Jak se vyrábí elektřina v tepelné elektrárně (CHP)

Tepelné elektrárny se dělí na stanice:

• podle typu hnacího motoru — parní turbína, plynová turbína, se spalovacími motory;

• podle druhu paliva — s pevným organickým palivem (uhlí, palivové dříví, rašelina), kapalným palivem (olej, benzín, petrolej, nafta), na plyn.

V tepelných elektrárnách se energie spáleného paliva přeměňuje na tepelnou energii, která se využívá k ohřevu vody v kotli a výrobě páry. Parní energie pohání parní turbínu spojenou s generátorem.

Tepelné elektrárny, ve kterých se pára používá výhradně k výrobě elektřiny, se nazývají kondenzační elektrárny (CES). Výkonné IES jsou umístěny v blízkosti oblastí výroby paliva, vzdálené od spotřebitelů elektřiny, proto je elektřina přenášena vysokým napětím (220 — 750 kV). Elektrárny jsou stavěny v blocích.

Ve městech jsou hojně využívány kogenerační elektrárny nebo kombinované tepelné elektrárny (KVET).V těchto elektrárnách je pára částečně odsávaná v turbíně využívána pro technologické potřeby, dále pro vytápění a ohřev vody v bytových a komunálních službách. Současná výroba elektřiny a tepla snižuje náklady na dodávku elektřiny a tepla ve srovnání s oddělenou výrobou elektřiny a tepla.

Tepelné elektrárny využívají teplo vznikající spalováním fosilních paliv, jako je ropa, plyn, uhlí nebo topný olej, k výrobě velkého množství vysokotlaké páry z vody. Jak vidíte, pára zde, přestože funguje jako chladivo z dob parních strojů, je stále dokonale schopná roztáčet turbínový generátor.

Pára z kotle je přiváděna do turbíny s hřídelí napojenou na třífázový generátor střídavého proudu. Mechanická energie rotace turbíny je přeměněna na elektrickou energii generátoru a přenášena ke spotřebitelům při napětí generátoru nebo při zvýšení napětí prostřednictvím stupňovitých transformátorů.

Tlak přiváděné páry v turbíně je asi 23,5 MPa, přičemž její teplota může dosáhnout 560 °C. A voda se v tepelné elektrárně používá právě proto, že je ohřívána fosilním organickým palivem typickým pro takové elektrárny, jejichž zásoby jsou v hlubinách naší planety jsou stále poměrně velké, i když dávají obrovské mínus v podobě škodlivých emisí, které znečišťují životní prostředí.

Takže rotující rotor turbíny je zde napojen na kotvu turbínového generátoru o obrovském výkonu (několik megawattů), který nakonec vyrábí elektřinu v této tepelné elektrárně.

Tepelné elektrárny jsou z hlediska energetické účinnosti obecně takové, že přeměna tepla na elektřinu se na nich provádí s účinností cca 40 %, přičemž velmi velké množství tepla v nejhorším případě jednoduše vymrští do okolí a v nejhorším případě - v nejlepším případě je okamžitě dodáván do topení a teplé vody, zásobování vodou blízkým spotřebitelům. Pokud je tedy teplo uvolněné v elektrárně okamžitě využito pro dodávku tepla, pak účinnost takového zařízení obecně dosahuje 80 % a stanice se nazývá kombinovaná teplárna nebo TPP.

Nejběžnější generátorová turbína tepelné elektrárny obsahuje na svém hřídeli množství kol s lopatkami rozmístěnými ve dvou samostatných skupinách. Pára pod nejvyšším tlakem, která je vypouštěna z kotle, okamžitě vstupuje do průtokové dráhy generátorového soustrojí, kde roztáčí první sadu lopatkových oběžných kol. Kromě toho je stejná pára dále ohřívána v parním ohřívači, načež vstupuje do druhé skupiny kol pracujících s nižším tlakem páry.

Výsledkem je, že turbína, připojená přímo k rotoru generátoru, dělá 50 otáček za sekundu (magnetické pole kotvy, které protíná statorové vinutí generátoru, se také otáčí s odpovídající frekvencí). Aby se generátor během provozu nepřehříval, má stanice chladicí systém generátoru, který zabraňuje jeho přehřátí.

Uvnitř kotle tepelné elektrárny je instalován hořák, na kterém se spaluje palivo tvořící vysokoteplotní plamen. Například uhelný prach lze spalovat kyslíkem.Plamen pokrývá velkou plochu potrubí se složitou konfigurací, kterou prochází voda, která se po zahřátí stává párou unikající ven pod vysokým tlakem.

Vodní pára vytékající pod vysokým tlakem je přiváděna k lopatkám turbíny a předává jí svou mechanickou energii. Turbína se otáčí a mechanická energie se přeměňuje na elektrickou energii. Překonáním soustavy lopatek turbíny je pára nasměrována do kondenzátoru, kde po dopadu na potrubí se studenou vodou kondenzuje, to znamená, že se opět stává kapalinou - vodou. Taková tepelná elektrárna se nazývá kondenzační elektrárna (CES).

Kogenerační jednotky (KVET) na rozdíl od kondenzačních elektráren (CES) obsahují systém pro získávání tepla z páry poté, co prošla turbínou a již přispěla k výrobě elektřiny.

Pára je odebírána s různými parametry, které závisí na typu konkrétní turbíny a reguluje se také množství páry odebírané z turbíny. Pára odebraná k výrobě tepla kondenzuje v kotlích sítě, kde předává svou energii vodě v síti a voda je čerpána do špičkových teplovodních kotlů a topných bodů. Kromě toho je voda dodávána do topného systému.

V případě potřeby lze odběr tepla z páry v tepelné elektrárně zcela vypnout, pak se z kombinované výroby tepla a elektřiny stane jednoduchý IES. Tepelná elektrárna tak může pracovat v jednom ze dvou režimů: v tepelném režimu – kdy je prioritou výroba tepla, nebo v elektrickém režimu – kdy je prioritou elektřina, například v létě.