Kuinka sähköä tuotetaan lämpövoimalaitoksessa (CHP)

Lämpövoimalaitokset on jaettu asemiin:

• propulsiomoottorin tyypin mukaan — höyryturbiini, kaasuturbiini, polttomoottorilla varustettu;

• polttoainetyypin mukaan - kiinteällä orgaanisella polttoaineella (hiili, polttopuu, turve), nestemäisellä polttoaineella (öljy, bensiini, kerosiini, dieselpolttoaine), kaasulla.

Lämpövoimalaitoksissa poltetun polttoaineen energia muunnetaan lämpöenergiaksi, jota käytetään kattilan veden lämmittämiseen ja höyryn tuottamiseen. Höyryenergia käyttää generaattoriin kytkettyä höyryturbiinia.

Lämpövoimalaitoksia, joissa höyryä käytetään kokonaan sähkön tuotantoon, kutsutaan lauhdevoimalaitoksiksi (CES). Tehokkaat IES:t sijaitsevat lähellä polttoaineen tuotantoalueita, kaukana sähkönkuluttajista, joten sähköä siirretään korkealla jännitteellä (220 - 750 kV). Voimalaitokset rakennetaan lohkoiksi.

Yhteistuotantovoimaloita tai sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksia (CHP) käytetään laajalti kaupungeissa.Näissä voimalaitoksissa turbiinista osittain poistunutta höyryä käytetään teknologisiin tarpeisiin sekä lämmitykseen ja kuumaan käyttöveteen asuin- ja kunnallisissa palveluissa. Sähkön ja lämmön samanaikainen tuotanto alentaa sähkön ja lämmön toimituskustannuksia verrattuna sähkön ja lämmön erilliseen tuotantoon.

Lämpövoimalaitokset käyttävät fossiilisten polttoaineiden, kuten öljyn, kaasun, hiilen tai polttoöljyn, polttamisesta syntyvää lämpöä tuottamaan suuria määriä korkeapainehöyryä vedestä. Kuten näette, täällä oleva höyry, vaikka se toimii jäähdytysnesteenä höyrykoneiden aikakaudelta, pystyy silti täysin kääntämään turbiinigeneraattorin.

Kattilasta tuleva höyry syötetään turbiiniin, jonka akseli on kytketty kolmivaiheiseen vaihtovirtageneraattoriin. Turbiinin pyörimisen mekaaninen energia muunnetaan generaattorin sähköenergiaksi ja välitetään kuluttajille generaattorijännitteellä tai nostojännitteellä porrasmuuntajien kautta.

Syötettävän höyryn paine turbiinissa on noin 23,5 MPa, kun taas sen lämpötila voi nousta 560 °C:een. Ja vettä käytetään lämpövoimalaitoksessa juuri siksi, että sitä lämmitetään sellaisille laitoksille tyypillisellä fossiilisella orgaanisella polttoaineella, jonka varannot ovat planeettamme syvyyksissä edelleen melko suuria, vaikka ne antavat valtavan miinuksen ympäristöä saastuttavien haitallisten päästöjen muodossa.

Joten turbiinin pyörivä roottori on liitetty tässä valtavan tehon (useita megawatteja) turbiinigeneraattorin ankkuriin, joka lopulta tuottaa sähköä tässä lämpövoimalaitoksessa.

Lämpövoimalaitokset ovat energiatehokkuudeltaan yleensä sellaisia, joissa lämmön muuntaminen sähköksi tapahtuu noin 40 %:n hyötysuhteella, kun taas erittäin suuri määrä lämpöä pahimmassa tapauksessa yksinkertaisesti heitetään ympäristöön ja pahimmassa tapauksessa - parhaassa tapauksessa se toimitetaan välittömästi lämmitykseen ja kuumaan veteen, vesihuoltoon läheisille kuluttajille. Jos siis voimalaitoksessa vapautuva lämpö käytetään välittömästi lämmöntuotantoon, niin tällaisen laitoksen hyötysuhde saavuttaa yleensä 80 % ja asemaa kutsutaan sähkön ja lämmön yhteislaitokseksi tai TPP:ksi.

Lämpövoimalaitoksen yleisin generaattoriturbiini sisältää akselillaan useita pyöriä, joiden siivet on sijoitettu kahteen erilliseen ryhmään. Korkeimman paineen alainen höyry, joka poistuu kattilasta, tulee välittömästi generaattorikoneiston virtausreitille, jossa se kääntää ensimmäisen siipipyöräsarjan. Lisäksi samaa höyryä lämmitetään edelleen höyrylämmittimessä, jonka jälkeen se siirtyy toiseen, pienemmällä höyrypaineella toimivaan pyöräryhmään.

Tämän seurauksena turbiini, joka on kytketty suoraan generaattorin roottoriin, tekee 50 kierrosta sekunnissa (myös generaattorin staattorikäämin ylittävän ankkurin magneettikenttä pyörii vastaavalla taajuudella). Generaattorin ylikuumenemisen estämiseksi käytön aikana asemalla on generaattorin jäähdytysjärjestelmä, joka estää sen ylikuumenemisen.

Lämpövoimalaitoksen kattilan sisään asennetaan poltin, jossa polttoaine poltetaan muodostaen korkean lämpötilan liekin. Esimerkiksi hiilipölyä voidaan polttaa hapella.Liekki peittää suuren alueen monimutkaisesta putkesta, jonka läpi kulkee vettä, joka kuumennettaessa muuttuu höyryksi, joka karkaa ulos korkean paineen alaisena.

Korkealla paineella ulos virtaava vesihöyry syötetään turbiinin siipille siirtäen mekaanisen energiansa siihen. Turbiini pyörii ja mekaaninen energia muuttuu sähköenergiaksi. Turbiinien siipien järjestelmän voittamiseksi höyry ohjataan lauhduttimeen, jossa putoamalla putkiin kylmällä vedellä se tiivistyy, eli siitä tulee jälleen nestettä - vettä. Tällaista lämpövoimalaa kutsutaan lauhdutusvoimalaitokseksi (CES).

Yhdistetyt lämmön ja sähkön voimalaitokset (CHP), toisin kuin lauhdevoimalaitokset (CES), sisältävät järjestelmän lämmön erottamiseksi höyrystä sen jälkeen, kun se on kulkenut turbiinin läpi ja osallistunut jo sähkön tuotantoon.

Höyryä otetaan eri parametrein, mikä riippuu tietyn turbiinin tyypistä, ja myös turbiinista otetun höyryn määrää säädetään. Lämmön tuottamiseen käytetty höyry lauhdutetaan verkkokattiloihin, joissa se luovuttaa energiansa verkkoveteen ja vesi pumpataan kuumavesihuippukattiloihin ja lämpöpisteisiin. Lisäksi vesi syötetään lämmitysjärjestelmään.

Tarvittaessa lämmön talteenotto höyrystä lämpövoimalaitoksessa voidaan kytkeä kokonaan pois päältä, jolloin sähkön ja lämmön yhteislaitoksesta tulee yksinkertainen IES. Lämpövoimalaitos pystyy siis toimimaan jommallakummalla kahdesta toimintatilasta: lämpötilassa - kun ensisijaisena on lämmöntuotanto, tai sähkötilassa - kun etusijalla on sähkö, esimerkiksi kesällä.