Toplinsko generiranje elektricne energije
Definicija toplinske elektrarne
Toplinska elektrarna je definirana kot območje, ki proizvaja električno energijo z uporabo toplote, predvsem iz zgorevanja premoga, za proizvodnjo para, ki pogaja turbine.
Teorija toplinske elektrarne
Teorija toplinskih elektrarn je preprosta. Te elektrarne uporabljajo parne turbine, povezane z alternatorji, za proizvodnjo električne energije. Par se proizvede v visokotlačnih kotelih.
Splošno v Indiji se za gorivo v kotlu uporablja bituminski premog, brunci premog in torf. Bituminski premog, ki se uporablja kot gorivo, ima letalne snovi od 8 do 33 % in popoljub od 5 do 16 %. Za povečanje termalne učinkovitosti se premog v kotlu uporablja v prahu.
V toplinski elektrarni na osnovi premoga se par proizvede pod visokim tlakom v parnem kotlu zaradi zgorevanja goriva (prahastega premoga) v peči. Ta par se nato dodatno segreva v supersegrevalki.
Ta supersegreli par nato vstopi v turbinu in vrte lopatice turbine. Turbina je mehansko tako povezana s s sinhronnim generatorjem, da bo njegov rotor vrten s vrtenjem lopatic turbine.
Ko par vstopi v turbinu, hitro pada njegov tlak, kar povzroči povečanje prostornine para. Po oddaji energije rotorju turbine par preide skozi lopatice turbine v kondenzator. V kondenzatorju se hladna voda cirkulira z pomočjo črpalk, ki kondenzira nizkotlačni mokri par.
Ta kondenzirana voda se nato še naprej zagotavlja v nizkotlačni vodni segrevalki, kjer nizkotlačni par poveča temperaturo te vode; ta se nato ponovno segreva pod visokim tlakom. Da bi bolje razumeli, razdelimo korake, kako deluje toplinska elektrarna:
Najprej se prahast premog zgore v peči parnega kotle.
V kotlu se proizvede par pod visokim tlakom.
Ta par se nato prevede skozi supersegrevalko, kjer se dodatno segreva.
Ta supersegreli par se nato vstopi v turbinu z visoko hitrostjo.
V turbinu ta par prisili vrtenje lopatic turbine, kar pomeni, da se tukaj shranjena potencialna energija para pod visokim tlakom pretvori v mehansko energijo.
Skenirani diagram elektrarne
Po vrtenju lopatic turbine, ko je par izgubil svoj visoki tlak, preide skozi lopatice turbine in vstopi v kondenzator. V kondenzatorju se hladna voda cirkulira z pomočjo črpalk, ki kondenzira nizkotlačni mokri par.
Ta kondenzirana voda se nato še naprej zagotavlja v nizkotlačni vodni segrevalki, kjer nizkotlačni par poveča temperaturo te vode; ta se nato ponovno segreva v visokotlačni segrevalki, kjer se visoki tlak para uporablja za segrevanje. Turbina v toplinski elektrarni deluje kot glavni pogon sinhronnega generatorja.
Pregled toplinske elektrarne
Typična toplinska elektrarna deluje po ciklu, ki je prikazan spodaj.
Delovno tekočino predstavljata voda in par. To se imenuje vodni in parni cikel. Idealni termodinamski cikel, ki ga najbolje opisuje delovanje toplinske elektrarne, je Rankinov cikel.
V parnem kotlu se voda segreva z zgorevanjem goriva v zraku v peči, funkcija kotle pa je zagotavljanje suhega supersegrelega para na zahtevano temperaturo. Proizveden par se uporablja za pogajanje parnih turbine.
Ta turbina je povezana s sinhronnim generatorjem (običajno tri-faznim sinhronnim alternatorjem), ki proizvaja električno energijo.
Izhodni par iz turbine se dovoli kondenzirati v vodo v parnem kondenzatorju turbine, kar ustvari sučnost pri zelo nizkem tlaku in omogoča širjenje para v turbine do zelo nizkega tlaka.
Glavni prednosti kondenzacijskega postopka so povečana količina energije, ki se izvleče na kilogram para, s tem se poveča učinkovitost, in kondenzat, ki se spet zagotavlja v kotlu, zmanjša količino svežega vhodnega voda.
Kondenzat skupaj s nekaj svežega dopolnilnega vhodnega voda se nato spet zagotavlja v kotlu s črpalnikom (imenovan kot črpalnik za vodni kotel).
V kondenzatorju se par kondenzira z hladno vodo. Hladna voda se reciklira skozi hladilno stolpo. To tvori cikel hladilne vode.
Okoljski zrak se dovoli vstopiti v kotel po odstranitvi prahu. Tudi dimne plini izhajajo iz kotle in se izpuščajo v atmosfero skozi komine. To tvori cikle zraka in dimnih plinov.
Tlak zraka znotraj parnega kotle (imenovan vzdušje) se ohranja z dvema ventilatorjema, imenovana prisilno vzdušje (FD) in inducirano vzdušje (ID). Celoten načrt tipične toplinske elektrarne skupaj s različnimi cikli je prikazan spodaj.
Znotraj kotle obstaja več toplotnih menjalnikov, na primer ekonomizer, evaporator (ki ni prikazan na zgornji sliki, temveč predstavlja vodne cevi, torej sistem padajočih in vzpenjajočih cevi), supersegrevalka (občasno tudi resegrevalka, zračni predsegrevalka so tudi prisotni).
V ekonomizerju se vhodna voda segreva do velike mere z ostalo toploto dimnih plinov. Kotelski bokon nastavlja hlavno za naravno cirkulacijo dvofaznega mešanika (par + voda) skozi vodne cevi. Obstaja tudi supersegrevalka, ki pritegne toplotno energijo iz dimnih plinov in poveča temperaturo para glede na potrebo.
Učinkovitost toplinske elektrarne ali elektrarne
Celotna učinkovitost parne elektrarne je določena kot razmerje med toplotno enakovrednostjo električnega izhoda in toploto zgorevanja premoga. Celotna učinkovitost toplinske elektrarne ali elektrarne se spreminja od 20 do 26 % in odvisna je od zmogljivosti elektrarne.
Prednosti toplinske elektrarne
Prednosti toplinske elektrarne vključujejo:
Gospodarsko za nizko začetno ceno glede na katero koli drugo elektrarno.
Potrebno manj prostora kot hidroelektrarna.
Ker je premog glavno gorivo in njegova cena je zelo lacna v primerjavi z benzinom/dizelom, je strošek proizvodnje gospodarski.
Održavanje je lažje.
Toplinne elektrarne lahko namestimo na katerem koli lokaciji, kjer je na voljo prevoz in velika količina vode.
Nedodatki toplinske elektrarne
Nedodatki toplinske elektrarne vključujejo:
Cena delovanja toplinske elektrarne je primerjalno visoka zaradi goriva, održavanja itd.
Velika količina dima povzroča onesnaževanje zraka. Toplinske elektrarne so odgovorne za globalno segrevanje.
Segreča voda, ki izhaja iz toplinskih elektrarn, ima negativen učinek na vodne živali in moti ekologijo.
Celotna učinkovitost toplinske elektrarne je nizka, na primer manj kot 30%.
