Kraftværk: Hvad er de? (& typer af kraftværker)

Hvad er en kraftværk?

En kraftværk (også kendt som en kraftstation eller elektricitetsproduktionsanlæg), er et industriel sted, der bruges til produktion og distribution af elektricitet på stort scale. Mange kraftværker indeholder en eller flere generatorer, en roterende maskine, der konverterer mekanisk energi til trefased elektricitet (disse kaldes også for alternatorer). Den relative bevægelse mellem et magnetfelt og en elektrisk leder skaber en elektrisk strøm.

Disse er generelt placeret i yderområder eller flere kilometer væk fra byerne eller belastningscentre, på grund af dets krav som store arealer og vandforbrug, sammen med flere driftsbegrænsninger som affaldshåndtering osv.

Derfor skal et elektricitetsproduktionsanlæg ikke kun bekymre sig om effektiv produktion af strøm, men også transmissionen af denne strøm. Derfor følges kraftværker ofte tæt op af transformeringsstationer. Disse stationer øger transmissionsstrømmens spænding, hvilket gør det muligt at overføre den mere effektivt over lange afstande.

Den henvendte energikilde, der bruges til at dreje generatoraksen, varierer meget og er hovedsageligt afhængig af den brugte brændstoftype. Brændstoffet bestemmer, hvad vi kalder kraftværket, og dette er, hvordan de forskellige typer kraftværker bliver klassificeret.

Typer af kraftværker

De forskellige typer kraftværker er klassificeret afhængigt af den brugte brændstoftype. For bulkproduktion af strøm er termiske, nukleare og vandkraft de mest effektive. Et elektricitetsproduktionsanlæg kan bredt inddeles i de tre ovennævnte typer. Lad os se nærmere på disse typer af kraftværker.

Termisk kraftværk

Et termisk kraftværk eller et kulbaseret termisk kraftværk er langt den mest konventionelle metode til at producere elektricitet med rimelig høj effektivitet. Det bruger kul som primær brændstof til at koge vand til superopvarmet damp, der drev turbine.

Turbinen er derefter mekanisk koblet til en alternatorrotor, hvor rotationen resulterer i produktion af elektricitet. Generelt i Indien bruges bituminøst kul eller brun kul som brændsel til koger, der har flydende indhold fra 8 til 33% og askeindhold fra 5 til 16%. For at forbedre den termiske effektivitet af anlægget, anvendes kul i pulveriseret form i koger.

I et kulbaseret termisk kraftværk opnås damp under meget højt tryk i dampkoger ved at brænde pulveriseret kul. Dette damp er derefter superopvarmet i superheateren til ekstremt høj temperatur. Denne superopvarmede damp tillades derefter at indgå i turbinen, da turbinbladene drejes af dampens tryk.

Turbinen er mekanisk koblet med alternator på en måde, så dens rotor vil rotere med rotationen af turbinbladene. Efter at være kommet ind i turbinen, falder damptrykket pludseligt, hvilket fører til en tilsvarende stigning i dampvolumen.

Efter at have overført energi til turbinrotorer, sendes dampen ud af turbinbladene til dampeksaktoren i turbinen. I eksen cirkuleres koldt vand ved ambienttemperatur med hjælp fra en pumpe, hvilket fører til kondensation af lavtryk-damp.

Derefter leveres denne kondenseret vand videre til lavtryk-varmeudveksler, hvor lavtryk-damp øger temperaturen på denne feedvand, det opvarmes igen under højt tryk. Dette beskriver den grundlæggende arbejdsmetode i et termisk kraftværk.

Fordele ved termiske kraftværker

• Brændstof, nemlig kul, er ret billigt.

• Initialomkostningerne er mindre i forhold til andre produktionsanlæg.

• Det kræver mindre plads i forhold til vandkraftanlæg.

Ulemper ved termiske kraftværker

• Det forurener atmosfæren pga. produktion af røg og damp.

• Driftsomkostningerne for kraftværket er højere end for vandkraftværk.

Kernekraftværk

Kernekraftværker ligner termiske kraftværker på mange måder. Dog er undtagelsen her, at radioaktive elementer som uran og thorium bruges som primær brændstof i stedet for kul. Også i et kernekraftværk erstattes ovnen og koger med en nuklear reaktor og varmeudvekslerrore.

For processen med produktion af kernestyrke, udsættes de radioaktive brændstoffer for fissionsreaktioner i nukleare reaktorer. Fissionsreaktionen, der spreder sig som en kontrolleret kedjereaktion, følges af en usædvanlig mængde produceret energi, der manifesterer sig i form af varme.

Denne varme overføres derefter til vandet i varmeudvekslerrorene. Som resultat produceres superopvarmet damp ved meget høj temperatur. Når processen med dannelse af damp er fuldført, er den resterende proces præcis den samme som i et termisk kraftværk, da denne damp vil drive turbinbladene for at producere elektricitet.

Vandkraftværk

I vandkraftværker bruges energien fra det faldende vand til at drev turbine, som i sin tur driver generator for at producere elektricitet. Regn, der falder på jordoverfladen, har potentiel energi i forhold til oceanerne, mod hvilke det strømmer. Denne energi konverteres til aksearb, når vandet falder gennem en betydelig vertikal afstand. Hydraulisk effekt er derfor en naturligt tilgængelig, fornyelig energi givet ved ligningen:
P = gρ QH
Hvor, g = acceleration på grund af tyngdekraft = 9.81 m/sec 2
ρ = densitet af vand = 1000 kg/m3
H = højden af vandets fald.
Denne effekt benyttes til at rotere alternatorakset, for at konvertere det til tilsvarende elektrisk energi.
Et vigtigt punkt at bemærke er, at vandkraftværker har en meget lavere kapacitet i forhold til deres termiske eller nukleare modparter.

Derfor bruges vandkraftværker generelt i planlægning med termiske anlæg, for at servere belastningen under topuret. De hjælper på en måde termiske eller nukleare anlæg med at levere strøm effektivt under perioder med topuret.

Fordele ved vandkraftværker

• Det kræver ingen brændstof, vand bruges til produktion af elektrisk energi.

• Det er rent og sikkert energiproduktion.

• Konstruktionen er enkel, der kræves mindre vedligeholdelse.

• Det hjælper også med irrigation og oversvømmelseskontrol.

Ulemper ved vandkraftværker

• Det indebærer høje kapitalomkostninger pga. damkonstruktion.

• Tilgængeligheden af vand afhænger af vejrforhold.

• Det kræver høje transmissionsomkostninger, da anlægget er placeret i bjergområder.

Typer af strømproduktion

Som nævnt ovenfor, afhængigt af den brugte brændstoftype, er elektricitetsproduktionsanlæg samt typerne af strømproduktion klassificeret. Derfor er de 3 største klassifikationer for strømproduktion i relativt stor skala:

1. Termisk strømproduktion

2. Kernestrømproduktion

3. Vandkraftproduktion