Hogyan termelnek villamos energiát egy hőerőműben (CHP)

A hőerőműveket állomásokra osztják:

• a meghajtó motor típusa szerint – gőzturbina, gázturbina, belső égésű motorral;

• tüzelőanyag típusa szerint - szilárd szerves tüzelőanyaggal (szén, tűzifa, tőzeg), folyékony üzemanyaggal (olaj, benzin, kerozin, gázolaj), gázzal üzemel.

A hőerőművekben az elégetett tüzelőanyag energiáját hőenergiává alakítják, amelyet a kazánban lévő víz felmelegítésére és gőz előállítására használnak fel. A gőzenergia egy generátorhoz csatlakoztatott gőzturbinát hajt meg.

Azokat a hőerőműveket, amelyekben teljes egészében gőzt használnak fel villamos energia előállítására, kondenzációs erőműveknek (CES) nevezik. Az erős IES az üzemanyag-előállító területek közelében, a villamosenergia-fogyasztóktól távol helyezkednek el, ezért a villamos energiát nagyfeszültségen (220-750 kV) továbbítják. Az erőművek blokkokban épülnek.

A kogenerációs erőműveket vagy a kapcsolt hő- és erőműveket (CHP) széles körben használják a városokban.Ezekben az erőművekben a turbinában részben elszívott gőzt technológiai szükségletekre, valamint lakossági és kommunális szolgáltatások fűtésére és melegvíz előállítására használják fel. A villamos energia és a hő egyidejű előállítása csökkenti a villamosenergia- és hőszolgáltatás költségeit a különálló villamosenergia- és hőtermeléshez képest.

A hőerőművek a fosszilis tüzelőanyagok, például olaj, gáz, szén vagy fűtőolaj elégetése során keletkező hőt nagy mennyiségű nagy nyomású gőz előállítására használják fel vízből. Amint látható, az itteni gőz annak ellenére, hogy a gőzgépek korából származó hűtőfolyadékként működik, még mindig tökéletesen képes megforgatni egy turbinagenerátort.

A kazán gőzét egy turbinába vezetik, amelynek tengelye háromfázisú váltakozó áramú generátorhoz csatlakozik. A turbina forgásának mechanikai energiája a generátor elektromos energiájává alakul, és a fogyasztókhoz generátorfeszültségen vagy emelőfeszültségen, lépcsős transzformátorokon keresztül jut el.

A betáplált gőz nyomása a turbinában körülbelül 23,5 MPa, míg a hőmérséklete elérheti az 560 °C-ot. A vizet pedig éppen azért használják hőerőműben, mert az ilyen erőművekre jellemző fosszilis szerves tüzelőanyaggal melegítik, amelynek tartalékai. bolygónk mélyén még mindig meglehetősen nagyok, bár hatalmas mínuszt adnak a környezetet szennyező káros kibocsátások formájában.

Tehát a turbina forgó rotorja itt kapcsolódik egy hatalmas teljesítményű (több megawatt) turbinagenerátor armatúrájához, amely végül ebben a hőerőműben termel áramot.

Az energiahatékonyság szempontjából a hőerőművek általában olyanok, hogy a hő elektromos árammá alakítása mintegy 40%-os hatásfokkal történik rajtuk, miközben a legrosszabb esetben nagyon nagy mennyiségű hő egyszerűen a környezetbe kerül, ill. legrosszabb esetben - legjobb esetben azonnal ellátja a fűtést és a meleg vizet, a közeli fogyasztók vízellátását. Így, ha az erőműben felszabaduló hőt azonnal hőellátásra használják fel, akkor az ilyen erőmű hatásfoka általában eléri a 80%-ot, és az állomást kapcsolt hő- és erőműnek vagy TPP-nek nevezik.

A hőerőművek legáltalánosabb generátorturbinája a tengelyén több, két külön csoportban elhelyezett lapáttal ellátott kereket tartalmaz. A legnagyobb nyomású gőz, amely a kazánból távozik, azonnal belép a generátor áramlási útvonalába, ahol megforgatja az első lapátos járókerekeket. Ezenkívül ugyanazt a gőzt gőzfűtőben tovább melegítik, majd belép a második, alacsonyabb gőznyomáson működő kerékcsoportba.

Ennek eredményeként a generátor forgórészére közvetlenül csatlakoztatott turbina 50 fordulatot tesz meg másodpercenként (a generátor állórész tekercsét keresztező armatúra mágneses tere is a megfelelő frekvencián forog). A generátor működés közbeni túlmelegedésének megakadályozása érdekében az állomáson hűtőrendszer található a generátor számára, amely megakadályozza a túlmelegedést.

A hőerőmű kazánjába egy égő van beépítve, amelyen a tüzelőanyag elégetik, magas hőmérsékletű lángot képezve. Például a szénpor oxigénnel elégethető.A láng egy összetett konfigurációjú cső nagy területét fedi le, és víz folyik át rajta, amely felmelegedéskor nagy nyomás alatt kifelé távozó gőz lesz.

A nagy nyomás alatt kiáramló vízgőz a turbina lapátjaira kerül, mechanikai energiáját átadva neki. A turbina forog, és a mechanikai energia elektromos energiává alakul. A turbinalapátok rendszerét leküzdve a gőzt a kondenzátorba irányítják, ahol hideg vízzel a csövekre esve lecsapódik, azaz ismét folyadékká - vízzé - válik. Az ilyen hőerőművet kondenzációs erőműnek (CES) nevezik.

A kapcsolt hő- és erőművek (CHP), a kondenzációs erőművekkel (CES) ellentétben, olyan rendszert tartalmaznak, amely hőt von ki a gőzből, miután az áthaladt a turbinán, és már hozzájárult az elektromos áram előállításához.

A gőzt különböző paraméterekkel veszik fel, ami az adott turbina típusától függ, és a turbinából kivett gőz mennyiségét is szabályozzák. A hőtermelésre felvett gőz a hálózati kazánokban kondenzálódik, ahol energiáját a hálózati víznek adja, a vizet pedig a csúcsmelegvíz-kazánokba és a fűtési pontokba szivattyúzzák. Ezenkívül a fűtési rendszerbe víz kerül.

Szükség esetén a hőerőműben a gőzből történő hőkivétel teljesen kikapcsolható, ekkor a kapcsolt hő- és erőmű egyszerű IES lesz. Így a hőerőmű két üzemmód egyikében tud működni: termikus üzemmódban - amikor a hőtermelés a prioritás, vagy elektromos üzemmódban - amikor a villamos energia a prioritás, például nyáron.