Tepelné elektrárne
Činnosť a funkcia tepelných elektrární je v rámci elektrizačnej sústavy SR významná, predstavujú významné zdroje pracujúce v základnom zaťažení alebo v polo-špičkovom režime. V roku 2005 bolo v tepelných elektrárňach vyrobených 4 260,8 GWh z celkového množstva 25 575,4 GWh elektrickej energie vyrobenej v SE, a.s.
Celkový inštalovaný výkon tepelných elektrární SE, a. s. je 1842,4 MW, čo predstavuje 26,77 % potenciálu zdrojov.
1. Rozdelenie tepelných elektrární:
- Parné
- Kondenzačné
- Teplárne
- Plynové
- Jadrové
- Dieselové
2. Spôsob výroby elektrickej energie v elektrárni:
Výroba elektrickej energie v tepelnej elektrárni je charakteristická tým, že hlavným zdrojom jej výroby je spaľovanie uhlia, plynu alebo mazutu. V kotle sa vyrába para, ktorá poháňa turbínu pripojenú k alternátoru. Premena tepelnej energie na elektrickú sa realizuje parným cyklom.
Tepelnú elektráreň tvorí niekoľko samostatných výrobných blokov o potrebnej veľkosti a výkone.
Klasická elektráreň pozostáva z kotolne, medzistrojovne, strojovne, vyvedenia elektrického výkonu a z pomocných prevádzok (zauhľovanie, úprava vody, vodné hospodárstvo, zadný palivový cyklus atď.).
3. Parná elektráreň:
Produktom kondenzačných elektrární je iba elektrická energia. Účinnosť kondenzačných elektrární je len 30 až 40%.
Teplárne vyrábajú elektrickú energiu a teplo (vo forme pary alebo horkej vody). Teplárne majú oproti kondenzačným tepelným elektrárňam väčšiu celkovú účinnosť (61 až 75%).
Kondenzačná elektráreň:
1. Kotol
2. Prehrievač
3. Turbína
4. Rotor generátora
5. Kondenzátor
6. Výveva
7. Čerpadlo
8. Čerpadlo
V klasickej kondenzačnej tepelnej elektrárni prevažuje blokové usporiadanie výrobne elektrickej energie. Každý výrobný blok elektrárne je samostatnou výrobnou jednotkou - samostatnou elektrárňou. Podľa spôsobu spaľovania sa kotle spaľujúce pevné palivo rozdeľujú na roštové, granulačné, výtavné a fluidné. Uvedené kotle sú doplnené kotlami spaľujúcim tekuté a plynné palivá.
Každý blok elektrárne môže pracovať samostatne. Princíp fungovania je jednoduchý. Uhlie zo skládky je buldozérmi nahrnuté do odberného zariadenia odkiaľ je vynášané zauhľovacím pásom do zásobníka uhlia, ktorý sa nachádza pri každom kotli. Uhlie sa postupne suší a melie na prášok, následne sa spaľuje v kotle. V stenách kotla sú umiestnené trubkové alebo membránové výparníky, v ktorých sa voda mení na paru. Para vyrobená v kotli 1 sa prehreje na vyššiu teplotu v predhrievači 2 a tým sa získa prehriata para. Tá poháňa turbínu, ktorá je spojená s rotorom generátora 4 (turbogenerátor) V turbogenerátore sa uskutočňuje premena tepelnej energie na elektrickú. Para, ktorá vykonala prácu v turbíne vstupuje do kondenzátora 5, v ktorom je veľmi nízky tlak. Prechádza chladiacimi trúbkami cez ktoré tečie chladiaca voda. Tu sa para kondenzuje na vodu a od tej chvíle sa nazýva kondenzát.. Nízky tlak v kondenzátore udržuje výveva 6. Čerpadlo 8 dopravuje skondenzovanú vodu späť do kotla. V kondenzátore vzniká veľká strata tepelnej energie. Teplo odovzdané chladiacej vode predstavuje 45 až 60% celkovej tepelnej energie paliva.
Pri chladení vodou z rieky sa spotrebuje až 60 kg vody na 1 kg pary. Pri cirkulačnom chladení v chladiacich vežiach sa 3-4% chladiacej vody odparí a preto sa musí cirkulovacia chladiaca voda dopĺňať.
Kondenzačná elektráreň s regeneračným ohrievačom vody:
1. Kotol
2. Prehrievač
3. Turbína
4. Rotor generátora
5. Kondenzátor
6. Výveva
7. Čerpadlo
8. Čerpadlo
9. Vysokotlakový ohrievač
10. Nízkotlakový ohrievač
11. Čerpadlo
Aby sa zväčšila účinnosť výroby, používa sa para vystupujúca z turbíny na ohrev napájajúci vody pred vstupom do kotla. Na obrázku sú znázornené dva regeneračné ohrevy vody - vysokotlakový ohrievač 9 a nízkotlakový ohrievač 10. Ohriata voda sa privádza do kotla čerpadlom 11. Ostatné časti sú rovnaké.
4. Plynová elektráreň:
Používajú pre pohon elektrických generátorov plynové turbíny a používajú sa len špičkové.
Výhody:
- schopnosť dosiahnuť prevádzkyschopného stavu a pripojenie do ES do 2 minút.
- malé investičné náklady na výstavbu (menšie zastavané priestory, chladiace veže nie sú potrebné, menšie požiadavky na chladenie, jednoduchšia doprava paliva).
veľká celková účinnosť a 40%.
Nevýhody:
Vyššie prevádzkové náklady (drahšie palivo)
K – kompresor
SK – spaľovacia komora
T – turbína
G – generátor
M – rozbehový motor
1. prívod vzduchu
2. stlačený vzduch
3. splodiny horenia
4. expandované plyny
5. prívod paliva
Vzduch stlačený v kompresore K vchádza do spaľovacej komory SK, kde sa spaľuje plynné alebo kvapalné palivo. Vzniknuté splodiny horenia (plyny) sú privádzané do turbíny T, kde dochádza k expanzii plynov a vzniká mechanická energia. Turbína Poháňa generátor G. Celý agregát sa musí roztočiť motorom M, ktorý sa pri rozbehu odpojí spojkou.
5. Jadrové elektrárne:
Ako zdroj tepelnej energie používajú jadrové reaktory.
6. Dieselové elektrárne:
Pre pohon elektrického generátoru používajú dieselový motor. Dosahujú veľké výkony pri veľkej účinnosti.
7. Časti tepelných elektrární:
Horáky
Zariadenia, ktorými sa privádza zmes paliva a spaľovacieho vzduchu do spaľovacieho priestoru ohniska. Konštrukcie horákov sa líšia podľa druhu paliva(horáky na práškové uhlie, vykurovací olej alebo zemný plyn). Horák musí zabezpečovať včasné a stabilné zapaľovanie. Ihneď po výstupe z horáku sa palivová zmes mieša so sekundárnym vzduchom a má na čo najkratšej dráhe zhorieť. Horák má podstatný vplyv na správny priebeh spaľovania a na dokonalé vyplnenie priestoru ohniska plameňom.
Podľa použitia:
- výkonové, zapaľovacie a špeciálne. Podľa paliva: práškové, olejové, plynové a kombinované. Podľa výkonu: 4 až 80 MW.
Kondenzátor
Tepelný výmenník, v ktorom na rúrkach chladených chladiacou vodou kondenzuje para, privádzaná do kondenzátora z posledného stupňa parnej turbíny. Kondenzačné teplo sa odvádza chladiacou vodou na chladiacu vežu.
Elektrický generátor
Zariadenie, v ktorom dochádza k premene kinetickej energie rotora turbogenerátora na elektrickú energiu. Býva spravidla na spoločnom hriadeli s turbínou. Rotor vytvára magnetické pole, ktoré sa otáča vo vnútri vinutia statora a indukuje v ňom elektrický prúd.
Elektrostatický odluhovač popolčeka
Zariadenie, v ktorom pôsobením elektrostatického poľa získavajú čiastočky popolčeka záporný náboj a sú zbierané na kladných doskových elektródach. Občasným strasením doskových elektród padajú zhluky popolčeka do výsypky.
Chladiaca veža
Tepelný výmenník, v ktorom sa odovzdáva teplo chladiacej vody z kondenzátora do okolitého vzduchu. Najpoužívanejšie sú chladiace veže s prirodzeným ťahom, charakterizované ťahovým komínom zo železobetónového hyperboloidného plášťa. Privádzaná voda je rozstrekovaná na drobné kvapôčky, ktoré sú ochladzované prúdom stúpajúceho ohriateho vzduchu.
Turbína
Energetické zariadenie, v ktorom prebieha na základe adiabatickej expanzie premena časti vnútornej energie pracovnej látky na mechanickú energiu turboagregátu. Najčastejšie sa v elektrárňach na fosílne palivá stretneme s parnými turbínami, pracovnou látkou je para.
Kotol
Energetické zariadenie určené na výrobu pary. Skladá sa zo spaľovacieho zariadenia (ohnisko) a parného generátora. Do parného generátora sa privádza napájacia voda a výsledným produktom je para. Kotle sa rozdeľujú podľa typu ohniska (roštové, práškové granulačné, práškové výtavné, fluidné), podľa konštrukcie parného generátora (valcové, strmorúrové) a podľa obehu (prirodzený obeh, nútený obeh, prietlačné kotle).
8. Tepelné elektrárne na Slovensku:
Na Slovensku na nachádzajú dve tepelné elektrárne.
Prvá je Tepelná elektráreň Nováky. Závod má sídlo v Zemianskych Kostoľanoch. Okrem výroby a dodávky elektrickej energie zabezpečujú Elektrárne Nováky dodávku horúcej vody na vykurovanie miest Prievidza, Nováky, Zemianske Kostoľany ako aj pre priemyselné a iné organizácie a pary pre dodávku tepla okolitým priemyselným podnikom. Elektrárne pracujú v elektrizačnej sústave v základnom a pološpičkovom režime. Výstavba elektrárne začala v roku 1949 a prvý turbogenerátor TG1 uviedli do prevádzky v roku 1953.
Druhá, Tepelná elektráreň Vojany sa nachádza na východnom Slovensku v okrese Michalovce. Pozostáva z dvoch energetických výrobní: Elektrárne Vojany I (EVO I – 6 x 110 MW) a Elektrárne Vojany II (EVO II – 6 x 110 MW). Výhodná poloha v blízkosti ukrajinských hraníc, maximálne skrátenie širokorozchodnej trate poloantracitového uhlia z Donbasko-Kuzbeckej ťažobnej oblasti a možnosť odberu chladiacej vody z Laborca boli najdôležitejšími hľadiskami pre rozhodnutie o výstavbe tepelnej elektrárne.
