Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła

Wydawnictwo Naukowe PWN przedstawia najnowsze unikalne kompendium aktualnej wiedzy na temat technologii wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, zarówno z konwencjonalnych i jądrowych, jak też odnawialnych zasobów energii pierwotnej, a także układów elektrycznych elektrowni oraz pracy elektrowni w systemie elektroenergetycznym i na rynku energii elektrycznej. Prezentowana publikacja zatytułowana "Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Podręcznik nowoczesnej energetyki" zawiera połączenie technologii wielkoskalowego, jak i rozproszonego wytwarzana energii elektrycznej i ciepła, a także aspektów ekonomicznych, systemowych i rynkowych wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, które zwykle są przedmiotem odrębnych opracowań/książek. Tę książkę wyróżnia przede wszystkim: • holistyczne podejście do omawianych zagadnień, • przystępna forma i treść, a także • zorientowanie na istotę zjawisk i procesów, a nie tylko szczegóły techniczne. Adresatem książki są przede wszystkim studenci wydziałów elektrycznych i energetycznych politechnik oraz pracownicy elektroenergetyki, ale także osoby zainteresowane problemami, skąd się bierze energia elektryczna.

Spis treści

O autorze XI Rozdział 1. Elektrotechnika – energetyka – elektroenergetyka – elektrownie 1 1.1. Postacie, przemiany i jednostki energii 1 1.2. Od elektrotechniki do elektroenergetyki 6 1.3. Klasyfikacja elektrowni 13 1.4. Elektrownie i elektrociepłownie konwencjonalne i jądrowe 15 1.5. Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciepła 19 1.5.1. Definicja i klasyfikacja generacji rozproszonej 19 1.5.2. Technologie wytwarzania rozproszonego 20 1.5.3. Generacja rozproszona a system elektroenergetyczny 28 1.6. Rozwój, stan obecny i przyszłość elektroenergetyki w Polsce 31 Rozdział 2. Elektrownie parowe konwencjonalne 41 2.1. Charakterystyka ogólna i ilościowa 41 2.2. Kotły parowe 49 2.3. Turbiny parowe 56 2.4. Skraplacz pary i jego chłodzenie 64 2.5. Sprawność elektrowni 70 2.6. Obieg termodynamiczny elektrowni parowej i poprawa jego sprawności 75 2.7. Konwencjonalne, wysokosprawne bloki energetyczne i bloki na nadkrytyczne parametry pary 90 2.8. Bloki energetyczne z kotłami fluidalnymi 94 2.8.1. Spalanie fluidalne 94 2.8.2. Typy kotłów fluidalnych 97 2.8.3. Podstawowe schematy cieplne układów z kotłami fluidalnymi 101 Rozdział 3. Elektrownie z turbinami gazowymi 105 3.1. Stosowane obiegi i ich sprawność 105 3.2. Obiegi gazowo-parowe i ich zastosowanie w elektrowniach 110 3.3. Konstrukcje energetycznych turbin gazowych 113 3.4. Stan energetyki gazowej w Polsce 118 3.5. Zgazowanie węgla do celów energetycznych 120 3.6. Układy gazowo-parowe zintegrowane ze zgazowaniem węgla 131 Rozdział 4. Zespoły prądotwórcze z silnikami spalinowymi, silnikami Stirlinga i mikroturbinami gazowymi 135 4.1. Obieg termodynamiczny i sprawność silników spalinowych 135 4.2. Silniki Stirlinga i mikroturbiny gazowe 141 4.3. Zastosowania zespołów prądotwórczych z silnikami spalinowymi, silnikami Stirlinga i mikroturbinami gazowymi 146 Rozdział 5. Elektrownie jądrowe 155 5.1. Energetyczne reaktory jądrowe 155 5.1.1. Energia reakcji jądrowych 155 5.1.2. Zasada działania i budowa reaktora jądrowego 158 5.1.3. Podstawowe typy reaktorów energetycznych i ich rozwiązania konstrukcyjne 161 5.1.4. Małe modułowe reaktory energetyczne 166 5.2. Elektrownie jądrowe 167 5.2.1. Procesy technologiczne i układy cieplne elektrowni jądrowych 167 5.2.2. Obiegi termodynamiczne elektrowni jądrowych 171 5.2.3. Wyposażenie i układy elektryczne elektrowni jądrowych 173 5.2.4. Bezpieczeństwo pracy elektrowni jądrowych 174 5.3. Cykl paliwowy energetyki jądrowej 176 5.3.1. Paliwa jądrowe i ich zasoby 176 5.3.2. Charakterystyka cykli paliwowych 178 5.3.3. Odpady promieniotwórcze i bezpieczeństwo energetyki jądrowej 182 5.4. Stan obecny i perspektywy energetyki jądrowej 186 5.4.1. Energetyka jądrowa w ujęciu ilościowym 186 5.4.2. Problemy energetyki jądrowej 188 5.4.3. Perspektywy rozwoju energetyki jądrowej 191 5.4.4. Energetyka jądrowa w Polsce 193 Rozdział 6. Elektrociepłownie i pompy ciepła 197 6.1. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła 197 6.2. Łańcuch przemian energetycznych i sprawność EC konwencjonalnej 199 6.3. Podstawowe schematy cieplne elektrociepłowni konwencjonalnych i parametry stosowanych urządzeń 203 6.4. Nowoczesne technologie wytwarzania skojarzonego 210 6.5. Wsparcie dla wytwarzania skojarzonego 218 6.6. Stan i przyszłość kogeneracji w Polsce 224 6.7. Pompy ciepła i ich zastosowania 229 6.7.1. Zasada działania, budowa i rodzaje pomp ciepła 229 6.7.2. Zastosowania pomp ciepła 235 Rozdział 7. Elektrownie wodne 239 7.1. Ogólna charakterystyka elektrowni wodnych 239 7.2. Moc i energia elektrowni wodnej 241 7.3. Rodzaje elektrowni wodnych 244 7.4. Turbiny wodne 249 7.5. Charakterystyka wybranych elektrowni wodnych i przyszłość energetyki wodnej w Polsce 259 7.5.1. Energetyka wodna w Polsce 259 7.5.2. Elektrownie przepływowe 261 7.5.3. Elektrownie zbiornikowe 261 7.5.4. Elektrownie wodne szczytowo-pompowe 262 7.5.5. Małe elektrownie wodne 265 7.5.6. Przyszłość energetyki wodnej w Polsce 267 Rozdział 8. Elektrownie wiatrowe 271 8.1. Wykorzystanie energii wiatru 271 8.2. Lądowe elektrownie (farmy) wiatrowe 287 8.3. Morskie elektrownie (farmy) wiatrowe 290 Rozdział 9. Elektrownie słoneczne 299 9.1. Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego 299 9.2. Elektrownie (farmy) słoneczne heliotermiczne 303 9.3. Elektrownie (farmy) słoneczne fotowoltaiczne 308 Rozdział 10. Elektrownie na biomasę, geotermiczne i inne 321 10.1. Wykorzystanie biomasy i biogazu 321 10.2. Elektrownie geotermiczne 328 10.3. Wykorzystanie energii mórz i oceanów 336 Rozdział 11. Ogniwa paliwowe jako źródła energii elektrycznej i ciepła 343 11.1. Ogniwa galwaniczne, ogniwa paliwowe, akumulatory 343 11.2. Budowa, zasada działania i rodzaje ogniw paliwowych 351 11.3. Wykorzystanie ogniw paliwowych 357 Rozdział 12. Hybrydowe systemy wytwórcze 363 12.1. Definicja hybrydowego systemu wytwórczego 363 12.2. Rodzaje hybrydowych systemów (układów) wytwórczych 365 12.3. Wykorzystanie w układach (systemach) hybrydowych magazynów energii 368 12.4. Przykłady rozwiązań układów hybrydowych 381 Rozdział 13. Układy elektryczne elektrowni 389 13.1. Generatory synchroniczne 389 13.1.1. Opis ogólny, parametry i schemat zastępczy 389 13.1.2. Dopuszczalny obszar pracy generatora 394 13.1.3. Sprawność turbogeneratorów 397 13.1.4. Chłodzenie turbogeneratorów 397 13.1.5. Układy wzbudzenia i regulacja parametrów generatora 401 13.1.6. Przyłączenie generatora do sieci (praca równoległa) 408 13.1.7. Tendencje rozwojowe turbogeneratorów 409 13.2. Generatory asynchroniczne 410 13.3. Układy elektryczne wyprowadzenia mocy i zasilania odbiorników potrzeb własnych elektrowni konwencjonalnych i jądrowych 414 13.3.1. Wstęp 414 13.3.2. Struktura układów elektrycznych elektrowni 417 13.3.3. Układ wyprowadzenia mocy 419 13.3.4. Układ zasilania potrzeb własnych 421 13.3.5. Elementy układu elektrycznego elektrowni 426 13.3.6. Przykłady układu elektrycznego elektrowni 428 13.4. Układy elektryczne elektrowni OZE 435 Rozdział 14. Wybrane zagadnienia pracy elektrowni w systemie elektroenergetycznym 445 14.1. Podstawowe wielkości charakteryzujące podsystem wytwórczy 445 14.2. Obciążenie systemu elektroenergetycznego i jego zmienność 450 14.3. Udział elektrowni w pokrywaniu obciążenia 452 14.4. Moc regulacyjna i jej źródła w krajowym systemie elektroenergetycznym 454 14.5. Elektrownie a środowisko 470 14.6. Koszty wytwarzania energii elektrycznej 476 14.6.1. Społeczny koszt energii elektrycznej 476 14.6.2. Nakłady inwestycyjne na budowę elektrowni i ceny paliw 478 14.6.3. Kalkulacyjny układ kosztów, koszty stałe, zmienne i krańcowe 487 14.6.4. Obliczanie kosztów wytwarzania energii elektrycznej 497 14.7. Elektrownie na rynku energii elektrycznej 506 14.8. Poziom cen i kosztów w elektroenergetyce krajowej 514 Bibliografia 523