Термоелектрана

Термоелектраните се електрани кои добиваат енергија со согорување на гориво, а главната примена и намена на термоелектраните е производство на пареа што ќе работи со турбината, а потоа и на генераторот на електрична енергија.
Нивната главна цел е производство и трансформација на примарните форми на енергија во корисна работа, што подоцна е во форма на механичка енергија понатаму се користи за производство на електрична енергија. Механичката енергија се произведува со помош на топлинска машина која ја трансформира топлинската енергија. Имаме претворање на хемиската енергија во топлина, што пак се пренесува на работен медиум преку различни процеси. Работниот медиум, пак, служи како предавател на оваа енергија, често со согорување на гориво, во енергијата на ротација.
1 Историја
Во 1629 година се појави првата идеја за користење пареа за стартување на тркало со лопатка. Идејата беше изнесена од ovanовани Бранка во неговата книга „Ле машина“. Идејата за таква машина беше примитивна, со пареа што течеше слободно кон тркалото со лопатка. Самата машина изгледаше како воденица, но се напојуваше од пареа.
Револуцијата следеше кога Џејмс Ват измисли парна машина која работеше со прекумерен притисок во 1769 година, кондензацијата беше вклучена во процесот, ова се темелите на современите термоцентрали. Пареата како медиум е исклучително благодарна за пренос на енергија.
Параметрите на растението се менувале низ историјата. Притисокот, особено температурата, се зголемуваше со текот на годините. Количината на пареа се зголемува, а со тоа и моќноста на постројката. Ова исто така ја намалува потрошувачката на гориво и ја зголемува ефикасноста. Постојат и супер грејачи и средни грејачи, кои уште повеќе придонесуваат за зголемување на ефикасноста. Нова револуција се појавува со развојот на таканаречените блок-постројки (котелот и турбината се едно затворено контролно коло). Идеите постоеле и постепено се развивале низ историјата, но за термоелектраните како што ги познаваме денес, најважно е патентирање и развој на парната турбина (1791). Гасната турбина доаѓа многу подоцна, на почетокот на 20 век.
Денес, околу 80% од електричната енергија во индустриските земји се добива од извори на топлинска енергија (ова секако вклучува гасни и атомски централи). Во современото општество, потребата за електрична енергија расте, а со тоа расте и потрошувачката на електрична енергија по глава на жител, што е и показател за економскиот развој на една земја. Покрај производството на електрична енергија, термоелектраните служат и за производство на топлина, што е исто така многу важно во областите каде што е потребно греење.
Важноста на ваквите постројки расте од ден на ден, без оглед на новите извори и методи на производство на електрична енергија. Секако, товарот врз животната средина расте во сето ова, што е прашање на кое исто така мора активно да се справиме кога зборуваме за термоелектрани. Голема група на луѓе, инженери од различни професии, учествуваат во проектирањето, изградбата, работењето и одржувањето на термоелектраната. Сите овие луѓе комбинираат широк спектар на знаења потребни за извршување на сите задачи и обезбедување на непречено функционирање на електраната.
2 Поделба на термоелектрани според видот на стартерот
2.1 Постројка за гасна турбина
Постројката за гасна турбина користи динамичен притисок од протокот на гас за директно да ја контролира турбината. Самиот процес што се случува во гасна турбина не е толку различен од турбината на пареа. Се разбира, медиумот што се шири е различен, процесот на добивање на работниот медиум е исто така различен, но процесот што се одвива во турбината е многу сличен. Разликата е во тоа што намалувањето на енталпијата во гасната турбина е многу помало, а зголемувањето на волуменот е поголемо. Ако сакаме да го зголемиме степенот на искористеност, мора да ја зголемиме температурата на медиумот што влегува во турбината.Постои проблем на ладење, особено на самите ножеви. За ладење на сечилата користиме компримиран воздух од кондензаторот. Секако, снабдувањето со воздух за ладење ќе ја намали и моќноста на централата. Денешниот развој на материјали ни овозможи да ја зголемиме отпорноста на температура со избирање на материјалот. Денес, за производство на сечилата се користат материјали од база на легури на никел, кои успешно издржуваат на повисоки температури. Се разбира, без оглед на овие достигнувања во областа на материјалите, ние мора да обезбедиме ладење на сечилата.Во гасните електрани, механичката енергија се претвора во електрична енергија од гасни мотори, кои најчесто се градат како четиритактни мотори. Овие електрани обично се наоѓаат во системот на металуршки постројки за експлоатација на гасови од високи печки или во системот на коксни печки и постројки за производство на гас за експлоатација на гасови произведени при производство на кокс, потоа за експлоатација на природен гас, итн. Ако сакаме да ја зголемиме ефикасноста, мора да ја зголемиме температурата на медиумот што влегува во турбината.Секоја постројка за гасна турбина се состои од компресор, комора за согорување и гасна турбина. Принцип на работа: компресорот се користи за компресија на воздухот што се вшмукува од околината и го компресира до даден притисок, компримираниот воздух се напојува во комората за согорување каде што се загрева поради согорување на гориво. Како резултат на мешавината (загреан воздух и гасови од согорување) се шири во гасна турбина каде што се создава вртежен момент кој се користи во производството на електрична енергија и во работата на компресорот.
2.2 Комбинирано растение
Комбинираната постројка ги има и двете: гасни турбини што се испуштаат со природен гас, парен котел и парна турбина која го користи осиромашениот гас од гасната турбина за производство на електрична енергија, т.е. тоа е циклус кој се состои од дел од гасна турбина и парна турбина. Главните компоненти се секако гасната и парната турбина. Главната цел на ваквите постројки е да се користи топлината што се создава на излезот од гасната турбина. Бидејќи издувните гасови што излегуваат од гасната турбина имаат екстремно високи температури, околу 600 °C може да се користат како средство за загревање вода и производство на водена пареа за парната турбина. Ова ја зголемува ефикасноста на самиот процес, бидејќи топлината што инаку би се изгубила се користи за понатамошно производство на пареа. Ефикасноста на таквата постројка достигнува до 60%. Во комбинирана постројка, компресорот го компресира воздухот и го испраќа во комората за согорување каде истовремено се снабдува горивото со согорување. Гасовите со високо согорување се водат од комората за согорување до гасната турбина, каде што се шират давајќи корисна работа на вратилото поврзано со роторот на гасната турбина. Вратилото се напојува од генератор на електрична струја и произведува електрична енергија што се испраќа до мрежата. По експанзијата, издувните гасови од гасната турбина се водат до корисникот (генераторот на пареа ја троши топлината). Една од многу добрите одлики на гасната турбина е тоа што има многу висок однос воздух / гориво бидејќи се додава неколку пати повеќе воздух како резултат на ладењето на сечилата на гасната турбина. Затоа, сè уште има многу неискористен воздух на излезот од гасната турбина, а овој вишок воздух се користи за согорување на дополнително гориво во корисникот. Во корисникот, водата за напојување се загрева до испарување и се загрева до поставените параметри. Прегреаната пареа оди од генераторот на пареа до парната турбина каде што се шири и ја предава механичката работа на електричниот генератор. После тоа, пареата, сега со ниски параметри, оди до кондензаторот каде што кондензира. По кондензацијата, водата се враќа на корисникот од пумпата за напојување за повторно загревање. Веќе беше споменато дека со овој принцип ја зголемуваме употребливоста на целиот процес. Причината се наоѓа во основите на термодинамиката. Темелите може да се видат во основниот процес Карно (изоентропски-изотермален). Принципот е како што следува: ако разликите во температурата се помали, преносот на топлина е помал. Значи, за нас е исклучително важно разликата во температурата на „резервоарот“ да биде што е можно поголема. Се разбира, идеален случај би бил ако температурата на ладилното средство при снабдување со топлина е еднаква на температурата на резервоарот за греење, а температурата на ладилното средство за време на празнењето стане еднаква на температурата на резервоарот за ладење. Потоа зборуваме за идеалниот процес Карно. Знаеме дека во процесот Карно ефикасноста зависи само од температурата, односно од температурата на резервоарите за топлина, и ниту една друга променлива не може да ја промени оваа ефикасност.
2.3 Фабрика за пареа-турбини
Принцип на работа на постројка за парни турбини: пареата произведена со помош на топлина, добиена со согорување на гориво, се носи во турбината каде што се шири на различни начини, создавајќи вртежен момент кој, пак, служи за производство на електрична енергија во генераторот. Користи динамичен притисок на генераторот со трошење на водена пареа за да ги ротира сечилата на турбината. Најголем број на големи термоцентрали се напојувани со пареа, кои главно користат парни турбини (околу 80% од електричната енергија се произведува со употреба на парни турбини) директно поврзани со генератор (турбо-генератор). Во овие електрани, топлината добиена со согорување на гориво се пренесува во водена пареа, која произведува механичка енергија во парни турбини и која се претвора во електрична енергија во генераторот. Според вториот закон за термодинамика, не може целата топлинска енергија да се претвори во механичка енергија, така што топлината секогаш се губи во околината. Ако оваа загуба се примени како корисна топлина, за индустриски процеси или греење на животната средина, постројката за пареа се однесува на когенерација на постројката за пареа. Класичната постројка за парни турбини се заснова на ранкинскиот циклус познат од термодинамиката.