. W max = Q * (T h -T c )/T h (T uitgedrukt in Kelvin)

18 Energie - Tweede hoofdwet W max = Q * (T h -T c )/T h of W max = Q * (1- T c /T h ) De factor (1- T c /T h ) is de Carnot-factor Carnot-factor T laag = 25 o C Factor Carnot-factor T hoog, o C

19 warmtebron Kringproces: warmte -- > kracht cold sink Q Q-W W Carnot: W max = Q * (T h -T c )/T h (T uitgedrukt in Kelvin)

20 warmtebron Kringproces: warmte -- > kracht cold sink Q Q-W W W max = Q * (T h -T c )/T h (T uitgedrukt in Kelvin) T h is de temperatuur van de warmtebron T c is de temperatuur van de cold sink

21 Inrichting conventionele elektriciteitsopwekking Warmtebron Meestal verbranding steenkool of aardgas maar ook: afval nucleair zonthermisch geothermisch etc. T h = temperatuur van de vuurhaard Kringproces: warmte kracht Meestal water/stoom als medium; (stoomcyclus) Naar kracht: Condenserende stoomturbines Naar cold-sink: Water- of luchtkoeling cold sink Meestal koelwater direct uit rivier, zee; indirect: uit koeltoren (koeling naar lucht) kleinere vermogens: directe luchtkoeling heel soms: aquifer T c = temperatuur lucht, rivier, zee, aquifer