Voimalaitos: Mitä ne ovat? (& erilaiset voimalaitokset)

Mikä on sähköntuotantolaitos

Sähköntuotantolaitos (tai sähköasema tai sähköntuotantolaitos) on teollinen paikka, jota käytetään suurten määrien sähkön tuotantoon ja jakeluun. Monet sähköasemat sisältävät yhden tai useamman generaattorin, pyörimäisen laitteen, joka muuttaa mekaanista energiaa kolmivaiheiseksi sähköenergiaksi (näitä kutsutaan myös vaihtokoneeksi). Magneettikentän ja sähköjohtajan suhteellinen liike luo sähkövirtaa.

Nämä sijaitsevat yleensä alueilla, jotka ovat useita kilometrejä etäällä kaupungeista tai kuormituksen keskuksista, koska niiden vaatimukset, kuten valtava maapiiri ja veden tarve, sekä monia toimintarajoitteita, kuten jätteiden hävittäminen, jne.

Tämän vuoksi sähköntuotantolasityksellä on huolehdittava paitsi tehokkaasta sähkön tuotannosta, myös tämän sähkön siirrosta. Tämän vuoksi sähköasemat ovat usein läheisesti yhdistetty muuntajakenttiin. Nämä muuntajakentät lisäävät sähkön siirtovoltta, mikä mahdollistaa sen tehokkaamman siirron pitkiä matkoja varten.

Generaattoripyörän kuljettamaan energialähteen käyttö vaihtelee suuresti ja riippuu pääasiassa käytetystä polttoaineesta. Polttoainevalinta määrää, mitä kutsumme sähköntuotantolaitokselle, ja näin erilaiset sähköntuotantolaitokset luokitellaan.

Sähköntuotantolaitosten tyypit

Erilaiset sähköntuotantolaitokset luokitellaan käytetyn polttoaineen perusteella. Suuren sähköntuotannon tarkoituksessa lämpö-, ydin- ja vesivoima ovat tehokkaimpia. Sähköntuotantolasitystä voidaan laajasti luokitella kolmeen aiemmin mainittuun tyyppeihin. Katsotaan nämä sähköntuotantolaitostyypit yksityiskohtaisemmin.

Lämpövoimala

Lämpövoimala tai hiilipolttoisen lämpövoimala on kauan ollut tapana tuottaa sähköä kohtuullisella teholla. Se käyttää hiiltä ensisijaiseksi polttoaineena, jolla keitetään vesi superlämmintä höyryä varten, joka kuljettaa höyryturbiinia.

Höyryturbiini on sitten mekaanisesti kytketty vaihtokoneen rotorille, jonka pyöriminen johtaa sähköntuotantoon. Yleensä Intiassa käytetään bitumihiiliä tai ruskea hiili ketjuun, jolla on volatiiliksisältö 8-33 % ja tuhkasisältö 5-16 %. Voimalan lämpötehokkuuden parantamiseksi hiiltä käytetään voimalassa sen pilvittävässä muodossa.

Hiilipolttoisessa lämpövoimalassa höyry saadaan hyvin korkealla paineella höyryketjuun polttamalla pilvittyä hiiltä. Tämä höyry sitten superlämmittyy superlämmittimeen äärimmäisen korkeaan lämpötilaan. Tämä superlämmin höyry sitten pääsee turbiiniin, kun turbiinin veistimet pyörii höyryn paineen seurauksena.

Turbiini on mekaanisesti kytketty vaihtokoneeseen siten, että sen rotor pyörii turbiinin veistimien pyörimisen seurauksena. Kun höyry pääsee turbiiniin, höyrypainetta laskee nopeasti, mikä johtaa vastaavanlaiseen höyrymäärän kasvuun.

Kun energian on annettu turbiinin rotoreille, höyry ohjataan ulos turbiinin veistimistä turbiinin höyrykondensaattoriin. Kondensaattoriin virtaileva kylmä vesi ympäristölämpötilassa pumpulla johtaa alhaisen paineen kostean höyryn kondensaatioon.

Tämä kondensoitu vesi toimitetaan sitten alhaisen paineen veden lämmittimeen, jossa alhaisen paineen höyry nostaa tämän syöttöveden lämpötilaa, ja sitä lämmitetään uudelleen korkeassa paineessa. Tämä esittelee lämpövoimalan perus toimintaperiaatteen.

Lämpövoimaloiden edut

• Käytetty polttoaine eli hiili on melko halpa.

• Alkukustannukset ovat pienemmät verrattuna muihin tuotantolaitoksiin.

• Se vaatii vähemmän tilaa verrattuna hydroelektrisiin voimaloihin.

Lämpövoimaloiden haitat

• Se saastuttaa ilmakehää savun ja savujen tuottamisen vuoksi.

• Voimalan toimintakustannukset ovat suuremmat kuin hydroelektristen voimaloiden.

Ydinvoimala

Ydinvoimalat ovat samankaltaisia lämpövoimaloissa useilla tavoin. Poikkeuksena tässä on, että radioaktiivisia elementtejä, kuten uraania ja toria, käytetään ensisijaiseksi polttoaineena hiilen sijaan. Myös ydinasemassa, uuni ja ketju on korvattu ydinketjuun ja lämpövaihtojen putkien.

Ydinvoiman tuotantoa varten radioaktiiviset polttoaineet tehdään fission reaktion käsittelyyn ydinketjuun. Fission reaktio, jatkuu kontrolloidussa ketjureaktiossa ja on seurauttuina ennennäkemättömässä määrässä energiaa, joka ilmaantuu lämpömuodossa.

Tämä lämpö siirretään veteen, joka on lämpövaihtojen putkeissa. Tämän seurauksena superlämmin höyry hyvin korkeaan lämpötilaan tuotetaan. Kun höyryn tuotantomuodosta on suoritettu, jäljellä oleva prosessi on täsmälleen sama kuin lämpövoimalassa, koska tämä höyry kuljettaa turbiinin veistimiä sähköntuotannon tuottamiseksi.

Hydroelektrinen voimala

Hydroelektrisissä voimaloissa käytetään veden pudotuksen energiaa turbiinin kuljettamiseen, joka puolestaan ajaa generatoria sähköntuotannon tuottamiseksi. Sadevesi, joka osuu maapallon pinnalle, on potentiaalista energiaa, joka on suhteessa valtameriin, johon se virtaa. Tämä energia muutetaan akselityöhön, kun vesi pudotaa huomattavan pystysuoran etäisyyden. Hydraulinen energia on siten luonnosta saatavissa uusiutuva energia, joka antaa yhtälö:
P = gρ QH
Missä, g = painovoiman kiihtyvyys = 9.81 m/s 2
ρ = veden tiheys = 1000 kg/m3
H = veden pudotuksen korkeus.
Tätä energiaa käytetään vaihtokoneen akselin pyörittämiseen, jotta se muuttuu sähköenergiaksi.
Tärkeä huomio on, että hydroelektriset voimalat ovat paljon pienempiä kapasiteetteissaan verrattuna lämpö- tai ydinvoimaloihin.

Tämän vuoksi hydrovoimalat käytetään yleensä aikatauluun lämpövoimaloiden kanssa, palvelemaan kuormituksen huippuaikoina. Ne avustavat lämpö- tai ydinvoimaloja toimimaan tehokkaasti huippuaikoina.

Hydroelektristen voimaloiden edut

• Se ei vaadi polttoainetta, vettä käytetään sähköntuotannon tuottamiseen.

• Se on siisti ja puhtaa energia.

• Rakenne on yksinkertainen, vähämpi huolto vaaditaan.

• Se auttaa vesiviljelyssä ja tulvien hallinnassa.

Hydroelektristen voimaloiden haitat

• Se vaatii suuria pääomakustannuksia damnin rakentamisen vuoksi.

• Veden saatavuus riippuu säähäolosuhteista.

• Se vaatii suuria siirtokustannuksia, koska voimala sijaitsee vuoristossa.

Sähköntuotannon tyypit

Kuten aiemmin mainittiin, sähköntuotantolasitykset