Како се производи електрична енергија у термоелектрани (ЦХП)

Термоелектране су подељене на станице:

• према врсти погонског мотора — парна турбина, гасна турбина, са моторима са унутрашњим сагоревањем;

• по врсти горива — на чврсто органско гориво (угаљ, огревно дрво, тресет), течно гориво (нафта, бензин, керозин, дизел гориво), на гас.

У термоелектранама се енергија сагорелог горива претвара у топлотну енергију која се користи за загревање воде у котлу и стварање паре. Енергија паре покреће парну турбину повезану са генератором.

Термоелектране у којима се пара у потпуности користи за производњу електричне енергије називају се кондензационе електране (КЕС). Снажни ИЕС се налазе у близини производних погона горива, удаљени од потрошача електричне енергије, па се електрична енергија преноси на високом напону (220 — 750 кВ). Електране се граде у блоковима.

Когенерацијске електране или комбиноване топлотне и електране (ЦХП) се широко користе у градовима.У овим електранама пара која се делимично исцрпљује у турбини користи се за технолошке потребе, као и за грејање и топлу воду у стамбеним и комуналним делатностима. Истовремена производња електричне и топлотне енергије смањује трошкове снабдевања електричном и топлотном енергијом у односу на одвојену производњу електричне и топлотне енергије.

Термоелектране користе топлоту произведену сагоревањем фосилних горива као што су нафта, гас, угаљ или лож уље за производњу великих количина паре под високим притиском из воде. Као што видите, пара овде, упркос томе што делује као расхладна течност из доба парних машина, и даље је савршено способна да окреће турбински генератор.

Пара из котла се доводи у турбину, са осовином спојеном на трофазни генератор наизменичне струје. Механичка енергија ротације турбине се претвара у електричну енергију генератора и преноси потрошачима на напон генератора или на појачани напон преко појачивача трансформатора.

Притисак доведене паре у турбини је око 23,5 МПа, док њена температура може да достигне 560°Ц. А вода се користи у термоелектрани управо зато што се загрева фосилним органским горивом типичним за таква постројења, чије резерве су у дубинама наше планете и даље прилично велике, иако дају огроман минус у виду штетних емисија које загађују животну средину.

Дакле, ротирајући ротор турбине је овде повезан са арматуром турбинског генератора огромне снаге (неколико мегавата) који на крају производи електричну енергију у овој термоелектрани.

У погледу енергетске ефикасности, термоелектране су углавном такве да се на њима врши претварање топлоте у електричну енергију са ефикасношћу од око 40%, док се веома велика количина топлоте у најгорем случају једноставно баца у животну средину и у најгорем - у најбољем случају, одмах се испоручује на грејање и топлу воду, снабдевање водом оближњих потрошача. Дакле, ако се топлота која се ослобађа у електрани одмах користи за снабдевање топлотом, онда ефикасност таквог постројења углавном достиже 80%, а станица се назива комбинована топлана или ТЕ.

Најчешћа генераторска турбина термоелектране садржи на свом вратилу више точкова са лопатицама распоређеним у две одвојене групе. Пара под највећим притиском, она која се испушта из котла, одмах улази у струјни пут генераторског агрегата, где окреће први сет лопатичних радних кола. Поред тога, иста пара се даље загрева у парном грејачу, након чега улази у другу групу точкова који раде на нижем притиску паре.

Као резултат тога, турбина, директно повезана са ротором генератора, прави 50 обртаја у секунди (магнетно поље арматуре, које прелази преко намотаја статора генератора, такође се ротира на одговарајућој фреквенцији). Да би се спречило прегревање генератора током рада, станица има систем за хлађење генератора који спречава његово прегревање.

Унутар котла термоелектране је уграђен горионик, на коме се сагорева гориво, формирајући високотемпературни пламен. На пример, угљена прашина се може спалити кисеоником.Пламен покрива велику површину цеви сложене конфигурације кроз коју пролази вода, која, када се загреје, постаје пара која излази напоље под високим притиском.

Водена пара која излази под високим притиском се доводи до лопатица турбине, преносећи јој своју механичку енергију. Турбина се окреће и механичка енергија се претвара у електричну енергију. Савладавајући систем лопатица турбине, пара се усмерава у кондензатор, где се, падајући на цеви са хладном водом, кондензује, односно поново постаје течност - вода. Таква термоелектрана се назива кондензациона електрана (КЕС).

Комбиноване топлотне и електране (ЦХП), за разлику од кондензационих електрана (ЦЕС), садрже систем за издвајање топлоте из паре након што је прошла кроз турбину и већ допринела производњи електричне енергије.

Пара се узима са различитим параметрима, што зависи од типа одређене турбине, а такође је регулисана количина паре која се узима из турбине. Пара одведена за производњу топлоте кондензује се у мрежним котловима, где своју енергију даје мрежној води, а вода се пумпа до вршних топловодних котлова и грејних места. Поред тога, вода се испоручује у систем грејања.

Ако је потребно, екстракција топлоте из паре у термоелектрани може бити потпуно искључена, тада ће комбинована термоелектрана постати једноставан ИЕС. Тако термоелектрана може да ради у једном од два режима: у термичком режиму — када је приоритет производња топлоте, или у електричном режиму — када је приоритет електрична енергија, на пример лети.