Elektrana: Šta su to? (& vrste elektrana)

Šta je elektrana?

Elektrana (poznata i kao elektrana ili elektrana za proizvodnju električne energije) je industrijska lokacija koja se koristi za masovnu proizvodnju i distribuciju električne energije. Mnoge elektrane sadrže jedan ili više generatora, mašine koje rotiraju i pretvaraju mehaničku snagu u trofaznu električnu energiju (ove mašine su poznate i kao alternator). Relativni pokret između magnetskog polja i električnog vodnika stvara električni tok.

Ove su obično smještene u predgrađima ili nekoliko kilometara daleko od gradova ili centara opterećenja, zbog njihovih potreba poput velikih površina zemljišta i vode, uz niz operativnih ograničenja poput odlaganja otpada itd.

Zbog toga mora elektrana za proizvodnju električne energije brinuti ne samo o efikasnoj proizvodnji energije, već i o njenom prijenosu. Zbog toga elektrane često idu uz transformatorske sklopove. Ovi sklopi povećavaju napon prijenosa električne energije, što omogućuje efikasniji prijenos na dužim rastojanjima.

Izvor energije koji se koristi za pokretanje vratila generatora varira značajno i uglavnom zavisi od vrste goriva koje se koristi. Izbor goriva određuje ono što zovemo elektranom, i tako su različite vrste elektrana klasificirane.

Vrste elektrana

Različite vrste elektrana su klasifikirane u zavisnosti od vrste koriscenog goriva. Za masovnu proizvodnju električne energije, termalne, nuklearne i hidroelektrane su najefikasnije. Elektrana za proizvodnju može biti široko klasifikirana u tri gore navedene vrste. Pogledajmo detaljnije ove vrste elektrana.

Termalna elektrana

Termalna elektrana ili elektrana na ugljen ima do sada najkonvencionalniji metod proizvodnje električne energije sa rezonabilno visokom efikasnošću. Koristi ugljen kao primarno gorivo da bi zagrijala dostupnu vodu do superzagrijane pare za pokretanje parne turbine.

Parne turbine su tada mehanički spojene sa rotorom alternatora, čija rotacija rezultira generisanjem električne energije. Općenito u Indiji, koriste se bituminozni ugljen ili braun ugljen kao gorivo kotla, sa volatilem sadržajem od 8 do 33% i popelinskim sadržajem od 5 do 16%. Da bi se unapredila termalna efikasnost elektrane, ugljen se koristi u kotlu u mletenom obliku.

U termalnoj elektrani na ugljen, para se dobija pod veoma visokim pritiskom unutar parnog kotla putem sagorevanja mletenog ugljena. Ova para se zatim superzagrijava u superzagrijivaču do ekstremno visoke temperature. Ova superzagrijena para se zatim dopušta da uđe u turbinu, gde su lepele turbine pokrenute pritiskom pare.

Turbina je mehanički spojena sa alternatorom na način da će se rotor rotirati sa rotacijom lepela turbine. Nakon ulaska u turbinu, pritisak pare se iznenada smanjuje, što dovodi do odgovarajućeg porasta zapremine pare.

Nakon što je prenesena energija u rotor turbine, para se propušta iz lepela turbine u kondenzator pare. U kondenzatoru, hladna voda na okolinu temperaturu cirkulira pomoću pumpa, što dovodi do kondenzacije niskopritisne mokre pare.

Zatim se ova kondenzirana voda dalje isporučuje u zagrijivač niskog pritiska, gde niskopritiski par povišava temperaturu ove vode, a zatim se opet zagrijava pod visokim pritiskom. To su osnovni radni principi termalne elektrane.

Prednosti termalnih elektrana

• Korišćeno gorivo, ugljen, je prilično jeftino.

• Početni troškovi su manji u usporedbi sa drugim elektranama.

• Zahteva manje prostora u usporedbi sa hidroelektranama.

Nedostaci termalnih elektrana

• Zagađuje atmosferu zbog proizvodnje dima i dimnih plinova.

• Troškovi rada elektrane su veći od hidroelektrane.

Nuklearna elektrana

Nuklearne elektrane su slične termalnim elektranama na više načina. Međutim, izuzetak je taj što se radioaktivni elementi poput uranijuma i torijuma koriste kao primarno gorivo umjesto ugljena. Takođe, u nuklearnoj elektrani, peć i kotao su zamijenjeni nuklearnim reaktorom i cijevima za razmenu toplote.

Za proces proizvodnje nuklearne energije, radioaktivna goriva podvrgavaju se fizijskom reakciju unutar nuklearnih reaktora. Fizijska reakcija, širi se kao kontrolisana lančana reakcija i prati se neprekidnim iznosom energije, koja se manifestuje u formi toplote.

Ova toplota se zatim prenosi na vodu prisutnu u cijevima za razmenu toplote. Kao rezultat, proizvedena je superzagrijana para na veoma visoku temperaturu. Nakon što je proces formiranja pare završen, ostatak procesa je tačno isti kao u termalnoj elektrani, jer će ova para dalje pokretati lepele turbine kako bi se generisala električna energija.

Hidroelektrana

U hidroelektranama, energija padajuće vode se koristi za pokretanje turbine, koja zatim pokreće generator kako bi proizvela električnu energiju. Kiša koja pada na površinu Zemlje ima potencijalnu energiju u odnosu na okeane prema kojima teče. Ova energija se pretvara u radni put gdje voda pada kroz značajan vertikalni pad. Hidraulička snaga je, stoga, prirodno dostupna obnovljiva energija data jednačinom:
P = gρ QH
Gdje, g = ubrzanje zbog gravitacije = 9.81 m/s²
ρ = gustoća vode = 1000 kg/m³
H = visina pada vode.
Ova snaga se koristi za rotiranje vratila alternatora, kako bi se pretvorila u ekvivalentnu električnu energiju.
Bitno je napomenuti da hidroelektrane imaju znatno niže kapacitete u usporedbi sa svojim termalnim ili nuklearnim protivnicima.

Zbog toga, hidroelektrane se obično koriste u rasporedu sa termalnim elektranama, kako bi poslužile opterećenje tijekom vrhunskih sati. Oni na neki način pomazuju termalnim ili nuklearnim elektranama da efikasno dostave energiju tijekom vrhunskih sati.

Prednosti hidroelektrana

• Ne zahteva gorivo, voda se koristi za proizvodnju električne energije.

• Jest čista i čista proizvodnja energije.

• Konstrukcija je jednostavna, zahteva manje održavanje.

• Pomaže u navodnjavanju i kontroli poplava.

Nedostaci hidroelektrana

• Podrazumeva visoke početne troškove zbog građenja prepreke.

• Dostupnost vode zavisi od vremenskih prilika.

• Zahteva visoke troškove prijenosa, jer se elektrana nalazi u planinskim područjima.

Vrste proizvodnje energije

Kao što je navedeno gore, u zavisnosti od vrste koriscenog goriva, elektrane za proizvodnju kao i vrste proizvodnje energije su klasifikirane. Stoga, tri glavne klasifikacije za proizvodnju energije u rezonabilno velikom obimu su:

1. Termalna proizvodnja energije

2. Nuklearna proizvodnja energije

3. Hidroelektrična proizvodnja energije