Elektrownia: Co to jest? (& rodzaje elektrowni)

Co to jest elektrownia?

Elektrownia (znana również jako elektrownia lub stacja generująca energię), to lokalizacja przemysłowa wykorzystywana do masowej produkcji i dystrybucji energii elektrycznej. Wiele elektrowni zawiera jeden lub więcej generatorów, maszyn obrotowych, które przekształcają energię mechaniczną w trójfazową energię elektryczną (są one również znane jako alternatory). Ruch względny między polem magnetycznym a przewodnikiem elektrycznym tworzy prąd elektryczny.

Zazwyczaj są one zlokalizowane w rejonach podmiejskich lub kilka kilometrów od miast lub centrów zużycia, ze względu na wymagania takie jak duża powierzchnia ziemi i zapotrzebowanie na wodę, a także wiele ograniczeń operacyjnych, takich jak usuwanie odpadów itp.

Dlatego elektrownia musi nie tylko skupiać się na efektywnej produkcji energii, ale również na jej transmisji. Dlatego elektrownie często są towarzyszone przez rozjazdy transformatorowe. Te rozjazdy zwiększają napięcie transmisji energii, co pozwala na bardziej efektywną transmisję na duże odległości.

Źródło energii wykorzystywane do napędzenia wału generatora różni się szeroko i zależy głównie od rodzaju paliwa używanego. Wybór paliwa decyduje o tym, co nazywamy elektrownią, i w ten sposób klasyfikowane są różne typy elektrowni.

Rodzaje elektrowni

Różne typy elektrowni są klasyfikowane w zależności od rodzaju paliwa używanego. W celu masowej produkcji energii najbardziej efektywne są elektrownie termiczne, jądrowe i wodne. Elektrownia może być szeroko podzielona na trzy wspomniane typy. Spójrzmy na te typy elektrowni szczegółowo.

Elektrownia termiczna

Elektrownia termiczna lub elektrownia węglowa jest dotychczas najkonwencjonalniejszym sposobem generowania energii elektrycznej z rozsądnie wysoką efektywnością. Używa węgla jako głównego paliwa do zagotowywania dostępnej wody do nadgorącego pary, która napędza turbinę parową.

Turbinę parową mechanicznie sprzęga się z rotorem alternatora, a jej obrót prowadzi do generowania energii elektrycznej. Ogólnie w Indiach używa się węgla bitumicznego lub brunatnego jako paliwa dla kotła, który ma zawartość lotnych składników od 8 do 33% i popioł 5 do 16%. Aby zwiększyć efektywność termiczną elektrowni, węgiel jest używany w kotle w formie miazgi.

W elektrowni węglowej para jest uzyskiwana pod bardzo wysokim ciśnieniem wewnątrz kotła parowego poprzez spalanie miazgi węglowej. Ta para jest następnie nagrzana do ekstremalnie wysokiej temperatury w supergrzewarce. Następnie ta nadgorąca para wprowadzana jest do turbiny, gdzie łopatki turbiny obracają się pod wpływem ciśnienia pary.

Turbinę mechanicznie sprzęga się z alternatorem w taki sposób, że jego rotor będzie się obracał razem z łopatkami turbiny. Po wejściu do turbiny ciśnienie pary gwałtownie spada, co prowadzi do odpowiedniego wzrostu objętości pary.

Po przekazaniu energii do rotorów turbiny, para jest przepuszczana przez łopatki turbiny do kondensatora pary turbiny. W kondensatorze woda o temperaturze otoczenia jest cyrkulowana za pomocą pompy, co prowadzi do skraplania niskociśnieniowej pary mokrej.

Następnie ta skondensowana woda jest dalej podawana do grzejnika wody niskociśnieniowego, gdzie niskociśnieniowa para zwiększa temperaturę tej wody, a następnie jest ponownie grzana pod wysokim ciśnieniem. To stanowi podstawową metodę działania elektrowni termicznej.

Zalety elektrowni termicznych

• Używane paliwo, czyli węgiel, jest stosunkowo tanie.

• Koszt początkowy jest niższy w porównaniu do innych elektrowni.

• Wymaga mniej miejsca w porównaniu do elektrowni wodnych.

Wady elektrowni termicznych

• Zanieczyszcza atmosferę z powodu emisji dymu i oparów.

• Koszt eksploatacji elektrowni jest wyższy niż w przypadku elektrowni wodnych.

Elektrownia jądrowa

Elektrownie jądrowe są pod wieloma względami podobne do elektrowni termicznych. Jednakże, wyjątkiem tutaj jest to, że jako główne paliwo wykorzystuje się radioaktywne elementy, takie jak uran i tor, zamiast węgla. Ponadto w elektrowni jądrowej piec i kotłownia są zastępowane reaktorem jądrowym i rurami wymiennika ciepła.

W procesie generacji energii jądrowej, radioaktywne paliwa ulegają reakcji rozszczepienia wewnątrz reaktorów jądrowych. Reakcja rozszczepienia propaguje się jak kontrolowany łańcuchowy reakcji, towarzyszącemu niezwykłej ilości wydzielanej energii, która manifestuje się w postaci ciepła.

To ciepło jest następnie przekazywane do wody znajdującej się w rurach wymiennika ciepła. W rezultacie powstaje nadgorąca para o bardzo wysokiej temperaturze. Gdy proces formowania pary jest zakończony, reszta procesu jest dokładnie taka sama jak w elektrowni termicznej, ponieważ ta para dalej napędza łopatki turbiny, aby wygenerować energię elektryczną.

Elektrownia wodna

W elektrowniach wodnych energia spadającej wody jest wykorzystywana do napędzania turbiny, która z kolei obraca generator, aby wyprodukować energię elektryczną. Deszcz spadający na powierzchnię Ziemi ma potencjalną energię względną do oceanów, w kierunku których płynie. Ta energia jest przekształcana w pracę szprychową, gdy woda spada na znaczne pionowe odległości. Energię hydrauliczną można więc określić jako naturalnie dostępny, odnawialny źródło energii danym równaniem:
P = gρ QH
Gdzie, g = przyspieszenie ziemskie = 9,81 m/s2
ρ = gęstość wody = 1000 kg/m3
H = wysokość spadu wody.
Ta moc jest wykorzystywana do obrotu wału alternatora, aby przekonwertować go na równoważną energię elektryczną.
Ważnym punktem do zauważenia jest to, że elektrownie wodne mają znacznie mniejszą moc w porównaniu do ich termicznych lub jądrowych odpowiedników.

Dlatego elektrownie wodne są ogólnie używane w harmonogramie z elektrowniami termicznymi, aby obsługiwać obciążenie podczas godzin szczytu. W pewnym sensie wspomagają one elektrownie termiczne lub jądrowe, umożliwiając im efektywne dostarczanie energii podczas okresów szczytowych.

Zalety elektrowni wodnych

• Nie wymaga paliwa, woda jest używana do generowania energii elektrycznej.

• Jest czystym i schludnym generowaniem energii.

• Konstrukcja jest prosta, wymaga mniej utrzymania.

• Pomaga w nawadnianiu i kontroli powodzi.

Wady elektrowni wodnych

• Wymaga wysokich kosztów kapitałowych związanych z budową zapory.

• Dostępność wody zależy od warunków pogodowych.

• Wymaga wysokich kosztów transmisji, ponieważ elektrownia znajduje się w terenach górskich.

Typy generowania energii

Jak wspomniano powyżej, w zależności od rodzaju paliwa, elektrownie oraz typy generowania energii są klasyfikowane. Zatem trzy główne klasyfikacje dla produkcji energii w rozsądnym skali to:

1. Generowanie energii termicznej

2. Generowanie energii jądrowej

3. Generowanie energii wodnej