Krachtcentrale: Wat zijn dat? (& de soorten krachtcentrales)

Wat is een energiecentrale?

Een energiecentrale (ook bekend als een krachtcentrale of elektriciteitscentrale), is een industriële locatie die wordt gebruikt voor de productie en distributie van elektrische energie op grote schaal. Veel energiecentrales bevatten één of meerdere generatoren, een draaiende machine die mechanische energie omzet in driefase-elektrische energie (deze worden ook wel alternators genoemd). De relatieve beweging tussen een magnetisch veld en een elektrische geleider creëert een elektrische stroom.

Deze zijn meestal gevestigd in de voorsteden of enkele kilometers verwijderd van de steden of belastingscentra, vanwege vereisten zoals veel grond en water, samen met verschillende operationele beperkingen zoals afvalverwerking, enz.

Daarom moet een elektriciteitscentrale zich niet alleen bezighouden met de efficiënte productie van energie, maar ook met de transmissie van deze energie. Daarom worden energiecentrales vaak vergezeld door transformatorovergangsplaatsen. Deze overgangsplaatsen verhogen het transmissiespanning van de energie, wat het mogelijk maakt om deze efficiënter over lange afstanden te transporteren.

De energiebron die wordt gebruikt om de generatoras te laten draaien, varieert sterk en is voornamelijk afhankelijk van het type brandstof dat wordt gebruikt. De keuze van brandstof bepaalt hoe we de energiecentrale noemen, en zo worden de verschillende soorten energiecentrales geclassificeerd.

Soorten Energiecentrales

De verschillende soorten energiecentrales worden geclassificeerd op basis van het gebruikte brandstoftype. Voor massale energieproductie zijn thermische, nucleaire en waterkracht de meest efficiënte. Een elektriciteitscentrale kan in grote lijnen worden ingedeeld in de bovenstaande drie types. Laten we deze types energiecentrales nader bekijken.

Thermische Energiecentrale

Een thermische energiecentrale of een kolenbrandende thermische energiecentrale is tot nu toe de meest conventionele methode om elektrische energie te produceren met redelijk hoge efficiëntie. Het gebruikt kolen als primaire brandstof om beschikbaar water te koken tot superverhit stoom om de stoomturbine aan te drijven.

De stoomturbine wordt dan mechanisch gekoppeld aan een alternatorrotor, waarvan de rotatie resulteert in de productie van elektrische energie. In India worden meestal bitumineuze kolen of bruinkool gebruikt als brandstof voor de ketel, met een vluchtige inhoud variërend van 8 tot 33% en asinhoud van 5 tot 16%. Om de thermische efficiëntie van de installatie te verhogen, wordt de kolen in de ketel in gepulveriseerde vorm gebruikt.

In een kolenbrandende thermische energiecentrale wordt stoom onder zeer hoge druk verkregen in de stoomketel door de gepulveriseerde kolen te verbranden. Deze stoom wordt vervolgens in de superheater tot extreem hoge temperatuur gesuperhit. Deze gesuperhitte stoom wordt dan toegelaten in de turbine, waardoor de turbinebladen door de druk van de stoom worden gedraaid.

De turbine is mechanisch gekoppeld aan de alternator op een manier dat de rotor ervan zal draaien met de rotatie van de turbinebladen. Na het binnengaan in de turbine, valt de stoomdruk plotseling, wat leidt tot een overeenkomstige toename in het stoomvolume.

Na het overbrengen van energie naar de turbine-rotors, wordt de stoom door de turbinebladen geleid naar de stoomcondensator van de turbine. In de condensator wordt koel water op ambiantetemperatuur met behulp van een pomp rondgeleid, wat leidt tot de condensatie van de lage-druk natte stoom.

Vervolgens wordt dit gecondenseerde water verder aangeboden aan de laagdruk waterverwarmer, waar de laagdruk stoom de temperatuur van dit voedingswater verhoogt, het wordt opnieuw verhit onder hoge druk. Dit geeft de basiswerkingsmethode van een thermische energiecentrale weer.

Voordelen van Thermische Energiecentrales

• Gebruikte brandstof, namelijk kolen, is vrij goedkoop.

• De initiële kosten zijn minder in vergelijking met andere opwekkingsstations.

• Het vereist minder ruimte in vergelijking met waterkrachtelectriciteitscentrales.

Nadelen van Thermische Energiecentrales

• Het verontreinigt de atmosfeer door de productie van rook en dampen.

• De exploitatiekosten van de centrale zijn hoger dan die van een waterkrachtcentrale.

Kernenergiecentrale

Kernenergiecentrales lijken in meer opzichten op thermische centrales. Het verschil is echter dat radioactieve elementen zoals uranium en thorium worden gebruikt als primaire brandstof in plaats van kolen. Bovendien worden in een kerncentrale de oven en de ketel vervangen door de kernreactor en de warmtewisselbuizen.

Voor het proces van kernenergieopwekking ondergaan de radioactieve brandstoffen een fisie-reactie binnen de kernreactoren. De fisie-reactie verspreidt zich als een gecontroleerde kettingreactie en gaat gepaard met een ongekende hoeveelheid geproduceerde energie, die zichtbaar is in de vorm van warmte.

Deze warmte wordt vervolgens overgebracht naar het water in de warmtewisselbuizen. Als resultaat hiervan wordt superverhit stoom op zeer hoge temperatuur geproduceerd. Zodra het proces van stoomvorming is voltooid, is het resterende proces precies hetzelfde als in een thermische energiecentrale, omdat dit stoom de turbinebladen zal aandrijven om elektriciteit op te wekken.

Waterkrachtelectriciteitscentrale

In waterkrachtelectriciteitscentrales wordt de energie van vallend water gebruikt om de turbine aan te drijven, die op zijn beurt de generator aandrijft om elektriciteit op te wekken. Regen die op de aardoppervlakte valt, heeft potentiële energie ten opzichte van de oceanen waarnaar het stroomt. Deze energie wordt omgezet in schaftwerk wanneer het water door een aanzienlijke verticale afstand valt. De hydraulische kracht is dus een natuurlijk beschikbare hernieuwbare energie, gegeven door de formule:
P = gρ QH
Waarbij, g = valversnelling = 9,81 m/sec²
ρ = dichtheid van water = 1000 kg/m³
H = hoogte van de val van het water.
Deze kracht wordt gebruikt om de alternator-schacht te laten roteren, om het om te zetten in equivalente elektrische energie.
Een belangrijk punt om te noteren is dat de waterkrachtelectriciteitscentrales veel lager capaciteit hebben in vergelijking met hun thermische of nucleaire tegenhangers.

Daarom worden waterkrachtcentrales meestal in combinatie met thermische centrales gebruikt, om de belasting tijdens piekuren te bedienen. Ze helpen op een bepaalde manier de thermische of nucleaire centrale om tijdens piekuren efficiënt elektriciteit te leveren.

Voordelen van Waterkrachtelectriciteitscentrales

• Er is geen brandstof nodig, water wordt gebruikt voor de productie van elektrische energie.

• Het is een nette en schone energieproductie.

• De constructie is eenvoudig, er is minder onderhoud nodig.

• Het helpt bij irrigatie en overstromingsbestrijding.

Nadelen van Waterkrachtelectriciteitscentrales

• Het kost veel kapitaal vanwege de damconstructie.

• De beschikbaarheid van water hangt af van de weersomstandigheden.

• Het vereist hoge transmissiekosten, omdat de centrale in heuvelachtige gebieden is gelegen.

Soorten Energieopwekking

Zoals hierboven vermeld, worden de elektriciteitscentrales en de soorten energieopwekking geclassificeerd op basis van het gebruikte brandstoftype. Dus de 3 belangrijkste classificaties voor energieproductie op redelijk grote schaal zijn:

1. Thermische energieopwekking

2. Kernenergie