Hoe elektriciteit wordt geproduceerd in een thermische energiecentrale (WKK)

Thermische centrales zijn onderverdeeld in stations:

• afhankelijk van het type voortstuwingsmotor — stoomturbine, gasturbine, met verbrandingsmotoren;

• op type brandstof - met vaste organische brandstof (steenkool, brandhout, turf), vloeibare brandstof (olie, benzine, kerosine, diesel), op gas.

In thermische energiecentrales wordt de energie van de verbrande brandstof omgezet in thermische energie, die wordt gebruikt om het water in de ketel te verwarmen en stoom op te wekken. Stoomenergie drijft een stoomturbine aan die is aangesloten op een generator.

Thermische centrales waarin stoom volledig wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken, worden condensatiecentrales (CES) genoemd. Krachtige IES bevinden zich in de buurt van brandstofproductiegebieden, ver verwijderd van elektriciteitsverbruikers, daarom wordt elektriciteit getransporteerd met een hoge spanning (220 - 750 kV). Elektriciteitscentrales zijn gebouwd in blokken.

In steden worden veel warmtekrachtcentrales of warmtekrachtkoppelingscentrales (WKK) gebruikt.In deze energiecentrales wordt de stoom die gedeeltelijk in de turbine wordt afgevoerd, gebruikt voor technologische behoeften, maar ook voor verwarming en warm water in residentiële en gemeentelijke diensten. De gelijktijdige productie van elektriciteit en warmte verlaagt de kosten van levering van elektriciteit en warmte ten opzichte van de gescheiden productie van elektriciteit en warmte.

Thermische energiecentrales gebruiken de warmte die wordt gegenereerd door de verbranding van fossiele brandstoffen zoals olie, gas, kolen of stookolie om grote hoeveelheden hogedrukstoom uit water te produceren. Zoals je kunt zien, is de stoom hier, ondanks dat het als koelmiddel fungeert uit het tijdperk van stoommachines, nog steeds perfect in staat om een ​​turbinegenerator te laten draaien.

Stoom uit de ketel wordt naar een turbine geleid, waarvan een as is aangesloten op een driefasige wisselstroomgenerator. De mechanische energie van de turbinerotatie wordt omgezet in elektrische energie van de generator en via step-up transformatoren op generatorspanning of op step-up spanning aan consumenten overgedragen.

De druk van de toegevoerde stoom in de turbine is ongeveer 23,5 MPa, terwijl de temperatuur kan oplopen tot 560°C. En het water wordt gebruikt in een warmtekrachtcentrale juist omdat het wordt verwarmd door de fossiele organische brandstof die typisch is voor dergelijke planten, waarvan de reserves zijn in de diepten van onze planeet zijn nog steeds vrij groot, hoewel ze een enorme minpunt geven in de vorm van schadelijke emissies die het milieu vervuilen.

De roterende rotor van de turbine is hier dus verbonden met het anker van een turbinegenerator met een enorm vermogen (enkele megawatts) die uiteindelijk elektriciteit opwekt in deze thermische centrale.

In termen van energie-efficiëntie zijn warmtekrachtcentrales over het algemeen zodanig dat de omzetting van warmte in elektriciteit daarop wordt uitgevoerd met een rendement van ongeveer 40%, terwijl in het ergste geval een zeer grote hoeveelheid warmte gewoon in het milieu wordt gegooid en in het ergste geval - in het beste geval wordt het onmiddellijk geleverd aan de verwarming en warm water, de watervoorziening aan de nabije verbruikers. Dus als de warmte die vrijkomt in een elektriciteitscentrale direct wordt gebruikt voor warmtevoorziening, dan bereikt het rendement van zo'n centrale over het algemeen 80% en wordt het station een warmtekrachtkoppelingscentrale of TPP genoemd.

De meest gebruikelijke generatorturbine van een thermische energiecentrale bevat op zijn as een aantal wielen met bladen die op afstand van elkaar zijn geplaatst in twee afzonderlijke groepen. De stoom onder de hoogste druk, die uit de ketel komt, komt onmiddellijk in het stroompad van de generatorset, waar het de eerste set schoepenroeren laat draaien. Daarnaast wordt dezelfde stoom verder verwarmd in een stoomverwarmer, waarna deze in de tweede groep wielen terechtkomt die met een lagere stoomdruk werken.

Als resultaat maakt de turbine, rechtstreeks verbonden met de rotor van de generator, 50 omwentelingen per seconde (het magnetische veld van het anker, dat de statorwikkeling van de generator kruist, roteert ook met de overeenkomstige frequentie). Om te voorkomen dat de generator tijdens bedrijf oververhit raakt, heeft het station een koelsysteem voor de generator dat oververhitting voorkomt.

In de ketel van een thermische energiecentrale is een brander geïnstalleerd, waarop de brandstof wordt verbrand en een vlam met hoge temperatuur vormt. Zo kan kolenstof worden verbrand met zuurstof.De vlam bedekt een groot gebied van een pijp met een complexe configuratie waar water doorheen stroomt, dat bij verhitting stoom wordt die onder hoge druk naar buiten ontsnapt.

Waterdamp die onder hoge druk naar buiten stroomt, wordt naar de bladen van de turbine geleid en brengt er zijn mechanische energie op over. De turbine draait en de mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie. Door het systeem van turbinebladen te overwinnen, wordt de stoom naar de condensor geleid, waar het, als het met koud water op de leidingen valt, condenseert, dat wil zeggen, het wordt weer een vloeistof - water. Zo'n warmtekrachtcentrale wordt een condensatie-energiecentrale (CES) genoemd.

Warmtekrachtkoppelingen (WKK's) bevatten, in tegenstelling tot condensatiecentrales (CES), een systeem om warmte uit stoom te halen nadat deze door de turbine is gegaan en al heeft bijgedragen aan de productie van elektriciteit.

De stoom wordt afgenomen met verschillende parameters, die afhangen van het type specifieke turbine, en de hoeveelheid stoom die uit de turbine wordt gehaald, wordt ook geregeld. De stoom die wordt gebruikt om warmte op te wekken, wordt gecondenseerd in de netwerkketels, waar het zijn energie afgeeft aan het netwerkwater, en het water wordt naar de piek-warmwaterketels en verwarmingspunten gepompt. Bovendien wordt water aan het verwarmingssysteem geleverd.

Indien nodig kan de warmtewinning uit stoom in de warmtekrachtcentrale volledig worden uitgeschakeld, dan wordt de warmtekrachtcentrale een eenvoudig IER. De thermische centrale kan dus in twee modi werken: in thermische modus - wanneer de prioriteit ligt bij het opwekken van warmte, of in elektrische modus - wanneer elektriciteit prioriteit heeft, bijvoorbeeld in de zomer.