Kaip elektra gaminama šiluminėje elektrinėje (CHP)

Šiluminės elektrinės skirstomos į stotis:

• pagal varomojo variklio tipą — garo turbina, dujų turbina, su vidaus degimo varikliais;

• pagal kuro rūšį – kietu organiniu kuru (anglis, malkos, durpės), skystuoju kuru (nafta, benzinas, žibalas, dyzelinis kuras), varomu dujomis.

Šiluminėse elektrinėse sudegusio kuro energija paverčiama šilumine energija, kuri naudojama katilo vandeniui šildyti ir garui gaminti. Garo energija varo garo turbiną, prijungtą prie generatoriaus.

Šiluminės elektrinės, kuriose elektros energijai gaminti naudojamas tik garas, vadinamos kondensacinėmis elektrinėmis (CES). Galingi IES yra šalia kuro gamybos zonų, atokiau nuo elektros vartotojų, todėl elektra perduodama aukšta įtampa (220 — 750 kV). Jėgainės statomos blokais.

Miestuose plačiai naudojamos termofikacinės elektrinės arba kogeneracinės elektrinės (CHP).Šiose elektrinėse turbinoje iš dalies išmetamas garas naudojamas technologinėms reikmėms, taip pat šildymui ir karštam vandeniui ruošti gyvenamosiose ir komunalinėse paslaugose. Vienu metu gaminant elektrą ir šilumą, sumažėja elektros ir šilumos tiekimo sąnaudos, palyginti su atskira elektros ir šilumos gamyba.

Šiluminės elektrinės naudoja šilumą, susidarančią deginant iškastinį kurą, pvz., naftą, dujas, anglį ar mazutą, kad iš vandens būtų gaminami dideli aukšto slėgio garų kiekiai. Kaip matote, čia esantis garas, nepaisant to, kad veikia kaip aušinimo skystis nuo garo variklių amžiaus, vis dar puikiai sugeba pasukti turbinos generatorių.

Garai iš katilo paduodami į turbiną, su velenu, prijungtu prie trifazio kintamosios srovės generatoriaus. Mechaninė turbinos sukimosi energija paverčiama generatoriaus elektros energija ir perduodama vartotojams esant generatoriaus įtampai arba aukštesnei įtampai per pakopinius transformatorius.

Tiekiamo garo slėgis turbinoje yra apie 23,5 MPa, o jo temperatūra gali siekti 560 ° C. O vanduo šiluminėje elektrinėje naudojamas būtent todėl, kad jis šildomas tokioms elektrinėms būdingu iškastiniu organiniu kuru, kurio atsargos yra mūsų planetos gelmėse vis dar yra gana dideli, nors jie duoda didžiulį minusą kenksmingų išmetimų, teršiančių aplinką, pavidalu.

Taigi besisukantis turbinos rotorius čia sujungtas su didžiulės galios (kelių megavatų) turbinos generatoriaus armatūra, kuri galiausiai generuoja elektrą šioje šiluminėje elektrinėje.

Kalbant apie energijos vartojimo efektyvumą, šiluminės elektrinės paprastai yra tokios, kad jose šilumos pavertimas elektra yra vykdomas maždaug 40% naudingumo koeficientu, o labai didelis šilumos kiekis blogiausiu atveju tiesiog išmetamas į aplinką ir blogiausiu atveju - geriausiu atveju iš karto tiekiamas į šildymą ir karštą vandenį, vandentiekį šalia esantiems vartotojams. Taigi, jei elektrinėje išsiskirianti šiluma iš karto panaudojama šilumos tiekimui, tai tokios elektrinės naudingumo koeficientas apskritai siekia 80 proc., o stotis vadinama termofikacine elektrine arba TE.

Dažniausiai pasitaikančios šiluminės elektrinės generatoriaus turbinos velenas turi daugybę ratų su mentėmis, išdėstytomis dviejose atskirose grupėse. Aukščiausio slėgio garai, kurie išleidžiami iš katilo, iš karto patenka į generatoriaus agregato srauto kelią, kur pasuka pirmąjį mentinių sparnuočių komplektą. Be to, tas pats garas toliau kaitinamas garo šildytuve, po kurio patenka į antrą ratų grupę, veikiančią esant mažesniam garo slėgiui.

Dėl to turbina, prijungta tiesiai prie generatoriaus rotoriaus, daro 50 apsisukimų per sekundę (atitinkamu dažniu sukasi ir armatūros magnetinis laukas, kertantis generatoriaus statoriaus apviją). Kad generatorius darbo metu neperkaistų, stotyje yra generatoriaus aušinimo sistema, kuri neleidžia jam perkaisti.

Šiluminės elektrinės katilo viduje sumontuotas degiklis, ant kurio deginamas kuras, suformuojant aukštos temperatūros liepsną. Pavyzdžiui, anglies dulkes galima deginti deguonimi.Liepsna apima didelį sudėtingos konfigūracijos vamzdžio plotą, per kurį praeina vanduo, kuris kaitinant virsta garais, išeinančiais į lauką esant aukštam slėgiui.

Vandens garai, ištekantys esant aukštam slėgiui, paduodami į turbinos mentes, perduodant jai savo mechaninę energiją. Turbina sukasi ir mechaninė energija paverčiama elektros energija. Įveikę turbinų menčių sistemą, garai nukreipiami į kondensatorių, kur, patekę ant vamzdžių su šaltu vandeniu, kondensuojasi, tai yra vėl tampa skysčiu – vandeniu. Tokia šiluminė elektrinė vadinama kondensacine jėgaine (CES).

Kombinuotose šilumos ir elektrinės elektrinėse (CHP), skirtingai nei kondensacinėse elektrinėse (CES), yra sistema, skirta išgauti šilumą iš garo, kai jis praėjo per turbiną ir jau prisidėjo prie elektros gamybos.

Garas imamas skirtingais parametrais, kurie priklauso nuo konkrečios turbinos tipo, taip pat reguliuojamas iš turbinos paimamo garo kiekis. Šilumai gaminti paimtas garas kondensuojamas tinklo katiluose, kur atiduoda savo energiją tinklo vandeniui, o vanduo pumpuojamas į piko karšto vandens katilus ir šilumos punktus. Be to, vanduo tiekiamas į šildymo sistemą.

Esant poreikiui šilumos išgavimą iš garo šiluminėje elektrinėje galima visiškai išjungti, tuomet termofikacinė elektrinė taps paprasta IES. Taigi šiluminė elektrinė gali dirbti vienu iš dviejų režimų: šiluminiu režimu – kai pirmenybė teikiama šilumos gamybai, arba elektriniu – kai prioritetas yra elektros energija, pavyzdžiui, vasarą.