Vodní a tepelné elektrárny - Princip tepelné elektrárny

k navigaci

Energie z fosilních paliv byla a je - stejně jako jaderná energetika v novodobé historii 20. a 21. století - nepostradatelnou od nepaměti. Také výroba elektrické energie byla od samého počátku v rozhodující míře závislá na spalování uhlí, později i ropných produktů a zemního plynu. Podíl klasických uhelných elektráren na světové výrobě elektřiny je rozhodující dodnes.

Základní princip

V uhelných elektrárnách se tepelná energie získává spalováním uhlí; tato energie se předává vodě. Pára poté roztáčí parní turbínu a ta zase alternátor vyrábějící elektřinu. Na stejném principu pracují kromě uhelných elektráren i elektrárny spalující mazut, zemní plyn nebo - do jisté míry - i jaderná elektrárna.

Provoz tepelné elektrárny spalující uhlí tvoří několik okruhů: okruhy paliva, vzduchu a kouřových plynů, strusky a popela, vody a páry a okruh výroby elektřiny.

Uhlí předá svou energii v podobě tepla

Uhlí se do elektrárny dopravuje pásovými dopravníky (v případě hnědého uhlí většinou přímo z povrchových dolů v sousedství), popř. po železnici. Spotřeba uhlí závisí na jeho výhřevnosti (na jednu vyrobenou MW_h se spálí asi 1 tuna uhlí). Po rozemletí na uhelný prášek a po jeho vysušení je pak palivo ventilátory spolu se vzduchem vháněno do hořáků kotle. Kromě roštových a práškových ohnišť se používají i moderní fluidní kotle různých typů. Jedním z nich jsou fluidní kotle se spalováním ve vznosu, tj. v cirkulujícím loži (jemně mleté uhlí se v proudu vzduchu chová jako vroucí kapalina). Hoření je zde velmi rychlé a snadno regulovatelné. Účinnost spalování dosahuje až 99 %, tepelná účinnost až 92 %.

Po vyhoření paliva padá část popela do spodního prostoru ohniště jako struska; ta se dopravuje na úložiště odpadu - na odkaliště. Část popela, která je v podobě jemných částeček unášena ve spalinách, se zachycuje v elektroodlučovačích. Prakticky ve všech českých tepelných elektrárnách spalujících uhlí je instalováno i zařízení, které ze spalin odděluje oxidy síry a dusíku.

Teplo umožní přeměnu vody na páru

Do kotle je napájecími čerpadly dodávána chemicky upravená voda (jsou z ní především odstraněny minerální složky). Nejprve se v ekonomizéru předehřeje, poté vstupuje do výparníku kde se mění na páru. Vzniklá sytá pára však obsahuje příliš málo energie a je proto dále ohřívána spalinami v tzv. přehřívácích na teplotu sahající až k 550 °C. Tato tzv. ostrá pára pak proudí do turbíny.

Pára roztočí turbínu a alternátor

Pára svou vnitřní energii předává nejdříve ve vysokotlakém, poté v nízkotlakém díle parní turbíně, kterou roztáčí. Pro vyšší účinnost se pára po průchodu částí turbíny vede zpět do kotle k tzv. mezipřihřátí, při kterém se opět zvýší teplota, a pak se znovu zavede do střednětlaké a nízkotlaké části turbíny. Když pára odevzdá využitelnou energii, kondenzuje v kondenzátoru a vrací se zpět do kotle. Odebrané teplo se ve vnějším okruhu odvádí z elektrárny do řeky či prostřednictvím chladicích věží do ovzduší.

První prakticky použitelnou parní turbínu sestrojil roku 1883 švédský inženýr Gustav Laval (více než 30 000 otáček za minutu), první přetlakovou turbínu sestrojil o rok později anglický inženýr Ch. A. Parsons (výkon 3 kW).

Dynama nahradily alternátory

Při výrobě elektrické energie byl po zavedení střídavého proudu původní stejnosměrný generátor, tj. dynamo, vystřídán třífázovým synchronním alternátorem složeným ze statoru a rotoru. Hřídel alternátoru je připojena ke hřídeli turbíny (společně tvoří turbosoustrojí). Celá jednotka se otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu. Elektřina vyrobená z generátoru má napětí 10-15 kV. Odvádí se do blokového transformátoru a transformuje se na velmi vysoké napětí (400 kV). Od vývodového blokového transformátoru se odvádí venkovním vedením do rozvodné sítě.

Blokové uspořádání

Elektrárna se skládá z několika tzv. výrobních bloků. Elektrárenský výrobní blok znamená samostatnou jednotku skládající se z kotle, navazující turbíny a příslušenství, z generátoru, odlučovačů popílku, chladicí věže a blokového transformátoru. Společná je celé elektrárně správní budova, tzv. uhelné a vodní hospodářství, komín elektrická síť za blokovými transformátory.

Hlavními výrobními bloky uhelných elektráren jsou bloky 210 MW (elektrárny Tušimice II, Počerady, Prunéřov 2, Chvaletice a Dětmarovice). Blokem s největším instalovaným výkonem je blok v Elektrárně Mělník (Mělník III), blok 500 MW.

Elektřinu či teplo? Nebo obojí?

Klasické elektrárny se dělí na elektrárny kondenzační a na teplárny. Kondenzační elektrárny slouží pouze k výrobě elektřiny, tzn., že veškerá pára přivedená do turbíny po vykonání práce zkondenzuje na vodu v kondenzátoru. Teplárny na rozdíl od kondenzačních elektráren dodávají kromě elektrické energie i energii tepelnou na vytápění, ohřev vody apod. (horká pára je z turbíny vedena k tepelným spotřebičům). Výhodou tepláren je vyšší hospodárnost, nevýhodou je skutečnost, že elektrický výkon je závislý na okamžitém odběru páry tepelnými spotřebiči. Nevýhodou je i to, že je lze budovat jen v místech koncentrovanější spotřeby tepla.

Kombinovaná výroba elektřiny a tepla není sama o sobě zdrojem energie, ale prostředkem k dosažení úspor. Může jako zdroj využívat nejen domácí energetické uhlí, ale i další domácí paliva jako je sláma, dřevní odpad a další typy biomasy, a to jak ve větších zdrojích, tak v malých jednotkách lokálního významu. V ČR je v provozu několik desítek kotlů s výkonem nad 50 MW_t. Většinou jde o roštové kotle často vysokého stáří. Rekonstrukce na kogenerační systémy s fluidním spalováním je sice technickým řešením, nicméně řešením vyžadujícím poměrně vysoké pořizovací náklady.

První elektrárnu spustil Edison

Stavbou elektrických strojů se vedle vývoje elektrické žárovky a dalších zařízení zabýval americký vynálezce a podnikatel Thomas Alva Edison. Ten také v roce 1882 uvedl do provozu v New Yorku první elektrárnu na světě, která zásobovala elektřinou obyvatelstvo na ryze ekonomickém základě. Dynamo poháněné parním strojem dodávalo stejnosměrné napětí 110 V a poskytovalo dostatečný výkon pro tisíc Edisonových žárovek. Druhá soustava, uvedená do provozu také v roce 1882 v New Yorku v Pearl Street pracovala na podobném principu, avšak šest dynamoelektrických strojů mohlo zásobit až šest tisíc žárovek. První veřejnou elektrárnu v Čechách vybudoval český vynálezce a podnikatel František Křižík v Praze na Žižkově. Zpočátku (elektrárna byla v provozu od roku 1889) zde pracovala čtyři dynama, později osm dalších.

nahoru