1.TRANSFORMACIJA UNUTRAŠNJE TERMIČKE U MEHANIČKU ENERGIJU.

Za ovu transformaciju je potreban kružni proces. On se ostvaruje u toplotnim mašinama pomoću radne materije koja uz snižavanje temperature ekspandira sa višeg na niži pritisak. Obavljeni rad radne materije se prenosi na pokretne delove uređaja s kojima je ona u neposrednom dodiru.

2.VRSTE PODELA RADNIH MAŠINA

Po radnoj materiji se dele na:– radne mašine s gasovima (uvek su u gasovitom stanju)– radne mašine s parom (para tokom kružnog procesa prelazi iz jednog u 2. agregatno stanje)• Po tipu, radne mašine se dele na:– klipne mašine– turbomašine

3.OPISATI OPŠTI PRINCIP RADA KLIPNE MAŠINE

Klipna mašina (Slika 1) radi periodično. Radna materija se preko usisnog ventila uvodi u cilindar, a nakonekspanzije (širenja) se iz njega odvodi kroz izduvni ventil. Zamajac koji se nalazi na osovini mašine, omogućava njeno jednoliko kretanje. Pokretni delovi mašine su podvrgnuti znatnim naprezanjima zbogpromene smera kretanja i usporavanja i ubrzavanja koja se veoma brzo smenjuju. Takve promene naprezanja skraćuju i ograničavaju vek trajanja klipnih mašina.

4.OPISATI OPŠTI PRINCIP RADA TURBOMAŠINE.

Za razliku od klipnih mašina, naprezanje pokretnih delova turbomašina je jednoliko. Radna materija prolazikroz mlaznice i okreće rotor na kome se nalaze lopatice. Rotor se jednoliko okreće i nema delova koji supodvrgnuti promeni smera kretanja. To je glavna prednost tih mašina nad klipnim mašinama. Nedostatakim je u tome, što su tzv. kola s lopaticama skuplja od cilindra, klipa i ventila, što se naročito odnosi naturbomašine male snage, te je do skoro bilo uobičajeno da se (do reda veličine od oko 1000kW) one bileizrađivane kao klipne. Što im je veća snaga, to su turbomašine ekonomičnije. Nekad se, zbog različitihrazloga, izrađuju i turbomašine malih snaga.• Za oba tipa mašina je moguće kao radnu materiju koristiti i gasove i pare. Naravno da konstrukcija mašine zavisi od radne materije, a to utiče i na način ostvarivanja kružnog ciklusa.

5. T-s DIJAGRAM VLAŽNE PARE. SKICA I OPIS DIJAGRAMA.

U oblasti vlažne pare (v. sl. koja sledi) bi se mogao izvesti kružni proces između konstantnih pritisaka, apošto su u području vlažne pare izobare istovremeno I izoterme, proces između stalnih pritisaka je istovremeno i Karnoov proces. Taj proces je prikazan na slici 3 u T-s I p-v dijagramima.

6. KARNOOV CIKLUS.T-s I P-v DIJAGRAM I OBJAŠNJENJE.

Proces ima 4 faze i svaka se odvija u odvojenom delu postrojenja. Dovođenje toplote, uz istovremeno isparavanje bi se odvijalo između stanja 1 i 2 na Slici 3. (u parnom kotlu), pa je dovedena toplota proporcionalna površini 1-2-s1-s2 (v. sl. 3). Para proizvedena u kotlu ekspandira adijabatski u parnoj mašini od stanja 2 do 3. Za vreme ekspanzije se deo pare kondenzuje, pošto se adijabate sve više udaljavaju od granične krive, pa u kondenzator dolazi smeša pare I tečnosti. Na kraju ekspanzije, vlažna para ima temperaturu TL, koja je i najniža temperatura u procesu. U kondenzatoru se preostala para kondenzuje, zbogtoga što se toplota odvodi rashladnom vodom koja struji kroz kondenzator. Odvedena toplota je proporcionalna površini 3-4-s1-s2 (v. sl. 3). Da bi se adijabatskom kompresijom mogla dobiti vrela voda stanja 1, morala bi se iz kondenzatora isisati smeša tečnosti i pare koja odgovara stanju 1. Prilikom kompresije se, međutim, zagreva samo para, a tečnost će, zbog loših uslova pri razmeni toplote, ostati pretežno hladna. Zato se na kraju kompresije neće dobiti vrela voda stanja 1, već neka smeša pregrejane pare i hladne vode, neće dakle nastati stanje koje odgovara pretpostavljenom kružnom procesu. To praktičnoznači da je nemoguće ostvariti Karnoov proces s mokrom parom. Zato se u praksi kompresor zamenjuje napojnom pumpom, a to znači da se sva para koja izlazi iz parne mašine mora kondenzovati u kondenzatoru i da na izlazu mora biti postignuto stanje na izobari pL=const., a to je istovremeno istovremeno I izoterma TL

7. NACRTATI SKICU TERMOELEKTRANE, T-s DIJAGRAM, NUMERISATI NA ODGOVARAJUĆI NAČIN I UKRATKO OBJASNITI.

8. NAVESTI ENERGETSKE TRANSFORMACIJE KOJE SE ODVIJAJU U POJEDINIM DELOVIMA TIPIČNOG TERMOENERGETSKOG POSTROJENJA KAO I NAZIVE DELOVA U KOJIMA SE ONE ODVIJAJU

U kotlu prilikom sagorevanja goriva uz prisustvo kiseonika do transformacije hemijske energije goriva utoplotu, koja se zatim transformiše u unutrašnju energiju pare. Unutrašnja energija pare koja se odvodi iz kotla do turbine prelazi u kinetičku energiju prilikom ekspanzije koja se na lopaticama turbine transformiše u mehaničku energiju. Time se omogućava rotacija turbinskih kola. Na istoj osovini se nalazi i generator i zahvaljujući tome dolazi i do transformacije u električnu energiju, koja se zatim distribuiše do krajnjih korisnika. Termoenergetski ciklusi koji se odvijaju u termoelektranam mogu da se odvijaju u različitim elementima, ali su najčešće u pitanju sledeći delovi:- kotao (na neko fosilno gorivo ili nuklearni reaktor),- turbina,- kondenzator,- napojna pumpa i- generator.

9. PARNE TURBINE. OPIS RADA I VRSTE TRANSFORMACIJA KOJE SE U NJIMA ODVIJAJU

U njima se javlja 2-ostruka energetska transformacija-unutrašnje energije pare u kinetičku energiju-kinetičke energije pare u mehaničku energiju

Danas se turbine većih snaga uglavnom izvode s prvim stepenom kao akcionim. U akcionim turbinama nije potrebno da kroz cello okretno kolo struji para. To se ne može postići u prvom stepenu zbog konstrukcijskih razloga. Para, naime, struji samo kroz deo kanala između lopatica okretnog kola, jer se ona dovodi manjih

brojem mlaznica smeštenih na delu oboda prvog okretnog kola. Nakon ekspanzije se povećava zapremina pare, pa u narednim stepenima ona struji svim kanalima dovodnih i okretnih kola. Za razliku od toga, u reakcionom stepenu para mora strujati kroz sve kanale između lopatica okretnog kola, jer vlada razlika pritiska u prostoru ispred lopatica okretnog kola i iza njih. Zbog te razlike pritisaka, a ako para struji samo kroz deo kanala između lopatica, deo nje će strujati beskorisno kroz zazore između ivica lopatica I kućišta, što značajno smanjuje korisni stepen delovanja. Takve pojave nema u akcionim stepenima, jer je ispred okretnog kola i iza njega isti pritisak. Zbog svega toga je u reakcionim turbinama preko potrebno da prvi stepen bude akcioni. Tada se u prvom stepenu iskorišćava deo pada entalpije između visokih pritisaka i visokih temperatura, pa kroz ostale stepene struji para nižeg pritiska i niže temperature. To dopušta upotrebu tanih zidova kućišta, zbog nižeg pritiska I manjih zazora između statora i rotora, zbog manjih dilatacija kao posledice temperaturskih promena. Danas se izvode oba tipa parnih turbina (akcione i reakcione).

10. PODELA PARNIH TURBINA

• po smeru strujanja pare– aksijalne (za veće snage)– radijalne (za male snage)• prema delovanju rotora s obzirom na ekspanziju pare– akcione (tzv. jednakopritisne turbine-para ekspandira samo u privodnom kolu (među lopaticama statora)– reakcione (para ekspandira među lopaticama i statora i rotora, zbog čega među lopaticama rotora vlada veći pritisak ispred, nego iza)• u odnosu na visinu pritiska na kraju ekspanzije– kondenzacione (para se iskorišćava do kondenzatorskog pritiska, koji je određen temperaturom rashladne vode)– protivpritisne (para ekspandira do pritiska znatno višeg od kondenzatorskog, pošto se koristi za grejanje ili industrijske tehnološke postupke)

11. PARNE TURBINE ZA NUKLEARNE ELEKTRANE

U dosad najviše korišćenim reaktorima (reaktori s običnom vodom tipa PWR i BWR) se proizvodi suvozasićena para relativni niskih pritisaka (60- 75 bara, kojima odgovara temperatura isparavanja od 275 do 290oC). Proces u nuklearnoj elektrani je jednak, dakle, procesu s vlažnom parom. Prema tome, reč je o pari znatno nižeg pritiska i znatno niže temperature od one što se proizvodi u kotlovima loženim fosilnim gorivima, jer se konvencionalna termoelektrana bazira na procesu s pregrejanom parom. Poređenja radi, dato je nekoliko podataka za paru iz kotlova (p=163bar, t=565oC) i za paru iz reaktora s običnom vodom i to u oba slučaja za ekspanziju do pritiska od 0,05bar u kondenzatoru. Prvi podatak se odnosi na paru iz kotlova, a drugi na paru iz reaktora:• raspoloživi adijabatski pad: 1620 kJ/kg, 930kJ/kg• količina pare na ulazu u turbinu: 2,73 kg/kWh, 5,57kg/kWh• količina pare na izlazu iz turbine: 1,84kg/kWh, 2,94kg/kWhRazlika između količine na ulazu i izlazu nastaje zbog toga što se parom zagreva kondenzat i odvodi se kondenzovana para tokom ekspanzije. Takve izvedbe zahtevaju i posebne konstrukcijske zahvate da bi se uz tako niske parametre pare postigao dovoljno visok stepen korisnog dejstva I dovoljna sigurnost u pogonu.Teškoće se povećavaju, jer treba praviti turbine velikih snaga, zato što ekonomičnost nukklearnih elektrana brzo raste s povećanjem snage reaktora, a stoga i s rastom snage turbine.

• Niska entalpija sveže pare na ulazu u turbinu zahteva za veliku snagu i veliku zapreminu pare, pa onda i velike dimenzije, naročito na izlazu iz turbine, gde vlada veoma nizak pritisak.• Najveća teškoća je vlaga u pari, jer se ona pojavljuje već na početku ekspanzije, a svakako i u svim stepenima turbine. Stoga su potrebne posebne mere za odvođenje kondenzata u svim stepenima. To se postiže razrezima, kao na sl. U visokopritisnim i stepenima srednjeg pritiska. U niskopritisnim, gde se paranaročito intenzivno kondenzuje, upotrebljavaju se šuplje statorske lopaticee sa zazorima koji upijaju kapi vode. Tako upijena voda se odvodi u konenzator. Osim parcijalnog odvođenja kondenzata u pojedinim stepenima turbine, izvode se separatori kondenzata između 2 kućišta parne turbine sa svrhom da sesmanji izlučivanje kondenzata u narednim stepenima. Osim toga, pre nego što se uvede u niskopritisni deo, para se zagreva pomoću sveže pare iz reaktora.• Pojava vlage u pari koja ekspandira u turbini ne prouzrokuje samo dodatne gubitke, već i reoziju materijala lopatica i ostalih delova. Intenzitet erozije zavisi od pritiska i od sadržaja vlage. Da bi se smanjila erozija, nanosi se na ugrožene delove turbine tanak sloj čelika s visokim postotkom hroma. Pojava znatnijih količina vlage u turbini zahteva dodatne mere za regulaciju turbine. Unutrašnje su joj površine prekrivene vodenim filmom debljine od 1 do 2 mm, a svako udubljenje je napunjeno kondenzatom. Mada je pogodnom konstrukcijom moguće smanjiti dimenzije udubljenja, pa I potpuno ih eliminisati, pojava p p , p j vodenog filma se ne može sprečiti. Pri smanjenom opterećenju, a naročito ako se obustavi dovod pare u turbinu, unjoj opada pritisak, što dovodi do naglog isparavanja kondenzata nakupljenog u turbini. Tako nastala dodatna količina pare ekspandira u turbini i proizvodi mehaničku energiju. Ako se generator isključi iz mreže, a zbog dodatnog isparavanja, znatno se povećava broj obrtaja turbine. Da bi se uticaj dodatnog isparavanja smanjio, ugrađuje se klapna između visokopritisnog i niskopritisnog dela (c na narednoj slici), koja se zatvara kad prestane tok pare u turbini. Tad para nastala isparavanjem kondenzata u visokopritisnom delu turbine ne može da stigne do njenog niskopritisnog dela, što svakako smanjuje porast broja obrtaja

12. ULOGA I OPIS KONDENZATORA TERMOENERGETSKOG POSTROJENJA S PARNOM TURBINOM

Kondenzator je razmenjivač toplote koji najčešće radi pod vakuumom. U njemu se nalaze 2 fluida: para i rashladna voda koja od pare preuzima toliko toplote, koliko je potrebno da se ona potpuno kondenzuje.Uloge kondenzatora su sledeće :1. smanjuje pritisak na poslednjem stepenu turbine, povećavajući rad koji može da se iz nje izvuče.2. kondenzuje i skuplja kondenzovanu paru i vraća je u napojno-grejni sistem

U kondenzatoru se koristi rashladna voda iz velikih vodenih tokova (reka) ili iz rashladnih tornjeva. Moguća je I upotreba vazduha (skuplje)

13. OSNOVNI DELOVI I PRINCIP RADA GASNE TURBINE.

Delovi:– kompresor– komora sagorevanja-- gasna turbine

Brajtonov ciklusKompresor uzima vazduh iz okoline, komprimuje ga do odgovarajućeg pritiska, zatim ga dovodi do komore za sagorevanje, gde se vrši sagorevanje goriva I zagrevanje gasa pri konstantnom pritisku. Zagrejana smeša vazduha i gasova sagorevanja ekspandira u gasnoj turbini gde se vrši transformacija unutrašnje turbini,

energije smeše u mehaničku energiju, čime se vrši pogon kompresora i električnog generatora. Gasovi sagorevanja se odvode u okolinu. Za pogon služi električni ili dizel motor.-minimalnih snaga 25-250 kW, najveća 370MW(Siemens)

14. GORIVO ZA POGON GASNIH TURBINA.

Za pogon gasnih turbina ne mogu se upotrebiti čvrsta, već samo gasna I tečna goriva. Da bi se sprečila erozija lopatica, korozija materijala i taloženje u krugu dimnih gasova, mora gorivo za postrojenje s gasnom turbinom imati određena svojstva. U gasovitim gorivima koroziju izazivaju sumpor i alkalni metali (natrijum I kalijum). Gorivo sadrži sumpor u obliku sumporvodonika (H2S) i slobodnog sumpora, a alkalni se metali vazduhom unose u proces. Sumpor izaziva koroziju cevi i ventila kojima se gorivo dovodi u komoru sagorevanja I razmenjivača toplote. U dovodnim delovima postrojenja korozija se sprečava upotrebom antikorozivnih legura, a metalne će se površine u razmenjivaču toplote od nje sačuvati ako se temperatura dimnih gasova održava iznad temperature tačke rose sumporne kiseline. Delovi turbine s najvišim temperaturama su izvrgnuti koroziji kad dimni gasovi istovremeno sadrže sumpor i alkalne metale. Ti elementi za vreme sagorevanja stvaraju natrijum sulfat, a on izaziva intenzivnu koroziju lopatica u turbini. Zato je znatno važnije ograničiti sadržaj alkalnih metala u vazduhu, nego udeo sumpora u gorivu. Eksperimentu pokazuju da već uz 30ppb alkalnih metala nastaju oštećenja. Danas se preporučuje filtriranje vazduha i izbor odgovarajućih materijala. U gasnim turbinama se mogu upotrebiti praktično svi naftni derivati uz određene uslove i ograničenja.• Gorivo mora imati određene fizičke osobine, čistoću i viskoznost. Pre nego što se ono dovede u komoru sagorevanja, mora se filtrirati. Za lekše derivate mehaničke nećistoće ne smeju da pređu dimenzije od 5μm, a za teške derivate 25μm. Mehaničke nečistoće, naime, skraćuju životni vek pumpi za gorivo i turbinskih lopatica. Lakši se derivati na ulazu u komoru sagorevanja raspršuju mehanički ili pomoću niskopritisnog vazduha i ne moraju se predgrevati iznad temperature okoline, a teži se derivati raspršuju visokopritisnim vazduhom i zagrevaju se na temperaturu od 50o do 120oC u zavisnosti od viskoznosti goriva.• Hemijski sastav goriva, a naročito pepela, od najveće je važnosti za gasne turbine zbog visokih temperatura dimnih gasova. Nepovoljni hemijski sastav goriva u najboljem slučaju će prouzrokovati smolasta taloženja na turbinskim lopaticama, a u nepovoljnijim uslovima korozija bitno skraćuje životni vek delovanja izvrgnutih visokim temperaturama. To, međutim, ne znači da sva tečna goriva moraju da budu posebno pripremljena pre upotrebe u gasnim turbinama. 5 hemijskih elemenata u gorivu najviše utiče na njegove osobine. To su: vanadijum, natrijum, kalijum, olovo i kalcijum. Prva 4 izazivaju koroziju privisokim temperaturama, a svih 5 elemenata uzrokuje taloženje na turbinskim lopaticama, koje je teško ukloniti. Zbog toga se turbini snaga smanjuje. Mada je uticaj svih 5 elemenata znatan, na ograničenost upotrebe težih derivata, uglavnom p g utiče količina natrijuma i vanadijuma. Ta 2 elementa se mogu tolerisati samo u veoma malim količinama (natrijum + kalijum 5 ppm i vanadijum 2ppm). Za vreme sagorevanja, osim toga nastaju jedinjenja (natrijum sulfat, natrijum vanadat, vanadijum pentoksid) koji su polurastopljeni i aktivni već pri temperaturi od 630oC. Korozivno delovanje znatno je intenzivnije pri još višim temperaturama, pri kojima danas rade gasne turbine. Ako gorivo sadrži natrijuma i vanadijuma više nego što je dopušteno, jedini je način da se opasni višak tih elemenata odstrani pre upotrebe.• Natrijum, kalijum i kalcijum se najčešće pojavljuju u obliku slane vode, a ona se ili crpu zajedno sa sirovom naftom ili je rezultat zaprljanja tokom prevoza morem. Takve vode nema u lakim derivatima, zbog razlike u gustini, što omogućava da se ona lako odvoji od goriva. Pošto se pomoću nekih dodataka ne može sprečiti nepovoljno delovanje tih hemijskih elemenata, treba ih ukloniti iz goriva pre sagorevanja. Iz srednje teških derivata se slana voda izdvaja elektrostatičkim postupkom, destilacijom ili centrifugisanjem. To je moguće uz dovoljnu razliku u gustini između derivata i slane vode. Taj uslov, međutim, nije ispunjen za teške derivate, pa pre prečišćavanja vodi treba povećati gustinu dodajući magnezijumov sulfat.

• Vanadijuma ima u sirovoj nafti i on nakon prerade ostaje u teškim derivatima. Zbog toga je u njima njegova koncentracija znatna, a vrlo je mala u lakšim derivatima. Vanadijum je rastopljen u ulju, pa mu se koncentracija ne smanjuje ispiranjem. Njegovo negativno delovanje se sprečava dodavanjem magnezijum sulfata. Jedinjenja magnezijuma povećavaju temperaturu topljenja pepela, pa to stvara zaštitni sloj nalopaticama turbine. Vodeni rastop magnezijum sulfata se dodaje gorivu u mešalici s raspršivanjem neposredno pre nego što se ono dovede u komoru sagorevanja. Naročito je važno da se tako nastala smeša odmah ubrizga u komoru kako bi se onemogućilo da se vodeni rastvor odvoji od goriva.• Laki derivati se mogu normalno upotrebljavati za pogon gasnih turbina, jer je udeo natrijuma, vanadijuma i ostalih metala u njima manji od 1ppm (manje od 0,0001%). Teži derivati se moraju posebno pripremati uzavisnosti od količine metala koju sadrže. Gasne turbine se prave ili za jednu ili za 2 različite vrste goriva.

15. OPIS UREĐAJA I POSTROJENJA U KOJIMA SE ODVIJA TRANSFORMACIJA POTENCIJALNE ENERGIJE VODE U MEHANIČKU ENERGIJU

Energija koju ima neka tečnost koja struji određenom brzinom se sastoji od energije pritiska, potencijalne ikinetičke energije. Svaka od tih energija se može pretvoriti u 2. oblik, koji se pomoću mašina transformišeu mehaničku energiju (npr. vodenica, vodne turbine)• Hidroelektrane (voda se dovodi tako da ima pad prilikom dolaska u vodnu turbinu)Najjednostavniji uređaji za iskorišćavanje vodenih potencijala su vodenička kola, a ona se izvode za iskorišćavanje kinetičke energije (v. prethodnu sl. a) ili su pogonjena pomoću potencijalne energije. Takva vodenična kola su upotrebljavana već u najdavnijim vremenima. Danas se veoma retko mogu sresti. Osim toga, moguće je ostvariti i klipnu mašinu pogonjenu vodom kao radnom materijom u kome se iskorišćava pritisna energija. Snage koje se postižu takvim mašinama su veoma male, a i stupanje korisnog dejstva je veoma slab. Izuzetak je vodenično kolo koje iskorišćava potencijalnu energiju jer ono može imati vrlo dobar stepen korisnog dejstva ako je dboro konstruisano.

16. PODELA HIDRAULIČNIH (VODENIH) TURBINA

Hidraulične (vodene) turbine su mehanički uređaji koji transformišu potencijalnu energiju povezanau sa razlikom u visini nivoa vode u korisni rad. Danas postoje i jedinice veće od 800MW sa efikasnošću i od 95%.• pretpritisne (pritisak na ulaz u rotor je veći od onog na izlazu, up. reakcione parne turbine)– Fransisova (eng. Francis); s vertikalnom I horizontalnom osovinom– Kaplanova; samo s vertikalnom osovinom– propelerna (Kaplanova, ali s nepomičnim rotorskim lopaticama)• turbine slobodnog mlaza

– Peltonova

17. PREDPRITISNE TURBINE

Danas se u osnovi grade 2 tipa vodenih turbina: pretpritisne (reakcione) I turbine slobodnog mlaza (akcione).• Pretpritisne turbine su vodene turbine u kojima je pritisak na ulazu u rotor veći od onog na njegovom izlazu, što odgovara reakcionim parnim turbinama. U pretpritisnim turbinama se, naime, deo pritisne energije transformiše u kinetičku energiju u statoru, a deo u rotoru. Prave se 2 tipa pretpritisnih vodenih turbina: Francisova i Kaplanova turbina. Prvu je konstruisao Amerikanac Francis (1847.), a drugu ČehKaplan (1922.). Ponekad se konstruišu i propelerske turbine, koje su u principu Kaplanove, ali s nepomičnim rotorskim lopaticama (u Kaplanovoj se turbini rotorske lopatice mogu pomerati da bi se bolje

prilagodile uslovima strujanja). Francisova turbina se izvodi s horizontalnom i s vertikalnom osovinom, a Kaplanove i propelerske turbine samo s vertikalnom osovinom.

18. TURBINE SLOBODNOG MLAZA

U turbinama slobodnog mlaza, pritisak je na ulazu u rotor jednak kao i na njegovom izlazu, što odgovara akcionim parnim turbinama, jer se sva pritisna energija transformiše u kinetičku energiju vode u statoru.Peltonova turbina je jedini tip vodene turbine slobodnog mlaza koji se danas izvodi. Konstruisao ju je Amerikanac Pelton 1878. godine. Peltonova turbine se izvodi s jednom i s više mlaznica

19.HIDROELEKTRANE,DELOVI I PRINCIP RADA

Većina hidroelektrične snage se dobija iz potencijalne energije vode iza brane koja pokreće vodenu turbinu i generator. U ovom slučaju energija vode zavisi od zapremine i razlike u visinama između izvora i vodenog izlaza. Potencijalna energija vode je proporcionalna razlici u visinama.• Da bi se dobila veoma velika visinska razlika, voda za hidraulične turbine može da se dovodi do njih kroz ogromne cevi (eng. penstock).• Postoje i akumulacije za upumpavanje hidroelektriciteta. One proizvode električnu energiju da bi zadovoljile vršne potrebe (eng. peak demands) pomeranjem vode između rezervoara na različitim visinama. U periodu niskih zahteva za električnom energijom (low electrical demands), višak proizvodnog kapaciteta se koristi za upumpavanje vode u viši rezervoar. Kada opet dođe do većih zahteva, voda se vraća u donji rezervoar kroz turbinu.• Akumulaciona jezera su veštačka jezera koja se koriste za smeštaj vode. Nakon što se izgradi brana, vodeni tok ispuni akumulaciono jezero.Pored brana,delovi hodroelektrane su još I cevi za dovod vode do turbine I pumpe, kao I generator.. Pumpa je uređaj za pomeranje fluida, kao što su npr. tečnosti ili različitihsuspenzija. Pumpa premešta određenu zapreminu putem mehaničkog dejstva. Pumpe samo premeštaju fluid.

20. PRINCIP RADA CENTRIFUGALNIH PUMPICentrifugalna pumpa je rotodinamička pumpa koja koristi rotaciono pumpno kolo za povećavanje pritiska fluida. Centrifugalne pumpe se koriste za premeštanje tečnosti kroz cevni sistem. Fluid ulazi u pumpno koloduž ili blizu vratila i biva ubrzan pumpnim kolom, putem radijalnog toka u difuzor, odakle izlazi u izlazni cevni sistem.• Koristi se za:– podizanje tečnosti (najčešće vode) na viši nivo ili– radi povećanja pritiskaDelovi su:- rotor- stator

21. UPOTREBA PUMPI U TERMOENERGETSKOM POSTROJENJU

- kondenzatna (kondenzat se uklanja iz kondenzatora i prolazi kroz niskopritisni grejač pomoću nje)- za napojnu vodu

22. TRANSFORMACIJA MEHANIČKE U ELEKTRIČNU ENERGIJU

• je energetsko pretvaranje mehaničke u električnu energiju, a moguć je i obrnut proces. Najvažnije pojavekoje omogućuju ovaj proces su kada:– provodnik kroz koji teče el. struja je smešten u magnetnom polju i ima smer tako da je 1 njegova komp. normalna na smer magnetnog polja– feromagnetni materijal u magnetnom polju– na ploče el. kondenzatora deluju sile koje nastoje da ih približe– električni materijal je u električnom polju, na njega deluje sila koja nastoji da ga postavi u takav položaj da se duža osa poklopi sa smerom električnog polja.

23. DELOVI I OPIS ELEKTRIČNOG GENERATORA

Električni generator konvertuje rotacionu mehaničku energiju vratila turbine u 3-ofaznu električnu energiju napona između 11,5 i 27kV.Generator se sastoji od:- sistema ventilacije (hlađeni vazduhom su do 300MW, preko toga se nudi hlađenje vodonikom, a za >500MW stator se hladi vodom, a ostale komponente vodonikom)- pobude i- dodatnih delovaDodatni delovi:- sistem za podmazivanje za ležaje vratila- pumpe- hladnjaci i rezervoarPobudaRotorsko polje mora da ima izvor jednosmerne struje. Mnogi generatori koriste rotirajuće “kolektorske” prstenove sa stacionarnim ugljeničnim četkicama da prenesu jednosmernu struju iz stac izvora (npr pobudni sistem stac. npr. tiristorski kontrolisan). Koristi se i rotirajuća pobuda bez četkica (to je mali generator)

24. OPIS RADA ČETVOROTAKTNIH MOTORA SUS KOJI RADE PO OTTO CIKLUSU

Motor sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motor) je motor u kome se vrši sagorevanje goriva (obično fosilnog porekla) zajedno sa nekim oksidantom (obično vazduh) u komori za sagorevanje. U SUS motoruekspanzija gasova visoke temperature i pritiska, proizvedenih sagorevanjem direktno vrši silu na pokretnekomponente motora, takve kao što je npr. cilindar i pomerajući ih duž određene distance stvara korisnu mehaničku energiju. U takvom motoru na svaki puni okret (360°) bregaste osovine dolaze dva okreta klipnjače u cetiri hoda.RADNI TAKT - u tom položaju zatvoreni su ventili dovoda i ispuha, u komoru za sagorevanje se unosi iskra i dolazi do eksplozije smeše goriva i vazduha pod pritiskom. Klip je u polozaju GMT*, eksplozija potiskuje klip prema dole na njegov DMT* i nastaje pola okreta klipnjace.IZDUV - izduvni ventil se otvara, klip se nakon dosezanja DMT-a počinje vraćati prema gore izbacujući izduvne gasove nastale nakon eksplozije kroz ventil. Vraća se ponovo u GMT I tako je klipnjača izvela puni okret (a bregasta osovina samo pola!)USIS - klip ponovno pada prema dole, tada se otvara usisni ventil. To stanje uzrokuje potpritisak u cilindru zahvaljujući kome smeša goriva sa vazduhom može dospeti u unutrašnjost cilindra. Ponovno sledi pola okreta klipnjače.KOMPRESIJA - klip se iz DMT -a vraća prema gore istovremeno komprimujući usisanu smešu goriva i vazduha. Ventili su naravno zatvoreni, a pokret klipa prema gore povecava pritisak. U GMT -u se pojavljuje iskra zahvaljujuci kojoj nastaje eksplozija i sve počinje ispocetka.* DMT - donja mrtva tačka (klipa)

* GMT - gornja mrtva tačka (klipa)

25. OTTO CIKLUS U P-V DIJAGRAMU

Otto ciklus je termodinamički ciklus korišćen kao osnova za funkcionisanje svih modernih benzinskih motora. Ciklus se sastoji od adijabatske kompresije punjenja cilindra duž linije AB, sagorevanja pri konstantnoj zapremini i zagrevanja punjenja od B do C, adijabatske ekspanzije gasova od C do D I oslobađanja od gasova iz cilindra pri konstantnoj zapremini duž DA.• U ovom ciklusu se javlja adijabatska kompresija duž AB, da bi se obezbedila neophodna temperatura za paljenje goriva. Ubrizgavanje goriva i sagorevanje se kontrolišu tako da se obezbedi sagorevanje pri konstantnom pritisku duž BC. Ovo je praćeno adijabatskom ekspanzijom od C do D. Izbacivanje gasova iz cilindra je pri konstantnoj zapremini duž DA.

26. DIESEL CIKLUS U P-V DIJAGRAMU

27. PRINCIP RADA DIESEL MOTORA

Diesel motori se razlikuju od benzinskih motora koji rade po OTTO ciklusu po većoj kompresiji vazduha i odsustvu varnice sa svećice (paljenje kompresijom, umesto varnicom sa svećice).• U dizel motoru se samo vazduh unosi u prostor za sagorevanje. Vazduh se onda komprimuje sa kompresionim odnosom obično između 15 i 22, što rezultuje sa pritiskom od 40bar u poređenju sa 8 do 14 bar u benzinskom motoru. Usled ovog visokog nivoa kompresije zagreva se vazduh do 550oC. Približno u ovom trenutku (tačan trenutak se određuje vremenom injekcije goriva), gorivo se ubacuje (injektira) direktno u komprimovani vazduh u prostoru za sagorevanje. Ovo može da bude u prazninu na vrhu klipa ili u tzv. pretprostor (eng. pre-chamber) u zavisnosti od konstrukcije motora. Injektor goriva osigurava da se gorivo ubrizgava u malim kapljicama i da se gorivo distribuira koliko je moguće ravnomernije. Što je savremeniji motor, kapljice su manje, više ih je i bolje su distribuirane. Toplota komprimovanog vazduha isparava gorivo sa površine kapi. Para se zatim pali pomoću toplote iz komprimovanog vazduha u prostoru za sagorevanje, kapljice nastavljaju da površinski isparavaju i gore postajući sve manje i manje, sve dok svo gorivo u kapima ne izgori. Početak isparavanja prouzrokuje period kašnjenja za vreme paljenja I karakteristični zvuk dizel kucanja kad para dostigne temperaturu paljenja I prouzrokuje iznenadno povećanje pritiska iznad klipa. Brza ekspanzija izduvnih gasova onda gura klip nadole, vršeći rad na kolenastom vratilu.

28. VRSTE NEPOSREDNIH TRANSFORMACIJA U ELEKTRIČNU ENERGIJU

Neposredne transformacije u električnu energiju (transformacije budućnosti)Vrste:- termoelektrična,- termojonska- fotoelektrična transformacija- neposredna transformacija hemijske u električnu energiju (gorive ćelije)- MHD ( magnetnohidrodinamički generatori)

29. MHD GENERATOR

MHD generatori transformišu termičku ili kinetičku energiju direktno u električnu. Fluid pod pritiskom koji poseduje osobinu električne provodljivosti struji kroz poprečnog magnetno polje u kanalu. Elektrode su postavljene na zidovima kanala paralelno sa magnetnim poljem i povezane preko spoljašnjeg strujnogkruga omogućuju kretanje indukovano Faradejevom elektromotornom silom” radi strujanja električne struje kroz strujni krug. Za MHD generator ne možemo reći da je nekonvencionalan izvor energije, već pomoću njega imamo nekonvencionalno dobijanje energije, kao i kod gorivih ćelija. MHD generator toplotnu energiju izgaranja goriva ili toplotnu energiju oslobođenu u nuklearnom reaktoru direktno pretvara u el.energiju. Prednost je što nemamo pretvaranje u unutarnju energiju vodene pare i mehaničku energiju turbine, koji neizbežno uključuju nove gubitke i smanjuju ukupan stepen iskorištenja procesa. Princip rada MHD generatora temelji se na Faradejovom zakonu el.magnetne indukcije koji kaže da se u provodniku indukuje ems. ako se kreće u mag. polju bez obzira na njegovo agregatno stanje. Umesto provodnika ovde imamo jonizovane gasove-plazmu. Da bi oni bili provodni potrebne su temperature veće od 3000K. To je i osnovni problem realizacije jer su potrebni materijali koji moraju izdržati te temperature, a uz to moraju biti i komercijalno prihvatljivi. Zajedničkim radom parnih ili gasnih turbina sa MHD generatorom mogao bi se postići stepen iskorištenja u TE veći od 60%, sa sadašnjih maksimalnih 35-40%. Topotna energija goriva u MHD generatoru pretvarala bi se direktno u el.energiju, a zatim bi se preostala toplotna energija gasova koji napuštaju kanal MHD generatora koristila u klasičnim generatorskim jedinicama. U komori MHD

generatora sagoreva gorivo u smeši sa kiseonikom. Smeša sadrži kalijum ili cezijum, elementa čiji atomi lako jonizuju. Usled visoke temperature sagorevanja dolazi do jonizacije atoma I molekula smeše, te se stvara veliki broj slobodnih elektrona i pozitvnih jona. Time se obezbeđuje potrebna velika provodljivost gasne smeše.Velikom brzinom smeša ulazi u konusnu cev dužine 10m. Gornji i donji deo ove cevi imaju elektrode, abočni su zidovi napravljeni od specijalnog keramičkog izolatora. Cev se nalazi u veoma jakom magnetnompolju B čiji je vektor normalan na pravac protoka smeše, a paralelean sa elektrodama. Na naelektrisanečestice smeše deluje Lorencova sila, usled čega elektroni odlaze na jednu, a joni na drugu elektrodu. Javljase razlika potencijala jednaka elektromotornoj sili, reda veličine 1000V. El.energija dobijena u jedinicivremena iz jedinične zapremine gasa iznosi kdv2B2, gde je k konstanta, d provodljivost gasa, v brzinaproticanja i B indukcija magnetskog polja.Brzina v i provodljivost d su veći što su veće temperature, dok se dovoljno jaka magnetska polja(oko 5T) uvelikim zapreminama mogu dobiti samo pomoću superprovodnih magneta. Za rad superprovodnih magnetapotrebne su niske temperature (desetak K), što je povezano sa mnogim teškoćama. Zadovoljavanjem ovihuslova može se postići da MHD generatori daju snagu oko 100MW, ali zbog svih navedenih problemaprimena MHD generatora je vrlo ograničena.

30. GORIVA ĆELIJE

Goriva ćelija je elektrohemijski uređaj koji služi za neposrednu konverziju hemijske energije, sadržane u nekom hemijskom elementu ili jedinjenju, u istosmernu električnu struju. Goriva se ćelija, isto tako kao i baterija, sastoji od dve elektrode uronjene u isti elektrolit. Na anodi gorive ćelije oksidiše se gorivo, tj. neki hemijski element ili jedinjenje visokog sadržaja unutrašnje energije. Elektroni, proizvedeni oksidacijom goriva, odvode se od anode spoljašnjim krugom provodnika i preko potrošača (otpornik, elektromotor istosmerne struje, sijalica i sl.) do katode. Na katodi neki se drugi element ili jedinjenje (oksidans) redukuje zahvatom elektrona proizvedenih na anodi. Produkti reakcije, negativni i pozitivni ioni, spajaju se u elektrolitu, a nastali produkt odvodi se iz gorive ćelije. Često je konačni produkt reakcije isti kao da je gorivo izgorelo u oksidansu uz direktno pretvaranje hemijske u unutrašnju termičku energiju. Odatle i potiče naziv goriva ćelija.• Gorivećelije su visoko delotvorni pretvarači energije. Bez pokretnih su delova i rade bez buke. Primena gorivih ćelija ograničena je za sada na svemirske letelice i u neke vojne svrhe, dakle tamo gde visoka nabavna cena nije primarna.

31. VRSTE NUKLEARNIH POSTROJENJA (NAVESTI BAR TRI)

Nuklearna energija se dobija iz fisije jezgara teških elemenata ili iz fuzije jezgara lakih elemenata. Danas – samo fisija, pošto fuzija nije dostigla komercijalni nivo razvoja. U nuklearnom reaktoru, energija koju imamo na raspolaganju iz procesa fisije se uzima kao toplota, a zatim prenosi na radne fluide pomoću kojih će se generisati električna energija. Primarno gorivo je izotop uranijuma- 235. On predstavlja 0,72% raspoloživih prirodnih rezervi uranijuma. Nuklearna tehnologija proizvodnje električne energije obuhvata ceo ciklus, a ne samo reaktor. Čine ga:- dobijanje uranijuma iz rudnika, procesuiranje I obogaćivanje sa 235U da bi moglo da se efikasno koristi ureaktorima. Takvo reaktorsko gorivo se onda fabrikuje u pogodne oblike za upotrebu u nuklearnim elektranam. Potrošeno gorivo se ili ponovo procesuira ili se skladišti za buduće uklanjanje. Radioaktivni otpadni materijali su nusproizvod ovih operacija i mora se obezbediti njihovo skladištenje. I transport ovih materijala je kritičan deo nuklearnog energetskog ciklusa.Nuklearna postrojenja se dele na

- Postrojenje sa PWR reaktorom

- Postrojenje sa BWR reaktorom- Postrojenje sa CANDU reaktorom- Postrojenje sa HTGR reaktorom- Postrojenje sa FBR reaktorom

32. OPISATI PRINCIP RADA POSTROJENJA SA PWR REAKTOROM (REAKTOROM SA VODOM POD PRITISKOM)

Oni su slični reaktorima sa ključalom vodom, osim što se voda za hlađenje upumpava u reaktor pod visokim pritiskom. Para se proizvodi u susednoj oblasti, odvojenoj od pare vode, koja je upumpana kroz sistem za proizvodnju pare. I ovde voda služi kao moderator PWR se sastoji od reaktorskog jezgra koje se nalazi u sudu pod pritiskom, a hladi se vodom pod visokim pritiskom. Nuklearno gorivo u jezgru se sastoji od peleta goriva uranijum dioksida, koje su ograđene šipkama od legure cirkonijuma s kojima sačinjavaju gorivni sistem. Postoji 200-300 šipki u okviru tog sistema.• Postoji 100-200 skupova gorivnih elemenata unutar reaktorskog jezgra. Šipke se postavljaju vertikalno i sadrže 80-100 tona obogaćenog uranijuma.• Voda pod pritiskom i na 315oC struji do parogeneratora. Parogenerator je cevasti tip razmenjivača toplote sa zagrejanom vodom na visokom pritisku koja struji kroz cevi. Parogenerator izoluje radioaktivnu reaktorsku vodu za hlađenje od pare koja pokreće turbinski generator. Voda ulazi u omotač parogeneratora i ključa proizvodeći paru koja pokreće turbinski generator stvarajući struju. Sud sa reaktorskim jezgrom i parogeneratori su postavljeni u strukturu u kojoj se nalazi reaktor. Para koja napušta turbinu se kondenzuje ukondenzatoru i vraća do parogenratora. Rashladna voda kondenzatora struji do rashladnih kula gde se hladi isparavanjem. Rashladne kule se najčešće prikazuju kao objekat po kome prepoznajemo nuklearnu elektranu.

33. OPISATI PRINCIP RADA POSTROJENJA SA REAKTOROM SA KLJUČALOM VODOM ( BWR REAKTOR)

Kod ovog tipa reaktora voda se upumpava u omotač reaktora. Zatim se pretvara u paru, koja se šalje do parne turbine. Voda služi i kao moderator u reaktoru. BWR termoenergetska postrojenja su 2. po brojnostimeđu nuklearnim reaktorima. Kapaciteti 400-1200 MWe.BWR se sastoji od reaktorskog jezgra u reaktorskom sudu koji se hladi vodom koja cirkuliše. Rashladna voda se zagreva na 285oC u reaktorskom sudu, a rezultujuća para se šalje direktno na turbinske generatore. Ne postoji sekundarni krug, kao u PWR. Reaktorski sud se nalazi u reaktorskoj zgradi Para koja napušta turbinu se zgradi. kondenzuje u kondenzatoru i vraća u reaktorski sud. Rashladna voda kondenzatora cirkuliše do rashladnih tornjeva gde se hladi isparavanjem

34. OPISATI PRINCIP RADA POSTROJENJA SA CANDU REAKTOROM (REAKTOR TEŠKE VODE POD PRITISKOM)

Razvijen 1950-ih u Kanadi.Koristi prirodni uranijum kao gorivo, a tešku vodu kao moderator I rashlađivač.Sastoji se od velikog rezervoara koji se zove "calandria" koji sadrži moderator teške vode. U rezervoar horizontalno prodiru cevi pod pritiskom koje sadrže gorivne skupove reaktorskog goriva. Teška voda pod pritiskom prolazi preko goriva i zagreva se. Ovi reaktori prave značajne uštede usled odsustva troškova za obogaćivanje goriva, ali su potrebna velika hemijska postrojenja za snabdevanje potrebnim količinama teške vode.Svaki od snopova u "kalandriji" može da se zameni upotrebom specijalne opreme čak i dok

reaktor radi Teška voda na radi. atmosferskom pritisku u "kalandriji" okružuje gorivne kanale i moderira reaktor. U slučaju opasnosti, reaktor može da se ugasi, upotrebom kalandrije da se ukloni moderator, uskraćujući na taj način gorivu neutrone. Vodeni krug pod pritiskom izvlači zagrejano rashladnosredstvo iz gorivnih kanala.

35. OPISATI PRINCIP RADA POSTROJENJA SA FBR REAKTOROM (REAKTRO ZA BRZU OPLODNJU)

Reaktor za brzu oplodnju (FBR) ne samo što proizvodi električnu energiju, već proizvodi i više goriva za proces fisije. Reakcija apsorpcije brzih neutrona u masi p p j U-238 omogućava da se gotovo cela količina urana iskoristi. Isto tako se može reakcijom torijuma- 232 sa neutronima dobiti uranijum 233.• U toku 7 do 10 dana efikasni reaktor za brzu oplodnju može proizvesti dovoljno goriva za fisiju plutonijuma-239 ili uranijuma-233 za svoj rad, kao i za startovanje drugog reaktora. Kao rashladno sredstvo se koristi tečni natrijum, a između reaktora i dovoda pare u turbinu se postavlja razmenjivač toplote, te se na taj način osigurava da radioaktivni natrijum ne ozrači paru turbine. Najveći nedostatak natrijuma je njegovo aktiviranje pod uticajem neutrona prilikom njegovog prolaska kroz reaktorsko jezgro. Nedostatak tečnog natrijuma kao rashladnog sredstva je taj što reaguje sa vodom dajući vodonik, što može dovesti do eksplozije