Model technologie výroby elektrické energie

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Provozně ekonomická fakulta

Model technologie výroby elektrické energie Bakalářská práce

Vedoucí práce: Dr. Ing. Radovan Kukla

Jana Kollariková

Brno 2009

Ráda bych na tomto místě poděkovala vedoucímu mé práce panu Dr. Ing. Radovanu Kuklovi za odborné vedení, ochotu, vstřícnost a mnoho cenných rad při zpracovávání této práce.

Prohlašuji, že jsem tuto práci vyřešila samostatně s použitím literatury, kterou uvádím v seznamu.

Brno 17.5. 2009

....................................................

4

Abstract Kollariková, J. Model of Technology of Power Generation. Bachelor work. Bachelor thesis. Brno, 2009. This bachelor work deals with the generation of electricity both from renewable and nonrenewable resources, it describes power generation in thermal, water, geothermal, nuclear and solar power stations whereas it is focused on the sphere of nuclear power engineering. The used methodology analyses the user environment of the instrument CW 6. The output of this work is the application in the sphere of CW 6 which stimulates nuclear power station operation – with an auxiliary insight into the reactor and a complex look at primary, secondary and tertiary circuits of the power station. Keywords power station, nuclear power station, reactor, Control Web, virtual instrument, component

Abstrakt Kollariková, J. Model technologie výroby elektrické energie. Bakalářská práce. Brno, 2009. Bakalářská práce se zabývá výrobou elektrické energie z neobnovitelných i z obnovitelných zdrojů, popisuje výrobu elektřiny v tepelné, vodní, větrné, geotermální, jaderné, solární, přičemž se zaměřuje na oblast jaderné energetiky. Oblast použité metodiky podrobněji rozebírá uživatelské prostředí nástroje CW 6. Výstupem této práce je aplikace v prostředí CW 6, která simuluje provoz jaderné elektrárny – s detailním náhledem na reaktor a komplexní pohled na primární, sekundární a terciální okruh elektrárny. Klíčová slova elektrárna, jaderná elektrárna, reaktor, Control Web, virtuální přístroj, komponenta

5

OBSAH

Obsah 1 Úvod

8

2 Cíl práce

9

3 Literární přehled 3.1 Výroba elektřiny v ČR . . . . 3.2 Typy elektráren . . . . . . . . 3.2.1 Tepelné elektrárny . . 3.2.2 Jaderné elektrárny . . 3.2.3 Vodní elektrárny . . . 3.2.4 Větrné elektrárny . . . 3.2.5 Solární elektrárny . . . 3.2.6 Geotermální elektrárny 3.3 Rozvodné soustavy . . . . . . 3.3.1 Typy soustav . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

4 Metodika 4.1 Úvod do CW 6 . . . . . . . . . . . 4.2 Vývojové prostředí systému Control 4.2.1 Grafický editor . . . . . . . 4.2.2 Textový editor . . . . . . . 4.2.3 Datové inspektory . . . . . 4.2.4 Časování přístrojů . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

10 10 10 11 12 16 16 17 18 18 18

. . . Web . . . . . . . . . . . .

. 6 . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

20 20 21 21 23 23 23

. . . . . . . . . . . . .

25 25 25 25 26 26 27 28 28 28 29 29 29 29

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

5 Vlastní práce 5.1 Uvedení do aplikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Definování proměnných a datových prvků aplikace . . . 5.3 Kontrolní panel – řídicí panel aplikace . . . . . . . . . 5.4 Panel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Základní rozdíly pro práci v 2D versus 3D scéně 5.5 Panel 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Panel 3 – graf spotřeby v zimním období . . . . . . . . 5.7 Panel 4 – graf spotřeby v letním období . . . . . . . . 5.8 Klávesnice (Keyboard) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Virtuální přístroj Program . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9.1 Program před spuštěním aplikace . . . . . . . . 5.9.2 Program pro aktivaci potrubí (pipe) . . . . . . 5.9.3 Program pro částicové efekty (gl sparkle) . . . . 6 Závěr

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

31

OBSAH

6

7 Literatura 32 7.1 Knižní publikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 7.2 Elektronické publikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8 Seznam obrázků

34

Přílohy

35

A Grafický editor

36

B Textový editor

37

C Datové inspektory

38

D Komplexní pohled na technologii JE

39

E Přiložené DVD

40

7

OBSAH

Seznam zkratek JE CW kWh W N OCL MJ 2D 3D MII

jaderná elektrárna Control Web kilowatthodina (jednotka energie) watt (jednotka elektrického výkonu) newton (jednotka síly) Object Constraint Language megajoule (jednotka energie) dvourozměrný třírozměrný Moravské přístroje a.s.

1

1

ÚVOD

8

Úvod

Nutnost výroby elektrické energie sahá do období ještě před 1. světovou válkou (1910 – 1920), je chybné se domnívat, že za potřebou elektrizace stály požadavky průmyslu, jednalo se především o nátlak ze strany zemědělské manufakturní výroby. Tato výroba musela čelit již tehdy nedostatku lidí v jejich řadách. Začaly postupně vznikat malé elektrárny, které by usnadňovaly práci zemědělcům. Ze začátku se pochopitelně jednalo pouze o elektrárny na lokální distribuční úrovni. Postupem času vznikaly další a rozsáhlejší elektrárny, pod hlavičkou elektrárenských společností, jejichž úkol byl jasný – zajistit energii všem, kteří o to požádají s kladením důrazu na technickou proveditelnost. Elektrický proud byl již dostupný pro 90% obyvatel. Funkčnost vyrobené elektrické energie sloužila pro účely osvětlení. Později pro účely spotřeby elektrickými domácími spotřebiči. Následovala výstavba JE Dukovany a Temelín. Kolem roku 2000 se ČR mohla kompletně zapojit do spolupráce na mezinárodní úrovni prostřednictvím propojovacích elektrizačních soustav. [W1] Elektrická energie reprezentuje v širším měřítku – energii ve formě elektrického proudu a elektrického napětí. Elektrický proud je definován jako uspořádaný tok volných elektronů v materiálu (fyzikálně se značí I, jednotkou je ampér) a elektrické napětí je určeno jako práce provedená elektrickými silami, které působí při přemisťování elektrického náboje mezi dvěma body prostoru (jednotkou je volt, značí se jako U). Součin U × I odpovídá elektrickému výkonu (v jednotkách watt). [1] V energetice využíváme střídavého proudu, proudu s typickým harmonickým sinusovým průběhem. Jednotkou energie je joule, což zahrnuje energii odpovídající práci, kterou vykoná síla 1 N na dráze 1 m. V praxi místo jednotky joule využíváme jednotky kWh. Přepočet provádíme pomocí vzorce 1 kWh = 3,6 MJ. Pro představu 1 kWh představuje množství elektrické energie, kterou spotřebuje 100 W žárovka za 10 hodin plného provozu. Elektrická energie tvoří snadno přenositelnou veličinu, kterou lze snadno rozvádět, víceméně jedinou její nevýhodou je nemožnost skladování. [1]

2

2

CÍL PRÁCE

9

Cíl práce

Energetika jakožto průmyslové odvětví je nesmírně zajímavou a rozsáhlou oblastí, od výroby elektrické energie, její přenos, těžbu uhlí, uranu, ropy, zemního plynu, v širším slova smyslu můžeme mluvit i o výstavbě a fungování jakéhokoliv druhu elektrárny. V první části je bakalářská práce zaměřena především na odvětví problematiky výroby elektrické energie. Dále obsahuje téměř všechny známé druhy výroby elektřiny z pohledu elektráren, ve kterých je energie vyrobena. Nedílnou součást tvoří přesný popis řízení rozvodné soustavy elektřiny v ČR. Práce se převážně orientuje na problematiku chodu jaderné elektrárny. Druhá část začíná představením vývojového prostředí systému CW 6 s obrazovými ukázkami a odkazy na přílohy bakalářské práce. Vlastní práce je orientována na důsledné popsání realizace aplikace chodu jaderné elektrárny ve vývojovém prostředí systému CW 6, včetně procedur použitím OCL. Seznámení s jednotlivými částmi aplikace, popis hierarchicky tříděných použitých přístrojů a jejich funkce v celkovém kontextu.

3

10

LITERÁRNÍ PŘEHLED

3

Literární přehled

3.1

Výroba elektřiny v ČR

Nejvýznamnějším výrobcem a dodavatelem elektřiny je v ČR ČEZ, a.s., který existuje od roku 1992. Zajišťuje vývoz a dovoz elektřiny. Produkuje více jak tři čtvrtiny elektřiny vyrobené na území ČR. V současné době provozuje 10 tepelných (Dětmarovice, Hodonín, Tisová atd.), 15 vodních (Brno Komín, Orlík, Slapy, Štěchovice, Veselí nad Lužnicí, Lipno atd.), 2 jaderné (JE Temelín a JE Dukovany), 4 větrné (Mravenečník, Dobrudža aj.) a 1 fotovoltaickou - solární elektrárnu (Dukovany) viz níže uvedený obrázek s kompletním přehledem elektráren v ČR. Viz obr. 1. [W1]

Obr. 1: Mapa elektráren v ČR

3.2

Typy elektráren

Elektrárny se dle primárního rozdělení člení na tepelné, jaderné, vodní a větrné, z širšího úhlu pohledu na solární a geotermální. Rozdělení elektráren dle ekologického hlediska: • neobnovitelné zdroje – patří sem elektrárny, u nichž hrozí, že jejich spotřeba zdroje paliva se vyčerpá, hrozí, že dojde k úplnému spotřebování paliva anebo obnova takového paliva bude trvat dlouhodobě – můžeme sem zařadit tepelné elektrárny spalující uhlí, plyn a ropu a jaderné elektrárny spalující uran, • obnovitelné zdroje – zdroje, které jsou v přírodě automaticky generovány a obnovovány, anebo budou vyčerpány za delší čas – jedná se o např. tepelné spalující biomasu, vodní, větrné, geotermální a solární. [1]

3.2

Typy elektráren

3.2.1

11

Tepelné elektrárny

O prvním sestrojení: „První sestrojení tepelné elektrárny provedl Thomas Alva Edison. Ten také v roce 1882 uvedl do provozu v New Yorku první elektrárnu na světě, která zásobovala elektřinou obyvatelstvo na ryze ekonomickém základě. Dynamo poháněné parním strojem dodávalo stejnosměrné napětí 110 V a poskytovalo dostatečný výkon pro tisíc Edisonových žárovek.ÿ [W2] Princip fungování: využívají ke svému chodu nejčastěji černé, hnědé uhlí nebo biomasu. Černé nebo hnědé uhlí se do elektrárny většinou dopravuje v nákladních vagónech po železnici. Uhlí je pásovým dopravníkem svezeno do zásobníku uhlí, prostřednictvím podavače je mleto mlecím zařízením (tzv. uhelným mlýnem) na jemný prášek, tomuto jemnému prášku říkáme uhelný prach, ten je vzduchem vháněn do hořáků kotle, při svém spalování předává energii vodě v trubkách, které tvoří vnitřní stěny kotle, voda se mění na páru, a ta se shromažďuje v tzv. parním bubnu. Přehřátá pára je vedena na turbínu, pára roztáčí lopatky turbíny, vzniká kinetická energie. Turbína je propojena hřídelí s generátorem, kde elektromagnetickou indukcí vzniká elektrický proud, ten je přes transformátory vyváděn do elektrické sítě. Pára z turbíny odchází do kondenzátoru, kde se mění zpět na vodu a je vháněna znovu do trubek kotle. Chlazení kondenzátoru prochází přes chladící věže, kde se voda zbavuje tepla a chladí se venkovním vzduchem, voda zbavená tepla se opět vhání zpět do kondenzátoru. A co se stane s pevnými i mikročásticemi uhlí? Dostávají se do elektrostatického odlučovače, kde se zbavují všech sazí, popílku a prachu. Princip spočívá v systému elektrod, částice prachu se na elektrodách elektricky nabijí a přitáhnou se k opačně nabitým elektrodám, tyto tzv. sběrné elektrody jsou pak odklepány do výsypek. Tím se snižuje znečištění ovzduší. Na znečištění ovzduší neblaze působí i oxid siřičitý, k jeho odstranění slouží postup mokré vápencové vypírky. Plyny v něm procházejí vápencovou sprchou, oxid siřičitý na ně reaguje vytvořením sádrovce, který je dále možné využít. Zbytek spalin odchází do komína. Celý proces výroby elektřiny v tepelné elektrárně znázorňuje obr. 2. Elektrický výkon tepelných elektráren je 200 – 1000 MW. Největší je elektrárna Prunéřov II s výkonem 1050 MW. [W3]

3.2

12

Typy elektráren

Obr. 2: Princip tepelné elektrárny 3.2.2

Jaderné elektrárny

„Objev energie vystupující z nitra hmoty (1896 Becquerel) způsobil skutečný otřes v celém tehdejším přírodovědném poznání. V roce 1942 Enrico Fermi jako první na světě realizoval řízenou štěpnou řetězovou reakci. Ta je základním procesem při přeměnách jaderné v tepelnou energii v současných reaktorech.ÿ [2] Hlavní zdroj paliva JE - Uran Jedná se o radioaktivní chemický prvek, latinsky Uranium, symbol U, protonové číslo 92. Dnes se po tzv. obohacení uranu používá jako palivo v jaderných reaktorech. Internetový portál Energy web specifikuje obohacení uranu pro výrobu jaderného paliva: „Uran obsahuje dva hlavní izotopy U 238 a U 235. Použitelné pro štěpnou reakci jsou jen jádra atomů U 235. V přírodním uranu se vyskytují v množství přibližně 0,7%. Většina reaktorů využívá mírně obohacený uran, tj. takový, ve kterém je podíl uranu 235 pomocí speciální technologie zvýšen na 2 až 4%.ÿ [W10] Palivem v JE Dukovany i v JE Temelín je použit oxid uraničitý s uranem se štěpitelným izotopem 235. Dovoz paliva zajišťuje pro JE Dukovany i pro JE Temelín ruská společnost TVEL. [W1] Největší těžiště uranu jsou zřejmě v Tibetu, o jejich přesných souřadnicích se, ale z taktických důvodů mlčí. Velká naleziště se nacházejí v Kanadě a Austrálii. Dle internetového zdroje:„V Rožné těží státní podnik Diamo, který je jedinou organizací, jež se v Česku těžbou a zpracováním uranové rudy zabývá.ÿ [W4] Řízená štěpná jaderná reakce Jaderná elektrárna na rozdíl od tepelné elektrárny funguje na principu řízené štěpné jaderné reakce (viz obr. 3) – nejčastěji prvku uranu 235, nebo uranu 238, plutonia do budoucna se počítá i s prvkem thorium. K řetězové reakci dochází vniknutím neutronu nebo jiné částice do jádra atomu, které se rozpadne za vzniku energie. Vzniknou dva útvary, které přeměňují svoji kinetickou energii na energii tepelnou,

3.2

13

Typy elektráren

aby docházelo k další štěpné reakci, používá se tzv. moderátor – což je nejčastěji voda nebo grafit. [2]

Obr. 3: Štěpná řetězová reakce jádra uranu

Reaktor Nejdůležitějším prvkem jaderné elektrárny je reaktor, zda probíhá řízená štěpná reakce. Reaktory můžeme zjednodušeně rozdělit na tepelné reaktory a rychlé reaktory. Rychlé reaktory neoperují s moderátory, rychlé se jim říká, protože používají nezpomalené neutrony, vyžadují jiný druh paliva. Na druhou stranu dokážou, vyrábět palivo pro další jaderný reaktor, protože množství štěpného materiálu je někdy větší než množství spotřebovaného materiálu. Přesto se nejčastěji vyskytují klasické tepelné reaktory s moderátorem. Reaktor obsahuje ještě regulační tyče, které v případě jakéhokoliv problému dokážou zasunutím do aktivní zóny reaktoru změnit nebo úplně zastavit jeho výkon. [2][1] Druhy reaktorů • Lehkovodní typy – patří sem elektrárny, u nichž hrozí, že jejich spotřeba zdroje paliva se vyčerpá, hrozí, že dojde k úplnému spotřebování paliva anebo obnova takového paliva bude trvat dlouhodobě – můžeme sem zařadit tepelné elektrárny spalující uhlí, plyn a ropu a jaderné elektrárny spalující uran. • Grafitem moderované typy – zdroje, které jsou v přírodě automaticky generovány a obnovovány, anebo budou vyčerpány za delší čas – jedná se o např.: tepelné spalující biomasu, vodní, větrné, geotermální a solární. • Moderované těžkou vodou – zdroje, které jsou v přírodě automaticky generovány a obnovovány, anebo budou vyčerpány za delší čas – jedná se o např. tepelné spalující biomasu, vodní, větrné, geotermální a solární. [2] Schéma obecného typu reaktoru zobrazuje obr. 4.

3.2

14

Typy elektráren

Obr. 4: Obecný typ reaktoru Princip fungování: Funguje na obdobném principu jako elektrárna tepelná, obě dvě spadají do oboru tepelná energetika. Provoz JE se skládá ze tří okruhů – primárního, sekundárního a terciálního. V primárním okruhu v reaktoru dochází ke štěpení jader uranu, jak již bylo řečeno, štěpením vzniká teplo. V oblasti celého primárního okruhu proudí voda, teplo, které vzniklo v reaktoru je touto vodou přiváděno do parogenerátoru. Pro kompenzaci objemu a tlaku chladiva se využívá kompenzátoru objemu, který v případě zvýšeného tlaku chladiva používá sprchový systém, v případě sníženého tlaku zase reaguje zapnutím elektroohříváků. Parogenerátor převádí teplo přiváděné z reaktoru na páru, pára je přiváděna do sekundárního okruhu, zde roztáčí turbínu. Turbína přeměňuje na lopatkách rotoru kinetickou a tepelnou energii na energii mechanickou. Turbína je hřídelí spojena s generátorem. Zde se mechanická energie turbíny přeměňuje na elektřinu, v transformátoru se mění výstupní elektrické napětí na velmi vysoké napětí, které je přenášeno do elektrické distribuční sítě. A co se stane s párou vyvedenou z turbíny? Ta se v kondenzátoru ochladí, přemění se na vodu a vrací se zpět do parogenerátoru. Terciálním okruhem pak proudí chladicí voda, která odebírá teplo páře. V chladicí věži se odporem proudícího vzduchu voda ochlazuje a do ovzduší stoupá čistá pára. Celý proces provozu JE je graficky znázorněn na obr. 5. [W5]

3.2

15

Typy elektráren

Obr. 5: Schéma JE Skladování použitého jaderného paliva Cílem skladování použitého jaderného paliva je jeho „vychladnutíÿ, na takovou úroveň, při které je možno počítat s jeho případným dalším využitím. Palivo lze využít – přepracováním nebo definitivním uložení ve skladu jaderného paliva. Palivo se skladuje ve speciálních kontejnerech. Každý rok je vyměněna přibližně jedna čtvrtina paliva, které je uskladněno po dobu 12 let uvnitř kontejnmentu přímo vedle reaktoru, tam chladne a ztrácí radioaktivitu. Do budoucna se očekává v používání pokročilého jaderného paliva, u něhož bude nutné vyměňovat pouze jednu pětinu paliva. Po uplynutí této doby je nutné palivo převézt do jaderného úložiště ve speciálních kontejnerech. Pracovní postup skladování použitého paliva vypadá následovně: „Použité palivo se do kontejneru vkládá pod vodou v části bazénu použitého paliva přímo v reaktorovém sále. Následně se voda odstraní, kontejner se vakuově vysuší a naplní vhodným plynem (podle druhu použitého obalového souboru).ÿ Publikace uvádí doplňující informaci o skladování jaderného paliva: „Samozřejmě dojde ke kontrole těsnosti kontejneru, následně bude převezen do skladu jaderného paliva, kde bude přirozeným prouděním vzduchu ochlazován.ÿ [3] Výkon JE v ČR Velikost JE elektrárny definuje její výkon. Výkonem se rozumí množství energie, které je elektrárna schopna dodat do elektrické sítě. Udává se v jednotkách MW nebo v menších elektrárnách v kW. Nejvýkonnější JE elektrárnu v České republice představuje Temelín v jižních Čechách, dodává 2krát 1000 MW. JE Dukovany má čtyři bloky, každý blok o výkonu 440 MW, čtyři reaktory typu VVER 440. JE Temelín má dva bloky, jednotlivé bloky mají výkon 1000 MW, reaktor je typu VVER 1000. Společně s JE Dukovany tvoří celkový instalovaný výkon je 3760 MW. Celkovým instalovaným výkonem je myšleno součet výkonů zařízení v dané elektrárně. [W1]

3.2

16

Typy elektráren

3.2.3

Vodní elektrárny

Princip fungování: spočívá ve využívání prudkých toků s velkými spády. „Pro využití energetického potenciálu vodního toku je nutno získat nejdříve údaje o spádových a průtočných poměrech.ÿ Rychlý tok proudící vody roztáčí turbínu. Turbína aktivuje generátor. Dohromady tvoří tzv. turbogenerátor. Mechanická energie turbíny se mění na energii elektrickou a ta je po transformaci odváděna do míst spotřeby. U nás tyto elektrárny slouží jako doplňkové při výkyvu ve výkonu JE nebo ostatních elektráren, aby nedošlo ke kompletnímu narušení elektrizační soustavy ČR. Největší vodní elektrárnou je elektrárna Dlouhé Stráně s výkonem 650 MW. Náhled na princip fungování vodní elektrárny umožňuje následující obr. 6. [4]

Obr. 6: Princip vodní elektrárny

Výběr turbíny „Výběr turbíny závisí na účelu a podmínkách celého vodního díla (elektrárny včetně vodní nádrže, řečiště či jiného zařízení usměrňujícího proud vody). Nejčastěji se osazují turbíny reakčního typu (Francisova nebo Kaplanova turbína), a to v bohaté paletě modifikací. V podmínkách našich řek se nejčastěji používají Kaplanovy turbíny s nastavitelnými lopatkami.ÿ [W6] 3.2.4

Větrné elektrárny

Princip fungování: Jedná se o ekologicky velmi čistý způsob získávání elektrické energie. Nevypouští žádné škodlivé látky do ovzduší ani jiné pevné emise. Nejčastěji se staví v oblastech, kde rychlost větru přesahuje 6 m/s. Funguje na principu intenzity větru, který roztáčí turbínu a ta pak následně generátor. Elektrárnu tvoří sloup s vrtulí (tzv. tubus) a strojovna. Ve strojovně se pak odehrávají nejdůležitější kroky chodu větrné elektrárny (viz obr. 7). Sestavy větrných elektráren se nazývají větrné farmy. [W7] Přání ministerstva životního prostředí zní: „Využívání větru, tak může napomoci splnění národního cíle – produkovat v roce 2010 z obnovitelných zdrojů 8% spotřeby

3.2

17

Typy elektráren

elektřiny.ÿ Největší větrná farma je na Měděnci má 21 větrníků a její výkon je 42 MW. [5]

Obr. 7: Princip větrné elektrárny

3.2.5

Solární elektrárny

Princip fungování: solární neboli sluneční elektrárny používají energii ze slunečního záření. Energii lze získávat přímo nebo nepřímo. Solární tepelné kolektory nepřímou přeměnou mohou pracovat s účinností 60% až 90%. Fotovoltaické články přímou přeměnou pracují s účinností maximálně 20%. Mezi hlavní výhody sluneční elektrárny patří obnovitelnost zdroje energie. Pro její nízkou využitelnost se u nás takřka nepoužívá, nejčastější použití této energie je pro ohřívání užitkové vody, nebo vody v bazénech. Celkový provoz fungování solární elektrárny je možné prohlédnout na obr. 8. Výkon solárních elektráren v ČR nepřekračuje 1 MW. [1] Aktuální zdroj o stavbě nové sluneční elektrárny: „Bušanovice - Největší elektrárna ve východní Evropě, která vyrábí energii ze slunce, byla připojena k distribuční síti. Stojí v Bušanovicích u Prachatic. Její fotovoltaické panely ročně vyrobí přibližně 600 megawatthodin elektřiny. To vystačí pro potřebu 120 až 180 domácností. Ročně se ušetří stovky tun uhlí a díky tomu i stovky tun oxidu uhličitého, které by se spálením uhlí uvolnilo do ovzduší. Panely s maximálním výkonem 600 kilowattů se rozkládají na ploše velké bezmála 6,2 tisíce metrů čtverečních.ÿ [W8]

3.3

18

Rozvodné soustavy

Obr. 8: Schéma solární elektrárny 3.2.6

Geotermální elektrárny

Princip fungování: „Geotermální elektrárny využívají tepelné energie nitra Země, uvolňující se radioaktivním rozpadem izotopů v zemském magmatu. Produkují elektřinu na základě parního cyklu přeměnou tepelné (vnitřní) energie páry na mechanickou práci turbogenerátoru a posléze na elektrickou energii.ÿ [W9] Odhaduje se, že existují celosvětově asi 2 TW celosvětových mokrých zásob. V souvislosti s tímto novým druhem výroby elektrické energie ČR stanovila nové výkupní ceny za elektřinu od roku 2007, které se budou upravovat o vliv inflace. „Tak je stanovena cena pro výkup elektřiny z výroby na bázi geotermálních zdrojů na 4,50 Kč/kWh a přiznání „zeleného bonusuÿ 3,51 Kč/kWh.ÿ [6]

3.3

Rozvodné soustavy

Rozvodnou soustavou nazýváme soubor jednotlivých jednotek, které slouží k přenosu vyrobené elektřiny z místa výroby do místa její spotřeby. 3.3.1

Typy soustav

• Přenosovou – slouží pro přenos energie na větší vzdálenosti a mezi jednotlivými státy, • distribuční – slouží pro konečné spotřebitele. Dále se od sebe liší parametry přenášené elektřiny, přenosová soustava pracuje s vyšším napětím. Rozvodny se skládají z vedení. Vedení představuje jednotlivé dráty na stožárech a kabely v zemi. Samotné rozvodny slouží pro bezpečnost přenášení elektřiny a k propojení vedení mezi sebou. Rozvodny pracují s třífázovým střídavým napětím. Pokud se přenáší na větší vzdálenosti tak napětí dosahuje napětí 400 kV, 220 kV nebo 110 kV, směrem ke konečnému spotřebiteli se pak napětí úměrně snižuje až na 220 V, které je v zásuvkách. Soustava je centrálně řízena z dispečinku.

3.3

Rozvodné soustavy

19

„Od 10/1995 je Česká republika zapojena v evropské soustavě UCTE (Unie pro koordinaci přenosu elektřiny v Evropě). Výrobu a přenos v rámci republiky řídí hlavní dispečink v Praze nebo záložní v Ostravě.ÿ [7] Operátoři, kteří zde pracují, ji udržují v rovnovážném stavu. Pracovníci dispečinku kontrolují, aby výroba elektřiny korespondovala s její spotřebou. Sledují vedení sítě, odpojují, případně připojují jednotlivé zdroje, tak aby nedošlo k poškození nebo narušení plynulosti provozu.

4

20

METODIKA

4 4.1

Metodika Úvod do CW 6

Control Web 6 je vylepšeným nástrojem předchozí verze Control Web 5 od společnosti Moravské přístroje (MII – založena v roce 1991), stejně jako verze 5 i verze 6 je produkt, který slouží k rychlému vývoji aplikací, jak vizualizačních, tak i přesných měřicích a řídicích aplikací. Aplikace jsou lehce použitelné jak s běžnými počítači, tak i s kterýmkoliv programovatelným logickým automatem. O aplikacích vytvořených v tomto programu lze zjednodušeně říci, že se jedná o rozhraní mezi jednotlivými stroji a vlastní výrobou, o jejich vzájemné procesy, distribuční sítě, celkové fungování provozů. Umožňuje jejich monitorování, sledování, vyvozování závěrů, prognóz procesů a přesné vedení dokumentace jednotlivých zařízení. Pomocí systému CW 6 lze vytvořit jednoduché, levné a funkční aplikace. [8] Software je přístupný ve dvou verzích: vývojové a runtime verzi. Runtime verze je určena pouze ke spuštění již vytvořených aplikací. Ve vývojové verzi lze libovolně vytvářet programovatelné aplikace, programátor, jež tvoří aplikaci má možnost určit, jaké hodnoty se budou číst, do kterého vstupně-výstupního zařízení se budou zapisovat, a to nejenom prostřednictvím napevno stanovených konstant, ale jako reakce na události systémových komponent, ze kterých se celé aplikace sestavují. Tyto komponenty se vzájemně propojují, stanovují se podmínky a vazby, na základě kterých pak aplikace pracuje. V praxi tento systém využijeme jako přesnou řídicí aplikaci např. pro řízení výrobní linky v továrně anebo jako vizualizační aplikaci např. logo systému CW na obr. 9, můžeme využít i pro přesné simulace elektrárenského provozu. [8]

Obr. 9: Logo systému CW

4.2

Vývojové prostředí systému Control Web 6

4.2

21

Vývojové prostředí systému Control Web 6

Vývojové prostředí je velmi jednoduché, intuitivní a uživatelsky příjemné. Základním principem je přepínání mezi třemi záložkami na spodní liště programu – textový editor, grafický editor a datové inspektory (viz obr. 10).

Obr. 10: Záložky CW 6

4.2.1

Grafický editor

Nejvíce podporována je práce s vizualizací v grafickém editoru, která koresponduje s textovým editorem. Virtuální přístroje (taktéž objekty nebo komponenty) jsou doplněny o animace, které dokreslují hlavní myšlenku systému. Větší část tvorby aplikace probíhá v grafickém editoru, kde se do pracovní plochy přetahují jednotlivé komponenty z palety přístrojů za pomoci myši (viz obr. 11).

Obr. 11: Paleta přístrojů

4.2

Vývojové prostředí systému Control Web 6

22

Pracovní plocha je představována panelem, do kterého námi požadované komponenty umisťujeme. Pro každou komponentu existuje inspektor přístroje (viz obr. 12), kde se nastavují jednotlivé vlastnosti a parametry přístroje, po definování jednotlivých proměnných, můžeme nastavovat stejné vlastnosti i skupinám přístrojů.

Obr. 12: Inspektor přístroje Virtuální přístroje jsou v paletě přístrojů rozděleny do plochých, systémových, výkonových, prostorových přístrojů a časovačů. Ploché přístroje obsahují v sobě ještě další podnabídky – přístroje pro zobrazování (indicator, image, button, clock aj.), ovládací a řídicí prvky (control, table, tree aj.), pro práci s daty (alarm, trend, journal), nástroje pro popis a symboly atd. Komponenty se rozmisťují pomocí metody drag & drop. Lze je přemisťovat i zvětšovat dle potřeby. Každý virtuální přístroj má své již předdefinované vlastnosti, které lze upravovat voláním příslušných procedur. V inspektoru přístroje pak lze s každým přístrojem libovolně manipulovat a měnit jeho parametry. Všechny údaje jsou v inspektoru přístrojů zapsány do tabulky, do volných polí je možné vpisovat námi požadované údaje. Inspektor přístroje má pět záložek, mezi kterými se můžeme libovolně přepínat – parametry, lokální data, procedury, barvy a zdrojový text. V záložce parametry nastavujeme očekávatelné vlastnosti v podobě vstupních a výstupních proměnných a také samozřejmě vlastní parametry daného přístroje. Každý přístroj má již přednastavené procedury, které může použít, pokud by si z nabízeného seznamu nevybral, může si programátor vytvořit proceduru novou.

4.2

Vývojové prostředí systému Control Web 6

23

Pro představu záložky grafického editoru slouží příloha A. Přidáváním přístrojů na grafickou plochu se v levé části programu skládá strom přístrojů, tento strom přístrojů můžeme rozdělit. • Podle časování: - časované, - nečasované. • Podle viditelnosti: - viditelné, - neviditelné. Viditelnost přístroje je určena panelem. Toho lze využít, pokud bychom chtěli přesunout panel hierarchicky nahoru nebo dolů ve stromu, stačí uchopit celý panel a veškeré přístroje, které k tomuto panelu přísluší, se přesunou. Jednotlivé hierarchické pozice ve stromě určují, jaké panely s přístroji budou překryty jinými. Platí, že čím výše je panel s přístroji umístěn, tím více může překrývat ty ostatní pod ním. Mezi neviditelné přístroje můžeme zařadit např. program, který si uživatel může uzpůsobit podle aktuální potřeby. A poté jej používá k různým účelům z kteréhokoliv přístroje. [8] [W11] 4.2.2

Textový editor

Proměnné formulujeme v textovém editoru, kam se můžeme téměř kdykoliv přepnout. Slovní spojení téměř kdykoliv zda zastává opravdu důležité postavení, v některých situacích nám systém nedovolí z prováděné operace vyskočit, dokud není dokončena. Tato vlastnost systému Control Web je zajisté vhodná zvláště jako ochrana proti chybám a kolizním situacím. V příloze B je ukázka zápisu jednotlivých komponent v jazyce OCL i ukázka celkového pohledu na textový editor. [8] [W11] 4.2.3

Datové inspektory

Záložka datové inspektory dovoluje nakonfigurovat prostřednictvím dostupného ovladače jakékoliv průmyslové zařízení (PLC, měřicí karty, DataLab IO . . . ), některé ovladače jsou již přímo se systémem dodávány, ty ostatní je potřeba nainstalovat. Komunikace připojených zařízení probíhá přes ovladač prostřednictvím kanálů. V záložce datové inspektory definujeme datové elementy aplikace, konkrétně se jedná o proměnné a datové prvky. Ukázka zápisu proměnných je podrobněji k nahlédnutí v příloze C. [8] [W11] 4.2.4

Časování přístrojů

Časování přístrojů, můžeme rozdělit na synchronní nebo asynchronní, záleží, jestli nastavíme parametr timer na nějakou pevnou hodnotu, pokud ano, nastavíme

4.2

Vývojové prostředí systému Control Web 6

24

tím automaticky časování synchronní. Přístroj pak bude v danou periodu, vždy pevně časován. V opačném případě je přístroj aktivován prostřednictvím události jiné komponenty, anebo vlastním zásahem uživatele. Je možné vytvořit i složitější způsoby časování pomocí virtuálních přístrojů sequencer a selektor. Řízení aplikace probíhá ve dvou variantách – aplikace řízené v reálném čase nebo datově řízené aplikace. [W11] Datově řízené aplikace jsou jednodušší na programování, komponenty jsou aktivovány asynchronně – např. stiskem tlačítka uživatele. V elektronické dokumentaci k CW 6 se píše: „Tvorba datově řízené aplikace nevyžaduje téměř žádné předběžné informace o systému, a je možné říci, že „sednete a vizualizujeteÿ. Datově řízená aplikace co nejvíce usnadňuje programátorovi tvorbu datových spojení (aplikace se o veškerá data stará ve vlastní režii optimálním způsobem) i tvorbu výkonných objektů aplikace (přístrojů, které jsou v datově řízené aplikaci automaticky aktivovány). Všechna usnadnění míří k jedinému cíli – zjednodušit běžné technologické úlohy. Vzhledem k tomu, že datově řízená aplikace pracuje téměř „samaÿ, odpadají všechny potíže s promýšlením následností, vazeb a algoritmů. Samozřejmě, každé usnadnění musí být nutně vykoupeno zmenšením manévrovacího prostoru, který může autor aplikace využít.ÿ Bohužel u datově řízených aplikací nemůžeme zaručit 100% propojení komunikace s periferními zařízeními. Ani posloupnost aktivace přístrojů se nedá zaručit. Z vyjmenovaných důvodů nejsou datově řízené aplikace žádoucí jako řídicí přesné aplikace, ale spíše jako vizualizační aplikace, nebo aplikace, ve kterých není důležité přesné časování měření dat, nýbrž jejich prezentace. [W11] Aplikace pracující v reálném čase jsou naopak vhodné pro precizní řízení přístrojů, technologií, zajišťují rigorózní časování aplikace, spouštění událostí ve stanovenou dobu a zajišťují tak striktní řízení časového sledu aplikace. V dokumentaci systému Control Web je uvedeno: „Aplikace reálného času jsou navrhovány „událostnímÿ a „algoritmickýmÿ způsobem „událostnímÿ proto, že v řadě situací aplikace reagují (a vykonávají akce) na uživatelský zásah nebo informaci z ovladače, algoritmickým proto, že aplikace realizuje nějaký předem známý postup řízení, archivací nebo jiných akcí. Primární je znalost technologie a jejích součástí, aplikace je potom modelem, který technologii ovlivňuje. Algoritmus přitom může být realizován imperativně, zápisem programu uvnitř procedur, nebo funkcionálně, spojováním vlastních činností objektů aplikace.ÿ Výměnou za přesnou a vyladěnou aplikace je větší programátorské úsilí. U datově řízených aplikací jsou sledovány změny dat na vstupech a u aplikace reálného času jsou tytéž vstupy generovány až na základě potřeby aplikace. Pokud aplikace má jakékoliv potíže s časováním, můžeme zjistit, které komponenty, události zabírají nejvíce paměti a poté aplikaci vyladit. Zátěž aplikace najdeme pomocí okna časování. Okno časování spustíme za běhu aplikace pravým tlačítkem na ikonu CW 6. Nejlepší je zajisté však zefektivnit celý návrh aplikace. [W11]

5

VLASTNÍ PRÁCE

5 5.1

25

Vlastní práce Uvedení do aplikace

Aplikace byla vytvořena ve vývojovém prostředí Control Web 6. Aplikace je datově řízena, protože slouží především pro účely vizualizace – simulace chodu jaderné elektrárny a její hlavní části – jaderného reaktoru. Časování aplikace probíhá asynchronně, závisí na aktivaci událostí jiných přístrojů nebo na zásahu ze strany uživatele. Aplikace se skládá z pěti viditelných sekcí – kontrolní a řídicí panel aplikace (control panel), panel 1, panel 2, statistika pro zimní období a statistika pro letní období. Dále dva neviditelné přístroje – klávesnice (keyboard) a program. V aplikaci jsou dva virtuální přístroje jako časované. V obou případech se jedná o neviditelný přístroj program, ostatní komponenty pracují jako nečasované. Celková aplikace bude sloužit pro výukové účely.

5.2

Definování proměnných a datových prvků aplikace

V datových inspektorech se nachází implementace datových elementů. Datové elementy uchovávají hodnoty obsazení části paměti počítače. Z širšího úhlu pohledu se jedná o proměnné nebo prvky. Všechny proměnné nebo prvky užité v aplikaci jsou použity jako globální, tzn. lze k nim přistupovat ze všech objektů. Aplikace obsahuje dvě konstanty, první pro rozměr dimenze pole (ColorArrayDim). Konstanta byla navržena z hlediska stanovení konečné hranice pro jednotlivá použitá pole v této aplikaci. Další konstanta je užitečné pro kroky rotování reaktoru v prostředí 3D scény (KROK ROTACE). Celková parametrizace obou konstant je provedena v záložce datových inspektorů. V datových inspektorech pod nabídkou datové elementy nalezneme i ostatní datové prvky – v sekci var objevíme skalární globální proměnné pro index aktivního panelu (ActivePanel) tj. panelu, který je aktivní a překrývá všechny ostatní, definice tří polí (GreenArray, BlueArray, RedArray), proměnná slouží pro účely simulace řízené štěpné reakce, proměnnou pro aktuální nastavení výkonu reaktoru (vykon R procent) do této proměnné se ukládají hodnoty získané uživatelskou reakcí, a poslední proměnná pro rotaci reaktoru dle os X, Y, Z v prostředí 3D scény (rotace X, rotace Y, rotace Z). Všechny datové prvky jsou přehledně uspořádány do tabulky. VIDITELNÉ PŘÍSTROJE APLIKACE

5.3

Kontrolní panel – řídicí panel aplikace

Do kontrolního panelu byly zařazeny čtyři různé typy komponent. Pro účely popisu aplikace byl zvolen virtuální přístroj – label. Label zobrazuje libovolnou ikonu nebo text. Objekt label nepracuje s daty aplikace. Komponenta label má pouze informativní a dekorativní charakter. Seznam textových řetězců vymezuje parametr text

5.4

Panel 1

26

list. V řídicím panelu je modifikován a použit čtyřikrát. Vždy je umístěn na tlačítku aplikace pro popis události. Další komponentu představuje tlačítko (button). Button byl vybrán z hlediska řízení aplikace uživatelskými zásahy. Tlačítko obsahuje parametr text list k formulaci prezentace tlačítka. Při stisku tlačítka je aktivována procedura OnPress(). Procedura tvoří událostní proceduru neboli vlastní proceduru objektu, proceduru je možné jakkoli modifikovat dle potřeby. V kontrolním panelu jsou situovány tři tlačítka na rotaci s jednotlivými osami X, Y, Z, jejich plnou funkčnost zajišťuje doplněná procedura OnPress(). Podstata všech tří tlačítek spočívá ve zjištění kroku rotace a nastavení modelu reaktoru do pozice otáčení podle osy X, Y nebo Z, vždy dle stisku tlačítka uživatelem. Další tlačítka na řídicím panelu reprezentují přepínání panelu 1 a panelu 2 mezi sebou prostřednictvím stisku levého tlačítka myši nebo klávesovou volbou F1 a F2, přičemž F2 přepíná panel 2 překrytím panelu 1. Korektní činnost přepínání na klávesnici realizuje neviditelný přístroj keyboard. Jeho detailnější popis bude vysvětlen v kapitole 4.1. Přepínání panelů je aktivováno událostní procedurou Show(), která je vlastní procedurou objektu button. Poslední použití tlačítka slouží pro přepínání mezi dalšími panely aplikace nebo ji zprostředkovává přístroj keyboard přepínáním kláves F3 a F4 . Předposlední komponentu kontrolního panelu tvoří image. Image zobrazuje načtené soubory od uživatele. Objekt image slouží pro dekorativní vzhled panelu, jeho výskyt zlepšuje orientaci pro uživatele aplikace. Hlavním parametrem komponenty image je file, který skrývá jméno souboru s obrázkem. Řídicí panel obsahuje dva objekty image, ty jsou užity jako obrázky pro tlačítka button. Poslední objektem je switch. Tlačítko switch slouží pro lepší řízení celé aplikace. Switch se uplatňuje při použití logické hodnoty výstupního datového elementu pomocí tlačítka. Při stisku tohoto tlačítka dochází k ukončení běhu celé aplikace. Zastavení aplikace realizuje procedura OnOutput(), ta je volána před každým zápisem do výstupního datového elementu. Procedura umožňuje hodnotu, kdykoliv změnit. Pokud dojde ve virtuálním přístroji switch k uživatelskému zásahu – zmáčknutím tlačítka, objekt systém vyvolá proceduru StopApplication(), ta zaručí bezpodmínečný konec běhu aplikace.

5.4 5.4.1

Panel 1 Základní rozdíly pro práci v 2D versus 3D scéně

Rozdíl mezi klasickou 2D scénou a 3D scénou spočívá v rozdílném použití komponent, v klasickém prostředí 2D nelze použít 3D virtuální přístroje, naopak toto tvrzení neplatí. Dalším rozdílem je rozlišná manipulace s klasickými 2D přístroji. Po rozkliknutí 2D přístroje pravým tlačítkem myši se nad přístrojem vyvolá jeho menu případně přímo inspektor, klikem nad 3D přístrojem se automaticky vyvolá editor 3D scény a pravé tlačítko myši je použito pro pohyb kamery ve scéně. Inspektor

5.5

Panel 2

27

pro scénu lze aktivovat vybráním ze stromu s přístroji. Lze si všimnout i rozdílného názvu 3D komponent, jejich název obsahuje předponu gl . V rolovací nabídce panelu je na první pozici umístěný 3D virtuální přístroj gl scene. 3D scéna se skládá z externě vloženého 3D modelu reaktoru, ze dvou částicových efektů gl sparkle, ty mají funkci simulace řízené štěpné reakce, z nápisů gl text label, z displeje sloužícího pro zobrazení aktuálně nastaveného výkonu reaktoru a otočného tlačítka, které se používá k přidávání nebo odebírání výkonu reaktoru (gl segment display). 3D model reaktoru byl vytvořen v externím 3D editoru Rhinoceros verze 4.0. Poté bylo nutné model exportovat na formát, který program Control Web, podporuje. Model je členěn na více skupin pro rozeznání jednotlivých částí za pomocí barev. Model sestává z regulačních kazet, aktivních tyčí, poklopů a betonového obalu. Do modelu byly přidány částicové efekty (gl sparkle), které přibližují štěpnou reakci jader uranu. U přístroje je pevně nastaven počet částic, které simulují vzhled jisker. Barvy jisker představují výkon reaktoru. Aktivace komponenty gl sparkle rozebírá kapitola 4.2.3. Pro nastavení barev jisker komponenty gl sparkle je na začátku aplikace pomocí neviditelného virtuálního přístroje program spuštěna procedura FillColorArray(), která je podrobně popsána v kapitole 4.2.1. Pro viditelné zobrazení výkonu reaktoru je použita komponenta 3D displeje (gl segment display), tento přístroj převádí nastavenou hodnotu reaktoru na procentní vyjádření. Poslední použitými komponentami v panelu 1 jsou 3D textové nápisy (gl text label). Slouží pro lepší orientaci uživatele aplikace.

5.5

Panel 2

Panel 2 prezentuje komplexní pohled na primární, sekundární a terciální okruh jaderné elektrárny. Panel 2 zahrnuje komponenty potrubí (pipe), spojovací části (knee), panely s DataView objekty (panel, label) a textové popisy (label). Primární okruh obsahuje dva panely s vloženými obrázky. Konkrétně se jedná o obrázek reaktoru a parogenerátoru. V parametru dv file je název souboru s obrázkem. Jednotlivé panely (reaktor a parogenerátor) jsou mezi sebou propojeny komponentou potrubím. U těchto komponent je nutné definovat mód přístroje. Mód přístroje slouží pro určení vzhledu přístroje, na kterou stranu nebo směr má být potrubí orientováno. Komponenta pracuje s neviditelným přístrojem program, komponenta pipe je popsána v kapitole 4.2.1. Jednotlivá potrubí jsou spojena spojovacími komponentami knee, parametrizujeme u nich opět mód přístroje. Sekundární okruh tvoří opět panely s vloženými obrázky, konkrétně se jedná o obrázek turbíny a hlavního kondenzátoru. Samozřejmostí je použití virtuálních přístrojů potrubí a knee, které spojují turbínu a kondenzátor. Terciální okruh představuje obrázky chladicích věží, generátoru a vody. Tyto komponenty spojuje komponenta potrubí a komponenta knee.

5.6

Panel 3 – graf spotřeby v zimním období

28

Poslední objekty dotvářejí reprezentativní vzhled celého panelu, utváří jej virtuální přístroje label a geometrický útvar triangle. Label zobrazuje pouze text – v aplikaci je konkrétně tato komponenta použita pro názvy jednotlivých okruhů jaderné elektrárny. Objekt triangle, slouží jako ukazatel na konkrétní okruhy JE, pro lepší orientaci v panelu. Pro celkový pohled na všechny okruhy JE slouží příloha D.

5.6

Panel 3 – graf spotřeby v zimním období

V panelu je vložen obrázek denní spotřeby v zimním období. Byl vybrán náhodný zimní den – 25.1. 2008. Údaje jsou veřejně dostupné na http://www.ceps.cz/. Portál patří společnosti ČEPS, a.s., která řídí provoz zařízení přenosové soustavy a systémových zdrojů na území České republiky. Zajišťuje mezinárodní spolupráci prostřednictvím propojovacích vedení s elektrizačními soustavami sousedních zemí. Tento panel je dostupný prostřednictvím horké klávesy F3 nebo tlačítkem s obrázkem sněhové vločky.

5.7

Panel 4 – graf spotřeby v letním období

V panelu je vložen obrázek denní spotřeby v letním období. Byl náhodně vybrán den 25.8. 2008. Panel je aktivní po stisku klávesy F4 nebo tlačítka s obrázkem slunce. NEVIDITELNÉ PŘÍSTROJE APLIKACE

5.8

Klávesnice (Keyboard)

Keyboard zpracovává nadefinované události klávesnice. Keyboard je virtuální přístroj, který uživateli pomáhá aplikaci lépe ovládat a řídit. Pomocí parametrizace item je zapsáno, jakým způsobem bude klávesnice reagovat na asynchronní aktivaci. Viz obr. 13. V této aplikaci se jedná o událost stisku klávesy na straně uživatele, událost (event) vystihuje klíčové slovo stisknout (press). Součástí parametru item je dále název horké klávesy, numerický výraz pro vyhodnocování události (expression) a posledním důležitým parametrem je logic, který určuje, na jakou hodnotu bude nastaven datový element uvedený u parametru Output při vzniku události (set true). Výstupu (Output) přísluší proměnná pro index aktivního panelu. Události press jsou nastaveny pro horké klávesy F1, F2, F3, F4, číslo funkční klávesy určuje číslo panelu, který má překrýt všechny ostatní, panel se zobrazí na základě vlastní událostní procedury přístroje – ShowPanel().

5.9

Virtuální přístroj Program

29

Obr. 13: Parametrizace přístroje Keyboard

5.9 5.9.1

Virtuální přístroj Program Program před spuštěním aplikace

Nadefinování tohoto přístroje má za následek potřebu aktivace komponenty gl sparkle, aby již při začátku startu aplikace byla komponenta aktivní – „blikajícíÿ. To zajistí procedura FillColorArray(), naplněním barevných polí RedArray, GreenArray a BlueArray hodnotami jednotlivých barev – red, green, blue. Aktuálně nastavená hodnota na otočném tlačítku (knobe) určí index (číslo), který je dosazen do procedury OnOutput(), na základě dosazeného indexu je získán hodnoty z definovaných polí (např. 255, 255, 0 pro žlutou), které nastaví barvu komponentě gl sparkle za pomoci procedury SetColor(). 5.9.2

Program pro aktivaci potrubí (pipe)

Záměrem tohoto programu byla potřeba simulovat procházející vodu nebo páru mezi jednotlivými virtuálními přístroji na panelu 2. Program pro aktivní činnost potrubí zprostředkovává procedura OnActivate(), ta se volá vždy při aktivaci přístroje systémem po uplynutí periody přístroje. Virtuální přístroj program má nastavenou periodu aktivace – hodnota 0,1 tj. 10krát za sekundu. 5.9.3

Program pro částicové efekty (gl sparkle)

Aktivita komponenty gl sparkle (pro řízenou štěpnou reakci) má nastavenou časovou periodu aktivace na hodnotu 0,4 tj. 2,5krát za sekundu. Aktivní provoz zajišťuje

5.9

Virtuální přístroj Program

30

procedura OnActivate(), které odesílá požadavek časování komponentám gl sparkle obsažených v aplikaci (viz obr. 14).

Obr. 14: Aktivace komponenty gl sparkle

6

6

ZÁVĚR

31

Závěr

Cílem bakalářské práce bylo seznámení s výrobou elektrické energie, s vývojovým prostředím CW 6 a tvorba modelu technologie výroby elektřiny v prostředí nástroje CW 6. Výroba elektrické energie byla zaměřena především na popis provozu jednotlivých druhů elektráren, přičemž nejrozsáhleji byla rozebrána problematika jaderné energetiky. Pro účely tvorby modelu byl využit provoz jaderné elektrárny. Plánovaný záměr byl úspěšně splněn. Práce v CW 6 byla uživatelsky příjemná, celá práce probíhala převážně v prostředí záložky grafického editoru, proměnné bylo nutné doimplementovat v datových inspektorech, procedury doplněny v parametrech jednotlivých komponent, průběh veškerých procesů odehrávajících se v CW 6 korespondoval s textovým editorem, do kterého bylo možné se kdykoliv přepnout a modifikovat jak proměnné tak nastavení komponent. Tvorba aplikace byla intuitivní, pokud některé úkony nebyly zřejmé, použila jsem elektronický manuál, který je součástí instalace CW 6. Manuál je přehledně členěn na kapitoly, je možné v kapitolách i vyhledávat, vše jsem využívala a nesetkala se s nějakým větším problémem, jež by nebylo možné vyřešit. Aplikace se rozděluje na dva větší celky – 3D model reaktoru a celkový pohled na technologii. 3D model reaktoru realisticky znázorňuje řízenou štěpnou reakci jader uranu a celkový pohled na technologii výroby je přehledně popsán a uspořádán do jednotlivých okruhů jaderné elektrárny. Výsledná aplikace bude sloužit jako prostředek pro výuku předmětu základy elektrotechniky nebo jakéhokoliv předmětu zabývajícího se tématikou automatizace procesů. Do budoucna bych zlepšila celkový pohled na technologii – animací virtuálních přístrojů a přehlednou nápovědou k jednotlivým komponentám a procesům odehrávajících se v provozu elektrárny.

7

LITERATURA

7 7.1

32

Literatura Knižní publikace

[1] Pakostová, L. Analýza časové řady a výroby elektrické energie. Bakalářská práce. Brno: PEF MZLU v Brně, 2006. 53 s. [2] Klik F., Daliba J. Jadená energetika. 1.vydání. Praha: ČVUT, 1995. 189 s. ISBN 80-01-01280-8. [3] ČEZ, a.s. Sklad použitého jaderného paliva pro jadernou elektrárnu Temelín. Temelín: Temelín, 2004. 10 s. ISBN (brožovaný). [4] Čihák F. Malé vodní elektrárny. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2000. 6 s. [5] Beranovský J. Energie větru. Praha: EkoWATT, 2005. 10 s. ISBN (skládanka). [6] Myslil V. Geotermální energie: ekologická energie z hlubin Země – současné možnosti využívání. Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2007. 32 s. ISBN (brožovaný). [7] Němec Z. Automatizace energetických systémů. Brno: SI VUT v Brně, 2007, 29 s. [8] Beranovský J. Návrh laboratorního cvičení s prostředím Control Web 5. Bakalářská práce. Brno: SI VUT v Brně, 2007. 42 s.

7.2

Elektronické publikace

[W1] ČEZ, a.s. Vznik elektrárenské společnosti ČEZ, a.s. [online]. Praha: ČEZ, a.s. [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W2] Tepelné a vodní elektrárny. Princip tepelné elektrárny [online]. Praha [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W3] ČEZ, a.s. Proces výroby v uhelných elektrárnách [online]. Praha: ČEZ, a.s. [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: .

7.2

Elektronické publikace

33

[W4] Štefková V. Uran se v ČR těží dál, je to výhodné [online]. Praha [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W5] ČEZ, a.s. Jak funguje jaderná elektrárna [online]. Praha: ČEZ, a.s. [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W6] ČEZ, a.s. Jak funguje vodní elektrárna [online]. Praha: ČEZ, a.s. [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W7] ČEZ, a.s. Jak funguje větrná elektrárna [online]. Praha: ČEZ, a.s. [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W8] Adamec T. Největší solární elektárna je v Česku [online]. Praha [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W9] Simopt, s.r.o. Geotermální elektrárna [online]. Praha [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W10] Simopt, s.r.o. Jaderné palivo [online]. Praha [cit. 17. května 2009]. Dostupné na internetu: . [W11] Moravské přístroje, a.s. Dokumentace Control Web 6, SP 2. [Součást instalace programu]. [cit. 17. května 2009].

8

SEZNAM OBRÁZKŮ

8

Seznam obrázků

Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr. Obr.

1: Mapa elektráren v ČR 2: Princip tepelné elektrárny 3: Štěpná řetězová reakce jádra uranu 4: Obecný typ reaktoru 5: Schéma JE 6: Princip vodní elektrárny 7: Princip větrné elektrárny 8: Schéma solární elektrárny 9: Logo systému CW 10: Záložky CW6 11: Paleta přístrojů 12: Inspektor přístroje 13: Parametrizace přístroje Keyboard 14: Aktivace komponenty gl sparkle

34

Přílohy

A

A

36

GRAFICKÝ EDITOR

Grafický editor

Obr. 15: Grafický editor

B

B

37

TEXTOVÝ EDITOR

Textový editor

Obr. 16: Textový editor

C

C

38

DATOVÉ INSPEKTORY

Datové inspektory

Obr. 17: Datové inspektory

D

D

KOMPLEXNÍ POHLED NA TECHNOLOGII JE

Komplexní pohled na technologii JE

Obr. 18: Komplexní pohled na technologii JE

39

E

E

PŘILOŽENÉ DVD

Přiložené DVD

Přiložené DVD obsahuje: • vlastní řešenou aplikaci, • obrázky, • vytvořený 3D model.

40