Kako se proizvodi električna energija u termoelektrani (CHP)

Termoelektrane se dijele na stanice:

• prema vrsti porivnog motora — parna turbina, plinska turbina, s motorima s unutarnjim izgaranjem;

• prema vrsti goriva - s krutim organskim gorivom (ugljen, ogrjevno drvo, treset), tekućim gorivom (nafta, benzin, kerozin, dizelsko gorivo), na plin.

U termoelektranama se energija izgorjelog goriva pretvara u toplinsku energiju koja se koristi za zagrijavanje vode u kotlu i stvaranje pare. Parna energija pokreće parnu turbinu spojenu na generator.

Termoelektrane u kojima se za proizvodnju električne energije u cijelosti koristi para nazivaju se kondenzacijske elektrane (KES). Snažni IES nalaze se u blizini područja proizvodnje goriva, udaljeni od potrošača električne energije, stoga se električna energija prenosi na visokom naponu (220 — 750 kV). Elektrane se grade u blokovima.

Kogeneracijske elektrane ili kombinirane toplinske i elektrane (CHP) imaju široku primjenu u gradovima.U ovim elektranama para koja se djelomično iscrpljuje u turbini koristi se za tehnološke potrebe, kao i za grijanje i toplu vodu u stambenim i komunalnim djelatnostima. Istovremena proizvodnja električne i toplinske energije smanjuje troškove opskrbe električnom i toplinskom energijom u odnosu na odvojenu proizvodnju električne i toplinske energije.

Termoelektrane koriste toplinu koja nastaje izgaranjem fosilnih goriva kao što su nafta, plin, ugljen ili loživo ulje za proizvodnju velikih količina pare pod visokim pritiskom iz vode. Kao što možete vidjeti, para ovdje, unatoč tome što djeluje kao rashladno sredstvo iz vremena parnih strojeva, još uvijek je savršeno sposobna okretati turbinski generator.

Para iz kotla dovodi se do turbine, s osovinom spojenom na generator trofazne izmjenične struje. Mehanička energija rotacije turbine pretvara se u električnu energiju generatora i prenosi do potrošača na naponu generatora ili na pojačanom naponu preko transformatora za povećanje.

Tlak dovedene pare u turbinu je oko 23,5 MPa, dok njezina temperatura može doseći 560 °C. A voda se koristi u termoelektrani upravo zato što se zagrijava fosilnim organskim gorivom tipičnim za takva postrojenja, čije rezerve su u dubinama našeg planeta još uvijek prilično veliki, iako daju ogroman minus u obliku štetnih emisija koje zagađuju okoliš.

Dakle rotirajući rotor turbine ovdje je spojen na armaturu turbogeneratora ogromne snage (nekoliko megavata) koji u konačnici proizvodi električnu energiju u ovoj termoelektrani.

Što se tiče energetske učinkovitosti, termoelektrane su općenito takve da se na njima pretvorba toplinske energije u električnu provodi s učinkovitošću od oko 40%, dok se vrlo velika količina toplinske energije u najgorem slučaju jednostavno baca u okoliš i u najgorem - u najboljem slučaju odmah se isporučuje u grijanje i toplu vodu, vodoopskrbu obližnjih potrošača. Dakle, ako se toplina oslobođena u elektrani odmah koristi za opskrbu toplinom, tada učinkovitost takvog postrojenja u pravilu doseže 80%, a stanica se naziva kombinirana toplinska i elektrana ili TE.

Najčešća generatorska turbina termoelektrane sadrži na svojoj osovini više kotača s lopaticama raspoređenim u dvije odvojene skupine. Para pod najvećim tlakom, ona koja se ispušta iz kotla, odmah ulazi u protok generatorskog agregata, gdje okreće prvi set rotora s lopaticama. Osim toga, ista para se dalje zagrijava u grijaču pare, nakon čega ulazi u drugu skupinu kotača koji rade na nižem tlaku pare.

Kao rezultat toga, turbina, povezana izravno s rotorom generatora, čini 50 okretaja u sekundi (magnetsko polje armature, koja prelazi namot statora generatora, također se okreće odgovarajućom frekvencijom). Kako bi se spriječilo pregrijavanje generatora tijekom rada, stanica ima sustav za hlađenje generatora koji sprječava njegovo pregrijavanje.

Unutar kotla termoelektrane ugrađen je plamenik na kojem se izgara gorivo stvarajući plamen visoke temperature. Na primjer, ugljena prašina može se spaliti s kisikom.Plamen pokriva veliku površinu cijevi složene konfiguracije kroz koju prolazi voda koja, kada se zagrije, postaje para koja pod visokim pritiskom izlazi van.

Vodena para koja istječe pod visokim tlakom dovodi se do lopatica turbine, prenoseći joj svoju mehaničku energiju. Turbina se okreće i mehanička energija se pretvara u električnu. Prevladavajući sustav turbinskih lopatica, para se usmjerava u kondenzator, gdje se, padajući na cijevi s hladnom vodom, kondenzira, odnosno ponovno postaje tekućina - voda. Takva termoelektrana naziva se kondenzacijska elektrana (KES).

Kombinirana toplinska i elektrana (CHP), za razliku od kondenzacijskih elektrana (CES), sadrže sustav za izdvajanje topline iz pare nakon što je prošla kroz turbinu i već pridonijela proizvodnji električne energije.

Para se uzima s različitim parametrima, što ovisi o tipu pojedine turbine, a regulira se i količina pare koja se uzima iz turbine. Para koja se uzima za proizvodnju topline kondenzira se u mrežnim kotlovima, gdje svoju energiju predaje mrežnoj vodi, a voda se crpi do vršnih vrelovodnih kotlova i toplinskih točaka. Osim toga, voda se dovodi u sustav grijanja.

Ako je potrebno, izdvajanje topline iz pare u termoelektrani može se potpuno isključiti, tada će termoelektrana postati jednostavan IES. Dakle, termoelektrana može raditi u jednom od dva načina: u toplinskom načinu rada — kada je prioritet proizvodnja toplinske energije ili u električnom načinu rada — kada je prioritet električna energija, primjerice ljeti.