Elektrárna: Co to je? (& typy elektráren)
Co je elektrárna?
Elektrárna (také známá jako elektrická stanice nebo elektrická výrobní stanice) je průmyslové místo, které se používá k výrobě a distribuci elektrické energie na velkou škálu. Mnoho elektráren obsahuje jeden nebo více generátorů, rotačních strojů, které převádí mechanickou energii na třífázovou elektrickou energii (tyto jsou také známy jako alternátory). Relativní pohyb mezi magnetickým polem a elektrickým vodičem vytváří elektrický proud.
Tyto stanice jsou obvykle umístěny v předměstských oblastech nebo několik kilometrů od měst nebo zatěžovacích středisek, kvůli svým požadavkům, jako je rozsáhlá plocha a voda, spolu s několika provozními omezeními, jako je likvidace odpadu atd.
Z tohoto důvodu se elektrárna musí zabývat nejen efektivní výrobou energie, ale také jejím přenosem. Proto jsou elektrárny často doprovázeny transformačními stanicemi. Tyto stanice zvyšují přenosové napětí energie, což umožňuje její efektivnější přenos na dlouhé vzdálenosti.
Zdroj energie, který se používá k otáčení hřídele generátoru, se liší a závisí hlavně na typu použitého paliva. Volba paliva určuje, jak nazýváme elektrárnu, a tímto způsobem jsou různé typy elektráren klasifikovány.
Typy elektráren
Různé typy elektráren jsou klasifikovány podle typu použitého paliva. Pro masovou výrobu energie jsou nejefektivnější tepelné, jaderné a vodní elektrárny. Elektrárna může být obecně rozdělena do těchto tří zmíněných typů. Podívejme se na tyto typy elektráren podrobněji.
Tepelná elektrárna
Tepelná elektrárna nebo uhelná tepelná elektrárna je dosud nejkonvenčnější metodou výroby elektrické energie s poměrně vysokou efektivitou. Používá uhlí jako primární palivo pro vypaření dostupné vody na supersaturovaný páru pro pohon parní turbíny.
Parní turbína je pak mechanicky spojena s rotorovým alternátorem, jehož rotace vede ke vzniku elektrické energie. Obvykle v Indii se jako palivo používá bituminózní uhlí nebo hnědé uhlí, které má obsah letitelných látek od 8 do 33 % a obsah popele 5 až 16 %. Pro zvýšení tepelné efektivity elektrárny se uhlí používá ve formě prášku.
V uhelné tepelné elektrárně se pára získává v velmi vysokém tlaku uvnitř parního kotle šrotováním uhlí. Tato pára je pak nadměrně ohřátá v superohřevači. Tato nadměrně ohřátá pára je pak přivedena do turbíny, kde lopatky turbíny jsou poháněny tlakem páry.
Turbína je mechanicky spojena s alternátorem tak, že jeho rotor se otáčí s otáčením lopatek turbíny. Po vstupu do turbíny náhle klesne tlak páry, což vede k odpovídajícímu zvýšení objemu páry.
Po předání energie do rotorů turbíny je pára vedena ven z lopatek turbíny do kondenzátoru páry. V kondenzátoru se s pomocí čerpadla cirkuluje studená voda teploty okolí, což vede k kondenzaci nízkotlaké vlhké páry.
Tento kondenzovaný vodní tok je dále dodáván do nízkotlakého vodního ohřívače, kde nízkotlaká pára zvyšuje teplotu tohoto vodního toku, který je opět ohříván vysokým tlakem. Toto popisuje základní princip fungování tepelné elektrárny.
Výhody tepelných elektráren
Použitý palivový materiál, uhlí, je poměrně levný.
Počáteční náklady jsou nižší než u jiných elektráren.
Vyžaduje méně prostoru než hydroelektrárny.
Nevýhody tepelných elektráren
Znečišťuje atmosféru produktem kouře a páry.
Provozní náklady elektrárny jsou vyšší než u hydroelektrárny.
Jaderná elektrárna
Jaderné elektrárny jsou podobné tepelným elektrárnám v mnoha ohledech. Nicméně, zde se jako primární palivo místo uhlí používají radioaktivní prvky, jako je uran a thorium. V jaderné elektrárně jsou pec a kotel nahrazeny jaderným reaktorem a výměníky tepla.
Pro proces výroby jaderné energie jsou radioaktivní paliva podrobeny fisi reakci uvnitř jaderných reaktorů. Fisi reakce se šíří jako kontrolovaná řetězová reakce a je provázena nepředstavitelným množstvím produkované energie, která se projevuje v podobě tepla.
Toto teplo je pak přeneseno do vody v výměnících tepla. V důsledku toho se vytváří supersaturovaná pára v velmi vysoké teplotě. Jakmile je proces vytváření páry dokončen, zbývající proces je stejný jako v tepelné elektrárně, protože tato pára dále pohání lopatky turbíny k výrobě elektrické energie.
Vodní elektrárna
V hydroelektrárnách se využívá energie padající vody k pohonu turbíny, která dále pohání generátor k výrobě elektrické energie. Dešť, který padá na povrch Země, má potenciální energii vzhledem k oceánům, kam se směřuje. Tato energie je převedena na výkon hřídele, když voda padá skrze významnou vertikální vzdálenost. Hydraulická energie je tedy přirozeně dostupná obnovitelná energie daná rovnicí:
P = gρ QH
kde, g = gravitační zrychlení = 9,81 m/s²
ρ = hustota vody = 1000 kg/m³
H = výška padající vody.
Tato energie je využita k otáčení hřídele alternátoru a převodu ji na ekvivalentní elektrickou energii.
Důležité je poznamenat, že vodní elektrárny mají mnohem nižší kapacitu než jejich tepelné nebo jaderné protějšky.
Proto jsou vodní elektrárny obvykle používány v plánování s tepelnými elektrárnami, aby sloužily zatěžovacím střediskům během vrcholových hodin. Pomáhají tepelným nebo jaderným elektrárnám efektivně dodávat energii během období vrcholových hodin.
Výhody vodních elektráren
Nepotřebuje palivo, voda se používá k výrobě elektrické energie.
Je to čistá a bezpečná výroba energie.
Stavba je jednoduchá, vyžaduje méně údržby.
Pomáhá i s zavlažováním a ochranou před povodněmi.
Nevýhody vodních elektráren
Zahrnuje vysoké investiční náklady kvůli stavbě přehrady.
Dostupnost vody závisí na počasí.
Vyžaduje vysoké náklady na přenos, protože elektrárna je umístěna v horských oblastech.
Typy výroby energie
Jak bylo zmíněno výše, podle typu použitého paliva jsou elektrárny a typy výroby energie klasifikovány. Tedy tři hlavní kategorie pro výrobu energie v rozumně velkém měřítku jsou:
