Μοντελοποίηση μονάδων ηλεκτροπαραγωγής για τον υπολογισμό της αύξησης του βαθμού απόδοσης από στοχοθετημένες δράσεις

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μοντελοποίηση μονάδων ηλεκτροπαραγωγής προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση στοχοθετημένων δράσεων στην συνολική απόδοση του σταθμού. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται στοιχεία για την παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας και ηλεκτροπαραγωγή, ενώ στο δεύτερο στοιχεία που αφορούν την ηλεκτροπαραγωγή στην Ελλάδα και τους κυριότερους φυσικούς πόρους που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Τα επόμενα κεφάλαια αναφέρονται στον τρόπο λειτουργίας των σύγχρονων μεγάλων ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων, συγκεκριμένα των συμβατικών ατμοηλεκτρικών σταθμών, των αεριοστροβιλικών σταθμών και των μονάδων συνδυασμένου κύκλου. Γίνεται λεπτομερής παρουσίαση της λειτουργίας όλων των επιμέρους τμημάτων που απαρτίζουν τον εκάστοτε τύπο μονάδας, ενώ αναφέρονται οι σημαντικότερες παράμετροι λειτουργίας και οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τον βαθμό απόδοσης. Στο τέλος αυτού του τμήματος γίνεται σύγκριση όλων των θερμικών σταθμών και εξάγονται συμπεράσματα. Στην συνέχεια παρουσιάζεται το πρόγραμμα Gatecycle της εταιρίας GE, επεξηγείται η λειτουργία του και ο τρόπος μοντελοποίησης που ακολουθήθηκε στις μονάδες ηλεκτροπαραγωγής. Οι μονάδες είναι : • Μονάδα 1 ΑΗΣ Λαυρίου • Μονάδα 2 ΑΗΣ Λαυρίου • Μονάδα 4 ΑΗΣ Λαυρίου • ΑΗΣ Κομοτηνής Ακολουθεί η παρουσίαση της κάθε μονάδας ξεχωριστά, με περιγραφή, μονογραμμικό σχέδιο των κυκλωμάτων νερού/ατμού και αέρα/καυσαερίων, παράθεση των βασικών στοιχείων της και περιγραφή του τύπου των δράσεων. Για όλες τις δράσεις έγινε παραμετρική μελέτη της επίδρασης του εκάστοτε μεγέθους στο βαθμό απόδοσης της μονάδας και στην παραγόμενη ισχύ. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δράσεων σε κάθε μονάδα ξεχωριστά, με σύγκριση της εκτιμώμενης βελτίωσης του βαθμού απόδοσης και της βελτίωσης που υπολογίστηκε από το Gatecycle. Στο τέλος αυτού του τμήματος επεξηγούνται και αιτιολογούνται τα αποτελέσματα που προέκυψαν. Στο τέλος της παρούσας εργασίας γίνεται οικονομική ανάλυση των δράσεων, για όσες δόθηκαν οικονομικά στοιχεία, και εκτιμάται η μείωση έκλυσης διοξειδίου του άνθρακα ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Κλείνοντας ακολουθεί ένας επίλογος όπου συνοψίζονται όλα τα συμπεράσματα από τα επιμέρους κεφάλαια της παρούσας εργασίας.

The main topic of this study is the modeling of thermal power plants, in order to determine the impact of specific objectives on the thermal efficiency of a power plant. In the first chapter, facts about the world fuel consumption are presented, while the second chapter focuses on the fuel consumption and in the main fuel types, which are used for energy production, in Greece. The following chapters refer to the operation of the modern power plants and especially of the conventional steam power plants, gas turbine power plants and combined cycle power plants. The functions of the major parts/devices/equipment that form the power plant is outlined and the main factors that influence the power plant operation and thermal efficiency are mentioned. In the end of these chapters, the different types of thermal power plants are compared. In the next chapter the program GateCycle and its function is presented. Also the methodology which was used for the power plant modeling is explained. The power plants which were modeled are: • Lavrion Unit 1 (Conventional Steam Power Plant) • Lavrion Unit 2 (Conventional Steam Power Plant) • Lavrion Unit 4 (Combined Cycle Power Plant) • Komotini (Combined Cycle Power Plant) After that, each power plant is presented, providing specific details regarding the air-gas and water-steam cycle, fuel type and composition and the targeted objectives. The impact of these objectives on thermal efficiency and power production is then determined and the results are presented. In the end of the chapter the results are explained. In the end of the study, there is an economical analysis of specific targeted objectives and an estimation of the reduction of carbon dioxide emissions through the efficiency increase. Finally, the last chapter is a conclusion where the results of all chapters are summed up.