Elektrarna: Kaj so? (& vrste elektrarn)

Kaj je elektrarna?

Elektrarna (tudi znana kot elektrarna ali elektrarska postaja) je industrijsko mesto, ki se uporablja za proizvodnjo in distribucijo električne energije na veliko. Mnoge elektrarne vsebujejo enega ali več generatorjev, vrtilnih strojev, ki mehansko energijo pretvarjajo v trifazno električno energijo (te so tudi znani kot alternatorji). Relativni gibanje med magnetnim poljem in električnim vodnikom ustvari električni tok.

Ti so običajno postavljeni v predmestnih regijah ali nekaj kilometrov od mest ali centrov povpraševanja, zaradi njihovih zahtev, kot so ogromna zemljišča in voda, skupaj s številnimi operativnimi omejitvami, kot je odpadno snovanje itd.

Zato mora elektrarna ne le skrbeti za učinkovito proizvodnjo energije, ampak tudi za njen prenos. Zato so elektrarne pogosto tesno povezane s preoblikovalnimi preklapljalniki. Ti preklapljalniki povečajo napetost prenosa energije, kar omogoča učinkovitejši prenos na daljše razdalje.

Vir energije, ki se izkorišča za vrtanje valjka generatorja, se zelo razlikuje in je glavno odvisen od vrste goriva, ki se uporablja. Izbor goriva določa, kako imenujemo elektrarno, in tako so različne vrste elektrarn razvrščene.

Vrste elektrarn

Različne vrste elektrarn so razvrščene glede na vrsto uporabljanega goriva. Za namen masovne proizvodnje energije so termalne, jedrske in hidroelektrarne najučinkovitejše. Elektrarska postaja se lahko širše razdeli na tri zgoraj navedene vrste. Poglejmo si te vrste elektrarn podrobneje.

Termalna elektrarna

Termalna elektrarna ali premogovna termalna elektrarna je do zdaj najbolj konvencionalen način proizvodnje električne energije z redko visoko učinkovitostjo. Uporablja premog kot glavno gorivo za zagrevanje vode do superzagreto pare, ki pogaja parni turbin.

Parni turbin je potem mehansko povezan s rotorjem alternatorja, kateremu pri vrtenju nastane električna energija. Običajno v Indiji se za gorivo kot pečnice uporabljata bitumski premog ali rjavčasti premog, ki ima vlage v obsegu od 8 do 33 % in popel v obsegu 5 do 16 %. Za izboljšanje termalne učinkovitosti elektrarne se premog v pečnici uporablja v svojem drobljenem obliki.

V premogovni termalni elektrarni se par dobi z zelo visokim tlakom znotraj parne pečnice z zgorevanjem drobljenega premoga. Ta par se nato superzagreva v superzagrevalniku na ekstremno visoko temperaturo. Ta superzagreti par se nato dovoli, da vstopi v turbin, saj so lopatice turbine vrtene z tlakom para.

Turbin je mehansko povezan z alternatorjem tako, da bo njegov rotor vrten z vrtenjem lopatic turbine. Po vstopu v turbin se tlak para nenadoma spusti, kar vodi do ustreznega povečanja prostornine para.

Po tem, ko je para posredoval energijo rotorskim lopaticam turbine, se ta para naloži iz lopatic turbine v kondenzator para turbine. V kondenzatorju se cirkulira hladna voda pri okoljski temperaturi z pomočjo črpalk, kar vodi do kondenzacije nizega tlaka mokrega para.

Nato se ta kondenzirana voda nadaljuje v grelnik z nizegim tlakom, kjer nizegi tlak para poviša temperaturo te vode, ki se nato znova zagreva na visoki tlak. To opisuje osnovno delovanje termalne elektrarne.

Prednosti termalnih elektrarn

• Uporabljanega goriva, to je premoga, je zelo poceni.

• Začetni stroški so manjši v primerjavi z drugimi proizvodnimi postajami.

• Zahteva manj prostora v primerjavi z hidroelektrarnami.

Nedodatki termalnih elektrarn

• Zagađuje atmosfero zaradi proizvodnje dima in dimnih plinov.

• Stroški delovanja elektrarne so višji od hidroelektrarne.

Jedrska elektrarna

Jedrske elektrarne so podobne termalnim elektrarnam v več načinov. Vendar pa je izjema tu, da se radioaktivni elementi, kot sta uran in torij, uporabljata kot glavno gorivo namesto premoga. Tudi v jedrski elektrarni je pečnica in pečnica zamenjana z jedrskim reaktorjem in cevnimi menjalniki toplote.

Za proces jedrske proizvodnje energije se radioaktivna goriva podvržeta fisijski reakciji znotraj jedrskih reaktorjev. Fisijska reakcija se širi kot kontrollirana verižna reakcija in je spremljena z nepredstavljivim količinom proizvedene energije, ki se manifestira v obliki toplote.

Ta toplota se nato prenese v vodo, prisotno v cevnih menjalnikih toplote. Kako rezultat, se oblikuje superzagreti par na zelo visoki temperaturi. Ko je postopek oblikovanja para zaključen, je preostali postopek natanko enak termalni elektrarni, saj bo ta par nadaljeval z vrtjenjem lopatic turbine za generiranje elektrike.

Hidroelektrarna

V hidroelektrarnah se energija padajoče vode uporablja za pogajanje turbine, ki nato vrti generator za proizvodnjo elektrike. Dež, ki pada na površino Zemlje, ima potencialno energijo glede na oceane, proti katerim teče. Ta energija se pretvori v valjovo delo, ko voda padne skozi opazno vertikalno razdaljo. Hidraulična moč je torej naravno dostopna obnovljiva energija, dana z enačbo:
P = gρ QH
Kjer je, g = pospešek zaradi gravitacije = 9,81 m/sec 2
ρ = gostota vode = 1000 kg/m3
H = višina pada vode.
Ta moč se uporablja za vrtenje rotorja alternatorja, da jo pretvori v ekvivalentno električno energijo.
Pomembno je opozoriti, da so hidroelektrarne veliko manjše zmogljivosti v primerjavi s svojimi termalnimi ali jedrskimi sorodnicami.

Zato se hidroelektrarne običajno uporabljajo v uskladitvi s termalnimi postajami, da služijo povpraševanju med vrhunskimi urami. Na nek način pomagajo termalnim ali jedrskim elektrarnam, da učinkovito dobavljajo energijo med obdobji vrhunskega povpraševanja.

Prednosti hidroelektrarn

• Ne zahteva goriva, voda se uporablja za proizvodnjo električne energije.

• Je čista in netinka proizvodnja energije.

• Konstrukcija je preprosta, zahteva manj vzdrževanja.

• Pomaga pri navodnjavanju in nadzoru poplav.

Nedodatki hidroelektrarn

• Zahteva visoke kapitalske stroške zaradi gradnje pregrada.

• Dostopnost vode je odvisna od vremenskih pogojev.

• Zahteva visoke stroške prenosa, ker je postaja postavljena v hriščih.

Vrste proizvodnje energije

Kot je omenjeno zgoraj, so glede na vrsto uporabljanega goriva elektrarne in vrste proizvodnje energije razvrščene. Zato so 3 glavne razvrstitve za proizvodnjo energije v zelo velikem obsegu:

1. Termalna proizvodnja energije

2. Jedrska proiz