Erőmű: Miben áll az eszményük? (& az erőmű típusai)

Mi az egy erőmű?

Egy erőmű (más néven erőművészeti település vagy erőművészeti állomás) egy ipari helyszín, amelyet nagy léptékű elektromos energia előállítására és elosztására használnak. Sok erőműben található egy vagy több generátor, egy forgó gép, ami mechanikai energiát átalakít háromfázisú elektromos energiává (ezeket alternátornak is nevezik). A mágneses mező és az elektromos vezeték relatív mozgása elektrikus áramot hoz létre.

Általában a városi területek vagy a terhelési központok több kilométernyire vannak elhelyezve, mivel hatalmas területet és vízfelhasználást igényel, valamint számos operatív korlátozás mellett, mint például a hulladékkezelés, stb.

Ezért egy erőművészeti állomásnak nem csak az energia hatékony előállításával, hanem annak továbbításával is foglalkoznia kell. Ezért az erőműveket gyakran transzformátor-átkapcsolók körül helyezik el. Ezek az átkapcsolók növelik az áram feszültségét, ami lehetővé teszi a hatékonyabb továbbítást hosszú távon.

A generátortengelyt forgató energiaforrás jelentősen változik, és főleg a használt üzemanyag típusától függ. Az üzemanyag választása diktálja, hogy mit nevezzünk erőműnek, és így osztályozzuk a különböző típusú erőműveket.

Erőművek típusai

Az erőművek különböző típusai az üzemanyag típusán alapulóan vannak osztályozva. A nagy léptékű energia-termelés céljából a hőerőmű, a nukleáris és a vízerőmű a leghatékonyabbak. Egy erőművészeti állomást általánosságban ez a három fő típusba sorolhatunk. Nézzük meg részletesen ezeket az erőmű típusokat.

Hőerőmű

A hőerőmű vagy a szénalapú hőerőmű eddig is a leggyakrabban alkalmazott módszer volt a viszonylag magas hatékonyságú elektromos energia előállítására. Fő üzemanyagként szént használ a forró vizet gőzbe varázsolva, amely meghajtja a gőzturbót.

A gőzturbó mechanikusan csatlakoztatva van egy alternátor rotorhoz, amelynek a forgása elektromos energiát termel. Általában Indiában bituminös szént vagy barna szént használnak a kazán üzemanyagaként, amelynek volatil tartalma 8-33% között, és hamutartalma 5-16% között van. Az erőmű hatékonyságának növelése érdekében a szént porformában használják a kazánban.

A szénalapú hőerőműben a gőzt nagyon magas nyomásban készítik a gőzkazánban a porformában lévő szén égésével. Ez a gőz majd a szupersütőben extrém magas hőmérsékletre hősíti fel. Ez a szupersütött gőz beengedik a turbóba, ahol a gőz nyomása forgatja a turbó lemezeit.

A turbó mechanikusan csatlakoztatva van az alternátorhoz úgy, hogy a rotor forgása a turbó lemezek forgásaival együtt zajlik. A turbóba belépés után a gőz nyomása hirtelen csökken, ami a gőz térfogatának megfelelő növekedéséhez vezet.

Az energia átadása a turbó rotorkorut követően a gőzt a turbó lemezein keresztül a turbó gőzkondenzátora végigviszik. A kondenzátorban környezeti hőmérsékletű víz cirkulál a pompa segítségével, ami a nyomás alacsony, nedves gőz kondenzálódását eredményezi.

Ezután a kondenzált víz további fokozatban a nyomás alacsony vízmelegítőbe kerül, ahol a nyomás alacsony gőz megnöveli a hőmérsékletét, majd újra melegítik magas nyomásban. Ez adja alapvetően a hőerőmű működési módszerét.

Hőerőművek előnyei

• A használt üzemanyag, a szén, jellemzően olcsó.

• Kezdeti költsége kevesebb, mint más termelőállomásoknál.

• Kevesebb területet igényel, mint a hidroelektromos erőművek.

Hőerőművek hátrányai

• Szennyezi a légkört, füst és gőz kibocsátása miatt.

• Az erőmű működtetési költsége magasabb, mint a hidroelektromos erőműnél.

Nukleáris erőmű

A nukleáris erőművek sok tekintetben hasonlóak a hőerőművekhez. Azonban itt a szén helyett radioaktív elemek, mint például az urán és a thorium, használódnak elsődleges üzemanyagként. A nukleáris erőműben a kazán és a forralók cseréje a nukleáris reaktor és a hőcserélő csövek.

A nukleáris energia előállításához a radioaktív üzemanyagokat szétbomlás-reakcióba hozzák a nukleáris reaktorokban. A szétbomlás-reakció, amely kontrollált láncreakció formájában zajlik, hatalmas mennyiségű energiát termel, amely hő alakul ki.

Ez a hő átadódik a hőcserélő csövekben lévő víznek, ami eredményeként rendkívül magas hőmérsékletű gőz jön létre. A gőz képződése után a folyamat pontosan ugyanolyan, mint egy hőerőműben, ahol a gőz továbbforgatja a turbó lemezeit, és elektromos energiát termel.

Vízerőmű

A vízerőművekben a leeső víz energiáját használják a turbó meghajtására, amely fordítva az alternátort, és elektromos energiát termel. A föld felületére eső eső potenciális energiával bír a tenger felé, ahova folyik. Ez az energia átalakul tengelymunkává, ahol a víz jelentős vertikális távolságon esik. A hidráulikus energia tehát természetesen elérhető megújuló energia, amit a következő egyenlet ad:

P = gρ QH
Ahol, g = gravitációs gyorsulás = 9.81 m/sec²
ρ = víz sűrűsége = 1000 kg/m³
H = a víz esési magassága.
Ez az energia felhasználásra kerül az alternátor tengelyének forgatására, hogy elektromos energiává alakuljon.
Fontos megjegyezni, hogy a vízerőművek jellemzően sokkal kisebb kapacitásúak, mint a hőerőművek vagy a nukleáris erőművek.

Ezért a vízerőműveket általában a hőerőművekkel együtt ütemezik, hogy a csúcsterhelési időszakokban szolgáljanak. Így segítik a hőerőműveket vagy a nukleáris erőműveket, hogy hatékonyan szolgáljanak a csúcsterhelési időszakokban.

Vízerőművek előnyei

• Üzemanyag nélküli, a víz elektromos energia előállítására használható.

• Tiszta és tiszta energia előállítás.

• Egyszerű építés, kevesebb karbantartás szükséges.

• Segít az öntözésben és a tóvedés elleni védelemben is.

Vízerőművek hátrányai

• Magas kezdeti költségek a tóépítés miatt.

• A víz rendelkezésre állása az időjárási feltételektől függ.

• Magas továbbítási költségek, mivel az erőmű hegyvidéki területeken található.