Energetika sa zaoberá výrobou a rozvodom elektrickej energie.
  • výroba elektrickej energie - zaoberá sa výrobou elektrickej energie v klasických a nekonvenčných elektrárňach
  • rozvod elektrickej energie - rieši prenos a dodávku elektrickej energie z elektrární až k odberateľom

6.1.2 Tepelné elektrárne

 

Tepelná elektráreň je typ elektrárne, ktorá na zabezpečenie pohybu rotora využíva silu pary. Paru získa zohrievaním vody v kotli využívnaím paliva (tuhého, plynného, kvpalného).

Principiálna schéma tepelnej elektrárne

Hlavné technologické zariadenia tepelnej elektrárne

Kotol

mení napájaciu vodu z nádrže na presýtenú paru (12,6 MPa, 546 stup. celzia) vstupujúcu do turbíny.
Výkon kotla je 400 t pary za hodinu a jeho výška je 100 m. Kotol sa skladá z : - horáky
- rošt
- odtroskovacie a odpopolčekovacie zariadenie
- ventilátory (vzduchové, dymové)
- ohrievače vzduchu na zefektívnenie horenia
- kontrolné a meracie prístroje na kontrolu spaľovania
- zariadenie na reguláciu spalovania
- vlastný kotol (bubny, komory, rúrky) - vchádza doňho napájacia voda
- ohrievač - zohrieva napájaciu vodu
- výparník - mení vodu na paru
- prehrievač - zvyšuje teplotu a tlak pary
- nosná konštrukcia
- schody
- balkóny
- zásobník paliva
- uhoľné mlyny
- potrubia
- komín

Kotly podľa spôsobu prechodu vody a pary delíme na:

Parná turbína

Mení energiu pary na mechanickú energiu.

Jej základnými pracovnými časťami sú dve kolesá :
Z hľadiska spracovania pary, má tri časti: Do prvej časti turbíny - vysokotlakej - vstupuje kvalitná, suchá para s veľmi dobrými parametrami (12,6 MPa, 546 oC). Tieto kvalitné parametre docielime priamym ohrevom v kotle. Parametre pary sú dané teplotou a tlakom. Podľa ich hodnôt môže byť para suchá, vlhká, alebo mokrá.
Lopatky vo vysokotlakej časti turbíny sú najkratšie, lebo para je suchá. Tu para expanduje asi na dvojtretinové hodnoty.
So zníženými, ale ešte stále dobrými parametrami vstupuje para do stredotlakej časti turbíny. Lopatky v stredotlakej časti turbíny sú dlhšie, lebo para je vlhká. Para tu opäť expanduje a získa asi tretinové hodnoty.
S tretinovými parametrami vstupuje para do nízkotlakej časti turbíny. Lopatky v nízkotlakej časti turbíny sú najdlhšie, lebo para je mokrá. Para opäť expanduje, ale po expanzii je para veľmi mokrá a na zaistenie potrebného točivého momentu by potrebovala také veľké lopatky, aké sú konštrukčne nemožné. Preto je para ďalej nepoužiteľná a vstupuje do kondenzátora.

Kondenzátor

Je to neekonomické, ale nevyhnutné zariadenie skvapaľňujúce paru, to znamená, že čo pracne zohrejeme v kotli, kondenzátor nenávratne ochladí.
Je to sústava rúrok, ktorými prúdi studená voda (0,6 m3 vody/s) a na stenách sa zráža prichádzajúca para.
V okruhu beží sústava guličiek služiacich na čistenie rúrok od vodného kameňa.
Chladiaci okruh treba dopĺňať. S narastajúcim výkonom rastie množstvo dopĺňanej vody.

Čerpadlá

V elektrárni pracujú čerpadlá : - prečerpávajú napájaciu vodu z nádrže do kotla - prečerpávajú skondenzovanú vodu z kondenzátora do nádrže - preháňajú chladiacu vodu z chladiacej veže cez kondenzátor
Všetko sú to odstredivé čerpadlá zálohované na 50%. Sú poháňané elektrickým, alebo mechanickým pohonom z hriadeľa.

Generátor

Je to synchrónny generátor pracujúci na princípe premeny mechanickej energie na elektrickú. (viď. kapitola "Elektrické stroje")

Transformátor

Je to elektrický netočivý stroj (viď. kapitola "Elektrické stroje") premieňajúci - transformujúci vyrobené napätie 15,6 kV na napätie vn alebo vvn (110kV alebo 400 kV).

Chladiaca veža

Je to 100m vysoké betónové teleso zabezpečujúce ochladzovanie chladiacej vody. Chladiaca voda zohriata v kondenzátore je privedená až na vrchol veže, odkiaľ samospádom padá dole. Dostačujúca výška a betón zabezpečia požadované ochladenie. Ak by bola vonkajšia teplota vysoká - leto, dochladzuje sa ventilátormi. Voda padá do bazéna a odtiaľ je čerpadlom vháňaná do kondenzátora.

Okruhy tepelnej elektrárne

Treba podotknúť, že pod týmto pojmom si treba predstaviť "časti" tepelnej elektrárne a nesmieme si to zamieňať s okruhmi jadrovej elektrárne, kde pojem "okruh" má úplne iný význam.
  • palivo, škvára

  • vzduch, spaliny

  • voda, para

  • chladiaca voda

  • elektrická energia

  • Palivo, škvára

    Palivo

    Palivo je zdrojom tepla, ktoré je potrebné na ohrievanie vody v kotli a na jej následnú premenu na paru. Základnou veličinou charakterizujúcu kvalitu paliva je výhrevnosť paliva Qn.
    Palivá rozdeľujeme na:
    - tuhé - uhlie, rašelina, lignit - Qn = 22 000 KJ/kg
    - kvapalné - ropa – vykurovacie oleje - Qn = 42 000 KJ/kg
    - plynné - zemný plyn - Qn = 28 000 KJ/kg

    Doprava paliva
    Spôsob dopravy paliva do elektrárne závisí najmä od vzdialenosti medzi elektrárňou a zdrojom paliva.
    - pásový dopravník sa používa v tom prípade, ak je elektráreň od bane vzdialená do 1 km. (tepláreň Handlová)
    - lanovka sa používa v tom prípade, ak je elektráreň od bane vzdialená do desiatok kilometrov
    - železnica sa používa v tom prípade, ak je elektráreň od bane vzdialená viac ako desiatky kilometrov
    - loď sa používa v tom prípade, ak je elektráreň od bane vzdialená viac ako desiatky kilometrov

    Skládka paliva
    Veľkosť skládky paliva taktiež závisí od vzdialenosti elektrárne od zdroja paliva.
    Nemôže byť malá, musí rátať so situáciou, že dodávka bude z nejakých dôvodov prerušená, ale nemôže byť ani veľmi veľká z dôvodu strát na skládke a z dôvodu záberu značného priestoru.
    Straty na skládke sú:
    - mechanické - rozdrtenie uhlia, odfúknutie vetrom, zmytie dažďom
    - chemické - zvetrávanie uhlia, samovznietenie uhlia, ktoré vzniká najmä pri veľkom množstve uhlia na jednej kope
    Ak je vzdialenosť elektrárne od zdroja paliva:
    - desiatky kilometrov - rezerva je 2-4 dni
    - stovky kilometrov - rezerva je 1-2 mesiace (napr.Vojany - 60 dní)

    Škvára

    Škvára je odpad, ktorý vzniká pri spaľovnaí uhlia.Predadá cez rošt do výsypky a buď sa sprchuje von, alebo sa využíva ako sekundárna surovina v podobe ekologického posypu na cestách v zime, alebo po úprave ako antuka na ihriskách.

    Vzduch, spaliny

    Vzduch

    Vzduch je nevyhnutný pri procese horenia. Aby v kotli palivo horelo, je potrebná prítomnosť vzduchu. Vzduch sa do kotla vháňa dúchadlami. Ak by sme chceli proces horenia zefektívniť, je možné vháňaný vzduch ohrievať, na čo sa využívajú spaliny. Nazýva sa to sekundárny ohrev.

    Spaliny

    Sú to splodiny, ktoré vznikajú pri horení. Buď cez filter komína unikajú do ovzdušia, alebo situáciu že sú horúce, využívame na sekundárny ohrev vzduchu. Znamená to, že v komíne, ktorým unikajú horúce spaliny je rúra, ktorou je vháňaný vzduch.

    Voda, para

    Voda

    Napájacia voda, ktorá je vháňaná do kotla je chemicky upravená, čistá, zbavená nečistôt, solí a minerálov.

    Para

    Napájacia voda sa v kotli mení na suchú paru, s veľmi dobrými parametrami : tlak je 12,6 MPa a teolota je 546 oC.

    Chladiaca voda

    Je potrebná na kondenzáciu pary, ktorá sa už nedá v turbíne spracovať z dôvodu vysokej vlhkosti.
    Chladiaca voda cirkuluje v rúrkach kondenzátora. Pri styku pary so studenými rúrkami (26oC ) sa para kondenzuje, čiže sa na rúrkach zráža, pričom sa chladiaca voda v rúrkach ohrieva (13oC ). Z tohoto dôvodu je treba zohriatu chladiacu vodu chladiť. Robí sa to :

    Elektrická energia

    Je to okruh, kde sa na rotore synchrónneho generátora indukuje napätie (15,6 kV), v transformátore sa transformuje na 400 kV alebo 110 kV a vedením (vonkajším alebo káblovým) sa prenáša a distribuuje až k odberateľovi.

    Vlastná spotreba (spotreba potrebná na zabezpečenie vlastného chodu) tepelnej elektrárne je 6-12 %.
    Účinnosť tepelnej elektrárne je 40%.

    Tepelné elektrárne na Slovensku

    Elektrárne Vojany - EVO

    Elektráreň je vzdialená 80 km od Košíc. Má dva bloky : EVO 1 a EVO 2. Obe majú 6 generátorov . Výkon každého z nich je 110 MW.
    EVO1:
    palivo: uhlie
    kotol: bubnový, s prirodzenou cirkuláciou a výkonom 350 t pary za hodinu
    turbína: trojtelesová (VT,ST,NT)
    generátor: 6 x 110 MW

    EVO2:
    palivo: pôvodne tuhé, neskôr mazut a v súčasnosti zemný plyn
    kotol: bubnový, s prirodzenou cirkuláciou a výkonom 355 t pary za hodinu
    turbína: trojtelesová (VT,ST,NT)
    generátor: 6 x 110 MW

    Elaktrárne Nováky - ENO

    Má dva bloky: ENO A a ENO B.
    Pričom ENO B má štyri bloky : ENO B1, ENO B2, ENO B3, ENO B4.
    ENO A pracovala v jednotlivých rokoch s nasledujúcimi výkonmi:
    - r. 1953 - 128,8 MW
    - r. 1957 - 178,8 MW
    - r. 1996 - 1 x 28MW, 2 x 22,4 MW, 2x 32 MW
    - r. 1987 - funguje ako tepelný napájač do Prievidze s tepelným výkonom 137 MWt. Na trase 13,2 km vykuruje 15 000 bytov.
    ENO B ako palivo pôvodne používala hnedé uhlie, neskôr lignit, až na koniec prešla na ťažký vykurovací olej s výhrevnosťou Qn = 41,6 MJ/kg.
    Výkony jednotlivých blokov sú nasledovné:
    ENO B1 - 2x 110 MW
    ENO B2 - 2x 110 MW
    ENO B3- 2x 110 MW
    ENO B4 - 2x 110 MW

    Tepláreň Handlová

    Pôvodne to bola elektráreň pre potreby banskej výroby. Pracovala s tromi kotlami s tepelnými výkonmi 40tpary / hodinu. Na každý kotol prináležal jeden generátor s výkonom 34 MW. Neskôr bol jeden kotol vymenený za fluidný.
    Ako palivo používa hnedouholný hruboprach, ktorý je do elektrárne z blízkej bane dopravovaný pásovým dopravníkom.
    Keďže je to tepláreň, jej prvoradou úlohou je tepelný výkon a až podľa požiadaviek na tepelný výkon sa reguluje elektrický výkon.
    V súčasnosti sa prešlo na súčasnú výroba elektrickej energie a tepla v elektrárni Nováky a v teplárni Handlová. Pri výrobe sa používa kogeneračná jednotka. Je to

    Tepelná energia Košice - TEKO

    Pomocou horúcovodného a parného obvodu ( 136km dlhého )zabezpečuje zásobovanie Košíc teplom.
    Obvod je vytvorený z:
    - parný kotol - s výkonom kotla 2x 160tpary / hodinu a tepelným výkonom Pt = 217,3MW
    - horúco vodný kotol - s výkonom kotla 2x 160tpary / hodinu a tepelným výkonom Pt = 116,3MW
    - kondenzačno odberový kotol - s elektrickým výkonom Pe = 66MW
    - horúcovodný kotol HK4 s tepelným výkonom Pt = 140MW nahradil pôvodné 3 kotly
    Ako palivo používa antracitné čierne uhlie.
    Na primárny horúcovodný a parný obvod je napojených 430 výmenných staníc tepla zásobujúcich 80 000 bytov a niekoľko priemyselných závodov.

    Kontrolné otázky:

    1.Nakreslite principiálnu schému tepelnej elektrárne aj s pomenovaním jej prvkov.
    2.Charakterizujte hlavné technologické zariadenia tepelnej elektrárne.
    3.Charakterizujte jednotlivé okruhy tepelnej elektrárne.
    4.S akou účinnosťou pracuje tepelná elektráreň?

    Na začiatok