Ako sa vyrába elektrina v tepelnej elektrárni (CHP)

Tepelné elektrárne sú rozdelené do staníc:

• podľa typu hnacieho motora — parná turbína, plynová turbína, so spaľovacími motormi;

• podľa druhu paliva — s pevným organickým palivom (uhlie, palivové drevo, rašelina), kvapalným palivom (olej, benzín, petrolej, nafta), na plyn.

V tepelných elektrárňach sa energia spaľovaného paliva premieňa na tepelnú energiu, ktorá sa využíva na ohrev vody v kotle a výrobu pary. Parná energia poháňa parnú turbínu pripojenú ku generátoru.

Tepelné elektrárne, v ktorých sa para využíva výlučne na výrobu elektriny, sa nazývajú kondenzačné elektrárne (CES). Výkonné IES sa nachádzajú v blízkosti oblastí výroby palív, ďaleko od spotrebiteľov elektriny, preto sa elektrina prenáša pri vysokom napätí (220 – 750 kV). Elektrárne sú postavené v blokoch.

V mestách sa vo veľkej miere využívajú kogeneračné elektrárne alebo kombinované elektrárne (KVET).V týchto elektrárňach sa para čiastočne odsávaná v turbíne využíva pre technologické potreby, ako aj na vykurovanie a ohrev vody v bytových a komunálnych službách. Súčasná výroba elektriny a tepla znižuje náklady na dodávku elektriny a tepla v porovnaní so samostatnou výrobou elektriny a tepla.

Tepelné elektrárne využívajú teplo vznikajúce spaľovaním fosílnych palív, ako je ropa, plyn, uhlie alebo vykurovací olej, na výrobu veľkého množstva vysokotlakovej pary z vody. Ako vidíte, para tu, napriek tomu, že funguje ako chladivo z dôb parných strojov, je stále dokonale schopná roztočiť turbínový generátor.

Para z kotla je privádzaná do turbíny, s hriadeľom napojeným na trojfázový generátor striedavého prúdu. Mechanická energia rotácie turbíny sa premieňa na elektrickú energiu generátora a prenáša sa na spotrebiteľov pri napätí generátora alebo pri zvýšenom napätí prostredníctvom stupňovitých transformátorov.

Tlak privádzanej pary v turbíne je cca 23,5 MPa, pričom jej teplota môže dosiahnuť 560 °C. A voda sa v tepelnej elektrárni využíva práve preto, že je ohrievaná fosílnym organickým palivom typickým pre takéto elektrárne, ktorých zásoby sú v hlbinách našej planéty sú stále dosť veľké, aj keď dávajú obrovské mínus v podobe škodlivých emisií, ktoré znečisťujú životné prostredie.

Takže rotujúci rotor turbíny je tu napojený na armatúru turbínového generátora s obrovským výkonom (niekoľko megawattov), ​​ktorý v konečnom dôsledku vyrába elektrinu v tejto tepelnej elektrárni.

Z hľadiska energetickej efektívnosti sú tepelné elektrárne vo všeobecnosti také, že premena tepla na elektrickú energiu sa na nich uskutočňuje s účinnosťou okolo 40%, pričom veľmi veľké množstvo tepla v najhoršom prípade jednoducho vyhodí do okolia a v najhoršom prípade - v najlepšom prípade je okamžite dodávaný do vykurovania a teplej vody, zásobovanie vodou blízkym spotrebiteľom. Ak sa teda teplo uvoľnené v elektrárni okamžite použije na dodávku tepla, potom účinnosť takejto elektrárne vo všeobecnosti dosahuje 80% a stanica sa nazýva kombinovaná výroba tepla a elektriny alebo TPP.

Najbežnejšia generátorová turbína tepelnej elektrárne obsahuje na svojom hriadeli množstvo kolies s lopatkami rozmiestnenými v dvoch samostatných skupinách. Para pod najvyšším tlakom, ktorá je vypúšťaná z kotla, okamžite vstupuje do prietokovej dráhy generátorového agregátu, kde roztáča prvú súpravu lopatkových obežných kolies. Okrem toho sa rovnaká para ďalej ohrieva v parnom ohrievači, po ktorom vstupuje do druhej skupiny kolies pracujúcich pri nižšom tlaku pary.

Výsledkom je, že turbína, pripojená priamo k rotoru generátora, robí 50 otáčok za sekundu (magnetické pole kotvy, ktoré prechádza statorovým vinutím generátora, sa tiež otáča so zodpovedajúcou frekvenciou). Aby sa zabránilo prehriatiu generátora počas prevádzky, má stanica chladiaci systém generátora, ktorý zabraňuje jeho prehriatiu.

Vo vnútri kotla tepelnej elektrárne je inštalovaný horák, na ktorom sa spaľuje palivo a vytvára vysokoteplotný plameň. Napríklad uhoľný prach možno spaľovať kyslíkom.Plameň pokrýva veľkú plochu potrubia so zložitou konfiguráciou, cez ktorú prechádza voda, ktorá sa po zahriatí stáva parou unikajúcou von pod vysokým tlakom.

Vodná para vytekajúca pod vysokým tlakom sa privádza k lopatkám turbíny a odovzdáva jej mechanickú energiu. Turbína sa otáča a mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu. Prekonaním systému lopatiek turbíny je para nasmerovaná do kondenzátora, kde po dopade na potrubia so studenou vodou kondenzuje, to znamená, že sa opäť stáva kvapalinou - vodou. Takáto tepelná elektráreň sa nazýva kondenzačná elektráreň (CES).

Kogeneračné jednotky (KVET) na rozdiel od kondenzačných elektrární (CES) obsahujú systém na extrakciu tepla z pary po tom, čo prešla turbínou a už prispela k výrobe elektriny.

Para sa odoberá s rôznymi parametrami, ktoré závisia od typu konkrétnej turbíny a reguluje sa aj množstvo odoberanej pary z turbíny. Para odoberaná na výrobu tepla kondenzuje v sieťových kotloch, kde odovzdáva svoju energiu sieťovej vode a voda sa čerpá do špičkových teplovodných kotlov a vykurovacích bodov. Okrem toho sa voda dodáva do vykurovacieho systému.

V prípade potreby je možné odber tepla z pary v tepelnej elektrárni úplne vypnúť, potom sa z kogenerácie stane jednoduchý IES. Tepelná elektráreň je teda schopná pracovať v jednom z dvoch režimov: v tepelnom režime — keď je prioritou výroba tepla, alebo v elektrickom režime — keď je prioritou elektrina, napríklad v lete.