Termoelektrana

Parni kotao

Para se dobija zagrijavanjem vode u parnom kotlu. Kotao se, kao ključna komponenta termolelektrane, sastoji od velikog broja cijevi kroz koje protiče voda za napajanje. Pored toga tu je ložište, gorionik, pumpa za protok, kao i postrojenja za deionizaciju vode. Kod klasičnih termoelelektrana koje troše ugalj vlada visok pritisak do 285 bara i visoka temperatura od 600 °C, dok su kod nuklearki ove vrijednosti znatno niže. Velike termoelektrane imaju protok od nekoliko hiljada tona pare na sat. Postoje i tipovi termoelektrana bez parnog kotla. Solarne elektrane primjera radi, posebno ukoliko imaju primarni tok s vrućim uljem, dobijaju paru direktno iz parabolnih kolektora koje zagrijava Sunce.^[2]

Parna turbina

Parna turbina pogoni generator pomoću pare visokog pritiska. Spojeni su direktno transmisije te se okreću istim brojem obrtaja. Turbina ima nekoliko komora niskog, srednjeg i visokog pritiska. Para se grije u parnom kotlu nakon što prođe tok predgrijavanja. Koristi se nezasićena a u izuzetnim slučajevima i zasićena para. Turbine s zasićenom parom koriste se kod nuklearnih elektrana.^[3]

Generator

Električni generator, koristeći dinamoelektrični princip, proizvodi elekričnu energiju. Obično se, a prije svega kod velikih elektrana, koriste sinkroni ^[4] generatori. Proizvodi se pretežno trofazna struja. Pored toga postoje i jednofazni kao i generatori istosmjerne struje. Sastoje se od rotora i statora. Kroz stator teče istosmjerna struja prilikom čega nastaje magnetno polje. Većina generatora, zbog toga, zahtijeva vanjski izvor energije.^[5]

Rashladni toranj

Nakon što se para iskoristi u parnoj turbini i razhladi u kondenzatoru, topla voda (kondenzat) prolazi kroz razhladni toranj. Tu se posredstvom energije isparavanja i efektom kamina toplota oslobađa u okolinu. Zbog niskog toplotnog kapaciteta vazduha, toranj posjeduje brojne cijevi rebrastog oblika (radijator) kroz koje teče topla voda. Pretežno se koriste tornjevi s vodenim tokom. Neke termoelektrane u neposrednoj blizini mora, jezera, rijeka itd. nemaju razhladnog tornja. U predjelima koji oskudijevaju vodom, koriste se tornjevi s vazdušnom strujom koje pokreću jaki ventilatori, potrošnja energije iznosi oko 1-3% električne snage elektrane. Moguća je i kombinacija raznih vrsta hlađenja. U novije vrijeme razhladni tornjevi se koriste kao dimnjaci za ispusne plinove.^[6]

Zaštita okoline

Termoelektrana na ugalj, imaju najveće emisije otpadnih gasova i prašine. Podizanjem temperature na 1350 C, u postrojenjima koja katalitičnim (SCR) i nekataličnim (SNCR) reakcijama, smanjuje se količina nitro-oksida. Posebna elektrostatični-filteri odvajaju prašinu iz gasa. Dodavanje krečnjaka do hemijske reakcije koja odvaja sumpor, istovremeno ovo postrojenje proizvodi gips. Otpadna toplota prolazi kroz regeneratore koji zagrijavaju vodu za napajanje, što dovodi do uštede energije.^[7]

Vrste izvora energije:

• Ugalj, mrki ugalj, lignit
• Lož-ulje
• Zemni gas
• Uran
• Sunce (Solarna elektrana)
• Geotermalna energija

Termoelektrane na ugalj

Klasične termoelektrane se pogone na ugalj (mrki, kameni, lignit), tipična električna snaga se kreće 100-1000 MW. Pokrivaju osnovnu i srednju potrošnju. Njihov korisni stepen se kreće oko 35-45%. Uz to se treba dodati da dobijanje mrkog uglja iziskuje znatnu količinu energije a ima i slabiju kaloričnu vrijednost od kamenog. Kod modernih postrojenja postoje mlinovi koji omogućavaju korištenje ugljene prašine kao gorivo. Noviji koncepti koriste termolektrane-toplane (TE-TO).^[8]

Gasne elektrane

Gasne elektrane pogone se na lož-ulje ili zemni gas. Pored toga mogu se koristiti i: koksni gas iz visokih peći, otpadni gas iz deponija itd. Za oko 3-4 minute rade punom snagon zbog čega se i koriste u doba dana kad je najveća potrošnja energije.^[1] Uglavnom se koriste za regulisanje tokom naglih promjena u potrošnji. Korisni stepen iznosi oko 40%, efikasnost se može znatno povisiti ako se koriste kao TE-TO.^[9]

Kombinovane gasno-parne-elektrane (CCPP)

U novije vrijeme (od 2010.) koriste se kombinovane elektrane (en. Combined Cycle Power Plant, CCPP) koje za pogon koriste gas i paru. Zemni gas, koji gori na 800 °C, pogoni gasne turbine koje pokreću električne generatore. Budući da toplota izduvnih gasova iznosi 500 °C zagrijava se parni kotao koji pokreće parnu turbinu s generatorom. Kombinovane elektrane imaju veći korisni stepen, koji se kreće od 51%-58%, od gasnih te stoje brže na raspolaganju od klasičnih termolektrana. Nakon 30 minuta su u stanju da rade punom snagom.^[10]

Nuklerne elektrane

Lančanom nuklearnom reakcijom nastaje toplota koja se koristi za prozvodnju pare. Kontrola reakcije, a time i količina prozvedene energije, vrši se pomoću kontrolnih šipki u reaktoru. U praksi se razlikuju dvije vrste reaktora: ključajući reaktor i reaktor pod pritiskom (PWR, en. presurized water reactor). Kod prve vrste ima jedan tok gdje para direktno pogoni turbinu, dok kod PWR-a postoje dva toka: primarni i sekundarni. Primarni tok prenosi toplotu na sekundarni tok, koji napaja parnu turbinu.^[11]

Solarne termalne elektrane

Solarne odnosno solarno-termalne elektrane, koriste toplotu Sunca. U idealnom slučaju stoji na raspolaganju oko 1800 W/m². Snaga elektrana se kreće 10-100 megavata (MW). Putem parabolnih (koncentričnih) ogledala koncentriše se Sunčeva svjetlost na absorber koja omogućava postizanje veće temperature. Obično imaju primarni tok gdje se zagrijava ulje, tečni natrij itd. koji prenosi toplotu na sekundarni tok s vodom. Idealna područja za instalaciju su Sahara i Španija jer nagla promjena vremena dovodi do jakog pada korisnog stepena.^[12]

Geotermalne elektrane

Geotermalne elektrane koriste toplotu iz Zemlje za zagrijavanje pare, s tim što se koriste bušotine na nekoliko kilometara dubine.^[13] Toplota potječe pretežno od radioaktivnog raspada izotopa urana (U 235), torija (Th 232) i kalija (K 40) a djelimično i ostatka toplote od nastanka planete. Prosječna temperatura na oko 8.000 m (8 km) iznosi oko 240 °C. Pogodna područja se nalaze pretežno u zonama s aktivnim vulkanima.^[14] Među veće geotermalne elektrane se ubraja TE "Hellisheide" na Islandu koja proizvodi 300 MW električne i 130 MW toplotne energije.^[15]

Uzme li se u obzir samo proizvodnja električne energije prosječna termoelektrana ima korisni stepen od 45%. Ukoliko se otpadna toplota ne upotrebljava za daljinsko grijanje veći njen dio se gubi putem razhladnih tornjeva.^[1]

James Watt je 1774. otvorio prvu fabriku koja je radila na paru. Njemački inžinjer Werner von Siemens izmišlja 1866. prvu dinamo-mašinu za proizvodnju električne energije. Pronalazač električne sijalice Edison je prvu elektranu SAD-u pustio u pogon 4. septembra 1882. Budući da je elektrana proizvodila istosmjernu struju, koju je teže prenositi na velike razdaljine, napravljena je u samom finansijskom centru New Yorka (Pearl Street, kasnije Wall Street).^[16] Poduzetnik Westinghouse otkupio je Teslin patent za naizmjenične generatore jer je vidio probleme s istosmjernim. Tesli polazi za rukom 1891. konstrukcija transformatora koji je omogućavao prenos električne energije na velike razdaljine. U Golpa-Zschornewitz-u (Njemačka) je 1915. završena izgradnja do tada najveće na svijetu termolektrane na ugalj. Od 1930. nakon što nazmjenična struja pokazala kao praktičnija kreće masovna izgradnja elektrana. U Švicarskoj se 1999. pušta u pogon do tada najveća solarna elektrana Evrope.^[17]

• (de)Kombinovana (CCPP) elektrana "Emsland" blok D Arhivirano 11. 1. 2017. na Wayback Machine na stranici RWE AG
• (de)Nuklearna elektrana "Biblis" Arhivirano 11. 1. 2017. na Wayback Machine na stranici RWE AG
• (de)Termoelektrana "BoA Neurath" blok 2 i 3 Arhivirano 11. 1. 2017. na Wayback Machine na stranici RWE AG