Termoelektrane

1. Termoelektrane

2. Termoelektrane • Termoelektranesuenergetskapostrojenjakojeenergijudobivajusagorijevanjemgoriva, a glavnaprimjenaisvrhatermoenergetskihpostrojenja je proizvodnjaparekojaćepokretatiturbinu, a potomigeneratorelektričneenergije. • Osnovnanamjenaim je proizvodnjaitransformacijaprimarnihoblikaenergije u koristanrad, koji se kasnije u oblikumehaničkeenergijedaljeiskorištavazaproizvodnjuelektričneenergije. Mehaničkaenergija je proizvedenauzpomoćtoplinskogstrojakojitransformiratoplinskuenergiju. Imamopretvaranjekemijskeenergije u toplinskukoja se pakrazličitimprocesimapredajenekomradnommediju. Radnimedijpakslužikaoprijenosnikteenergije, čestoizgaranjemgoriva, u energijuvrtnje. • Zarazlikuodtermoelektrana, kojeregulirajusvojukoličinutoplinehlađenjempomoćupodzemnihvodaiakumulacijskihjezera, termoelektrane-toplanesvojvišaktoplineprenose u susjednakućanstvairazneobjekteputemtoplinskemreže u oblikucentralnoggrijanja.

3. Povijest • 1629. javlja se prvaideja o korištenjuvodene parezapokretanje kola s lopaticama. Ideju je iznioGiovanni Branca u svojojknjiziLe machine. Idejatakvogstrojabila je primitivna, s paromkoja je slobodnostrujalapremakotaču s lopaticama. Sam strojizgledao je kaovodenimlin, ali bio je pokretanparom. • Revolucija je uslijedilakada je James Watt 1765. izumioparnistrojkoji je radio s pretlakom, u proces je bilauključenaikondenzacija, to sutemeljiisuvremenihtermoenergetskihpostrojenja. Para kaomedij je izuzetnozahvalnakodprijenosaenergije. • Parametripostrojenjasu se mijenjalikrozpovijest. Tlak, posebnotemperaturaraslisukrozgodine. Količina pare se povećava, a samim time isnagapostrojenja. Tako se smanjujeipotrošnjagorivaipodižeiskoristivost. Javljaju se jošipregrijačiimeđupregrijačikojijošvišepridonosepovećanjuiskoristivosti. Nova revolucijanastajerazvojemtakozvanihblokpostrojenja (kotaoiturbinasujedanzatvoreniupravljačkikrug). Idejesupostojaleipostupno se razvijalekrozpovijest, alizatermoelektranekakvedanaspoznajemonajvažnija je stvarpatentiranjeirazvojparne turbine (1791.). Plinskaturbinadolazimnogokasnije, početkom 20. stoljeća.

4. Povijest • Danas se oko 80% električne energije u industrijski razvijenim zemljama dobiva iz termoenergetskih izvora (tu se naravno ubrajaju i plinska, ali i nuklearna postrojenja). U modernom društvu potreba za električnom energijom raste, a samim time raste i potrošnja električne energije po stanovniku, što je ujedno i pokazatelj gospodarskog razvitka pojedine zemlje. Osim što proizvode električnu energiju termoenergetska postrojenja služe i za proizvodnju topline koja je također itekako bitna u krajevima gdje je potrebno grijanje. • Važnost ovakvih postrojenja raste iz dana u dan bez obzira na nove izvore i načine proizvodnje električne energije. Naravno u svemu tome raste i opterećenje na okoliš što je pitanje kojim se također moramo aktivno pozabaviti kad govorimo o termoelektranama. Na projektiranju, izgradnji, radu i održavanju jedne termoelektrane sudjeluje velika grupa ljudi, inženjera različitih struka. Svi ti ljudi objedinjuju široki spektara znanja potrebnih da se obave svi zadaci i osigura nesmetan rad jedne elektrane.

5. Podjelatermoelektranapremavrstipokretača • Premavrstipokretača (strojkoji u slijeduenergetsketransformacijeprvipretvarabilokojioblikenergije u mehaničkuenergiju) dijelimoihna:plinsko-turbinskopostrojenje (kružnapostrojenja), parnaturbinskapostrojenjatekombiniranapostrojenja.

6. Parno-turbinskopostrojenje • Principradaparnog - turbinskogpostrojenja: proizvedenaparauzpomoćtopline, dobivenaizgaranjemgoriva, odvodi se u turbinugdjenaraznenačineekspandirastvarajući moment kojipakslužizaproizvodnuelektričneenergije u generatoru. Koristidinamičkipritisakgeneratoratrošenjemvodene pare zaokretanjelopatica turbine. Najvećibrojvelikihtermoelektrana je s parnimpogonom, kodkojih se uglavnomkoristeparne turbine (oko 80 % električneenergije je proizvedenokorištenjemparnihturbina) neposrednospojenesageneratorom (turbo-generator). U ovimelektranamatoplinadobivenasagorijevanjemgorivapredaje se vodenojparikoja u parnimturbinamaproizvodimehaničkuenergiju, a koja se u generatorupretvara u električnuenergiju. Premadrugomzakonutermodinamikesvatoplinskaenergija ne možebitipretvorena u mehaničkuenergiju, zato je toplinauvijekizgubljena u okolini. Ako je ovajgubitakprimijenjenkaokorisnatoplina, zaindustrijskeproceseiligrijanjeokoline, parnopostrojenje se odnosinakogeneracijuparnogpostrojenja. Klasičnoparno-turbinskopostrojenjezasniva se naRankinovomprocesupoznatomiztermodinamike.

7. Dijelovitermoenergetskogpostrojenja • Dijelovi termoenergetskog postrojenja: generator pare, turbina, generator električne energije, kondenzator, kondenzatorska pumpa, napojna pumpa, rashladni toranj te spremnik napojne vode te pregrijači pare, međupregrijači, ekonomajzeri i sl. (kao sastavni dio generatora pare).

8. Parno-turbinskopostrojenje

9. Generator pare • Za generator pare moglibismorećidačinisredišnjidiosvaketermoelektrane. Ukratko generator pare, što mu isamoimekaže, služizaproizvodnju pare s određenimparametrima (temperature itlaka) kojaće se kasnije u turbiniiskoristitizaproizvodnjuelektričneenergije.

10. Kondenzator • Kondenzator je klasičniizmjenjivačtoplinekoji„vraća“ parunatrag u tekućestanje, nakonštoekspandirau turbini. Kondenzat se pumpamavraćanatrag u proces. Tlak u klasičnomkondenzatoru je izuzetnomali (podtlak – oko 0,045 bara). Pošto je kondenzatorizmjenjivačtoplinepotrebno je osiguratiimedijkojemće se tatoplinepredatikako bi se paraohladila do temperature kondenzata. Upravozbog toga sutermoelektranesmještenenarijekama, moru..., kako bi se osiguraomedijkojićepreuzimatisvututoplini. Naravnopostojimogućnostdatermoelektranaradidvofazno, odnosnokaoitoplana. Tada se taparamožeodvoditivrelovodimaislužitikaogrijanje.

11. Plinsko-turbinskopostrojenje • Plinsko-turbinskopostrojenjekoristidinamičkitlakodprotokaplinovazadirektnoupravljanjeturbinom. Sam proceskoji se događa u plinskojturbininijetolikorazličitodparne turbine. Naravnorazličit je medijkojiekspandira, postupakdobivanjaradnogmedija je takođerdrugačiji, no samproceskoji se događa u turbini je vrlosličan. Razlika je tašto je pad entalpije u plinskojturbinimnogomanjiteporastvolumenaveći. Ukolikoželimopovećatistupanjiskoristivostimoramopovećatitemperaturumedijakojiulazi u turbinu.Tu se javlja problem hlađenja, pogotovosamihlopatica. Kakobismoohladililopaticekoristimokomprimiranizrakizkondenzatora. Naravnodovođenjezrakazahlađenjećesmanjitiisnagupostrojenja. Današnjirazvojmaterijalanam je omogućiodaiizborommaterijalpovećamootpornostnatemperaturu. Zaizradulopatica se danaskoristevisokolegiranimaterijalinabaziniklakojiuspješnopodnoseviše temperature. Naravnobezobzirana ova dostignućanapodručjumaterijalamoramoosiguratihlađenjelopatica.Uplinskimelektranama se mehaničkaenergijapretvara u električnupomoćuplinskihmotora, koji se najčešće grade kaočetverotaktnimotori. Oveelektranesuobično u sustavumetalurgijskihpostrojenjaradiiskorištenjaplinovaizvisokihpećiili u sustavukoksaraipostrojenjazadobivanjeplinovaradiiskorištenjaplinovakojinastajupridobivanjukoksa, zatimzaiskorištavanjezemnogplinaitd. Ukolikoželimopovećatistupanjiskoristivostimoramopovećatitemperaturumedijakojiulazi u turbinu.Svakoplinsko-turbinskopostrojenjesastoji se odkompresora, komorezaizgaranjeiplinske turbine. Principrada : kompresorslužizastlačivanjezrakakojegusisavaizokolišategakomprimira do nekogzadanogtlaka, komprimiranizrakdovodi se do komoreizgaranjagdje se grijeuslijedizgaranjagoriva. Smjesakojanastaje (zagrijanizrakiplinoviizgaranja) ekspandiraju u plinskojturbinigdjestvaraju moment koji se iskorištava u proizvodnjielektričneenergijeipriradukompresora.

12. Plinsko-turbinskopostrojenje

13. Kombiniranopostrojenje • Kombiniranopostrojenjeimaoboje: plinske turbine loženeprirodnimplinom, parnikotaoteparnuturbinukojakoristiiscrpljeniplinizplinske turbine kako bi se proizveoelektricitet, tj. to je cikluskoji se sastojiodplinsko-turbinskogiparno-turbinskogdijela. Glavnesastavnicesunaravnoplinskaiparnaturbina. Osnovnanamjenaovakvihpostrojenja je da se iskoristitoplinanastalanaizlazuizplinske turbine. Poštoispušniplinovikojiizlazeizplinske turbine imajuizuzetnovisoke temperature, oko 600 °C mogu se iskoristitikaosredstvokojećegrijativoduiproizvoditivodenuparuzaparnuturbinu. Time povećavamoiskoristivostsamogprocesapošto je toplinakoju bi inačeizgubiliiskorištenazadaljnjuproizvodnjupareIskoristivosttakvogpostrojenjadosežei do 60%. U kombiniranompostrojenjukompresorkomprimirazrakišaljega u komoruizgaranjagdje se istovremenodovodigorivozaizgaranje. Plinoviizgaranjavrlovisoke temperature vode se izkomoreizgaranja u plinskuturbinu, gdjeekspandirajudajućikoristanradnavratiluspojenomnarotor plinske turbine. Vratilopokrećegenerator električnestrujeiproizvodielektričnuenergijukoja se šalje u mrežu. Nakonekspanzije, ispušni se plinoviizplinske turbine vode u utilizator (generator pare naotpadnutoplinu). Jednaodvrlodobrihkarakteristikaplinske turbine je tašto je kodnjeprisutanvrlovisokomjerzrak/gorivobudući se dodajenekolikoputavišezrakazboghlađenjalopaticaplinske turbine. Zbog toga naizlazuizplinske turbine ostajejošdostaneiskorištenogzrakate se tajvišakzrakakoristizaizgaranjedodatnoggoriva u utilizatoru. U utilizatoru se napojnavodazagrijava do isparavanjaipregrijavanazadaneparametre. Pregrijanaparaodlaziizgeneratora pare u parnuturbinugdjeekspandiraipredajemehaničkiradgeneratoruelektričnestruje. Nakon toga para, sadavećniskihparametara, odlazi u kondenzatorgdjekondenzira.Nakonkondenzacije, voda se napojnompumpomvraća u utilizatornaponovnozagrijavanje. Već je napomenutodaovimprincipompovećavamoiskoristivostčitavogprocesa. Razlogpronalazimo u osnovamatermodinamike. Temeljemožemovidjeti u temeljnomCarnotovomprocesu (izentropsko-izotermnom). Princip je sljedeći: ukolikosutemperaturnerazlikemanje, manji je iprijenostopline. Daklenama je odizuzetnevažnostida je tarazlikatemperatura „ spremnika“ štoveća. Naravnoidealnislučaj bi bio ukoliko bi temperaturaradnetvarikoddovođenjatoplinebilajednakatemperaturiogrjevnogspremnika, a temperaturaradnetvarikododvođenjapostanejednakatemperaturirashladnogspremnika. Tada govorimo o idealnomCarnotovomprocesu. ZnamodakodCarnotovogprocesaiskoristivostovisisamo o temperaturi, odnosnotemperaturitoplinskihspremnikate se nikakvimdrugimvarijablamataiskoristivost ne možepromijeniti.

14. Rashladni tornjevi • U nekim velikim termoelektranama postoje veliki hiperbolički dimnjaci poput struktura, koji oslobađaju otpadnu toplinu u ambijent atmosfere isparavanjem vode, a nazivaju se rashladni tornjevi . Rafinerije petroleja, petrokemijska postrojenja, geotermalna postrojenja koriste ventilatore kako bi omogućila kretanje zraka prema gore kroz vodu koja se dolazi u smjeru prema dolje i nemaju hiperboličnu konstrukciju nalik dimnjacima. Inducirani ili tlačni rashladni tornjevi su pravokutne konstrukcije nalik kutiji, ispunjene s materijalima koji pojačavaju dodirivanje zraka koji struji u vis i vodu koja teče prema dolje. U pustinjskim područjima rashladni toranj mogao bi biti neizbježan od kada će trošak uređivanja vode za hladno isparavanje biti zabranjen. Ovi imaju nižu efikasnost i višu energetsku potrošnju u ventilatorima od mokrih i isparavajućih rashladnih tornjeva. Tvrtke za elektriku preferiraju upotrebljavanje rashladne vode iz oceana, rijeka, jezera, rashladnih umjetnih jezera u zamjenu za rashladni toranj, na području gdje je ekonomičnije i ambijentalno moguće. Ovaj tip rashlađivanja može sačuvati trošak rashladnog tornja i može imati nižu energetsku cijenu za pumpanje rashladne vode kroz izmjenjivač topline postrojenja. Uglavnom, otpadna toplina može uzrokovati da temperatura vode primjetno poraste. Pogonska postrojenja koja upotrebljavaju prirodne sastojke vode za rashlađivanje, moraju biti konstruirana da preduhitre ulazak organizama u rashladni krug, inače će se stvoriti organizmi koji se prilagođavaju toplijim vodenim postrojenjima i utječu tako da nanesu štetu ako se postrojenje ugasi za hladna vremena.

15. Rashladni tornjevi

16. TE Kakanj

17. TE Tuzla

18. Utjecajtermoelektrananaokoliš

19. Utjecajtermoelektrananaokoliš • Danas je svemanjetermoelektranabudućidasuvelikionečišćivačiprirode. Kodtermoelektranadvasuosnovnaučinkakojiutječunaonečišćenjeokoliša. Prviiosnovni je učinakkojinastajezbogizgaranjafosilnihgoriva. Drugiimanjebitanjest toplinskoonečišćenjerijekailijezera. Mi ćemo se o ovompoglavljubavitisamoovimprvim, odnosnoonečišćenjemuslijedizgaranjafosilnoggoriva. Izgaranje je proces u kojem se kemijskaenergijasadržana u gorivutransformira u unutrašnjuenergijukoja se opetdaljeiskorištava u raznimprocesima. Kodizgaranja u atmosferu se ispuštajuplinovikaoštosu CO, voda, NOx, različitiugljikovodici,... Odsvihnavedenihugljikdioksidivodanisudirektnootrovnizaljude. No oniizravnoutječusvojomkoncentracijomnazagrijavanjeatmosfere (apsorpcijatoplinskogzračenja u atmosferi). Vrstaisastavplinovanastalihuslijedizgaranjaovisi o sastavugorivakojeizgara u procesu. Elementikojičinevećinufosilnihgorivasuugljik, vodikisumpor. Ugljikmožeizgaratipotpunoidjelomično. U potpunomizgaranjuimamo CO2kaoproduktdokkoddjelomičnogizgaranjakaoproduktimamo CO. Upravozbog toga većiudio CO imamo u termoelektranamanaugljenjer je težeosiguratikvalitetnomiješanjegorivaizraka.

20. Utjecajtermoelektrananaokoliš • Izgaranjemvodikadobivamovodu, a izgaranjemsumpora SO2. Kodizgaranjatežimoštopotpunijemizgaranju. Dabismo to ostvarilicilj je imatištoboljemiješanjezrakaigoriva. Naravnoda je to najjednostavnijeostvaritikodplinskihgoriva, a najtežekodkrutog. Zaizgaranjepotrebno je osiguratiminimalnukoličinuzraka. O količinisumpora u produktimaizgaranjanajvišeovisiudiosumpora u samomgorivu. Dakletežimougljenuinaftisaštomanjesumpora. Koddušikainjegovihoksidagorivo ne utječetolikonaprodukcijuNOx-a. Istotakotrebaspomenutiiizuzetnovelikukoličinupepelakojegjednaprosječnatermoelektranaizbaci u okoliš. U svrhuzaštiteokoliša u posljednjihdesetakgodinadonijelo se mnoštvozakonaiodredabakoje bi trebalepridonijetismanjenjuzagađenjaokolišaiztermoelektrana. Jedanodglavnihparametara je kontrolaismanjenjesumpornihoksida. Postupakodsumporavanjamože se vršititakoda se odvajavećizgorivailiizprodukataizgaranja. Većiefekt se postižeukolikosumporoveoksideuklanjamoizprodukataizgaranja. Ovakvipostupcizahtijevajudodatnaulaganjakojaposkupljujuikrajnjucijenuelektričneenergije. Dušikovespojeve je najjednostavnijereduciratistupnjevanimizgaranjem. Na tajnačinmožemosmanjitiemisijudušičnihoksidazaoko 50%.

21. Utjecajtermoelektrananaokoliš • ProtokolomizKyotatermoelektrane bi se do kraja 2020. trebaleizbacitiizupotrebe.

22. Pogonska goriva za termoelektrane Ugljen: Nafta: Gas:

23. K R A J ! ! !