Com es produeix l'electricitat en una central tèrmica (CHP)

Les centrals tèrmiques es divideixen en estacions:

• segons el tipus de motor de propulsió: turbina de vapor, turbina de gas, amb motors de combustió interna;

• per tipus de combustible: amb combustible orgànic sòlid (carbó, llenya, torba), combustible líquid (oli, gasolina, querosè, gasoil), que funciona amb gas.

A les centrals tèrmiques, l'energia del combustible cremat es converteix en energia tèrmica, que s'utilitza per escalfar l'aigua de la caldera i generar vapor. L'energia del vapor impulsa una turbina de vapor connectada a un generador.

Les centrals tèrmiques en què el vapor s'utilitza íntegrament per produir electricitat s'anomenen centrals elèctriques de condensació (CES). Els potents IES es troben a prop de les zones de producció de combustible, allunyats dels consumidors d'electricitat, per tant l'electricitat es transmet a alta tensió (220 - 750 kV). Les centrals elèctriques es construeixen en blocs.

Les centrals elèctriques de cogeneració o les centrals combinades de calor i electricitat (CHP) són molt utilitzades a les ciutats.En aquestes centrals, el vapor parcialment esgotat a la turbina s'utilitza per a necessitats tecnològiques, així com per a la calefacció i l'aigua calenta en serveis residencials i comunals. La producció simultània d'electricitat i calor redueix el cost del subministrament d'electricitat i calor en comparació amb la producció separada d'electricitat i calor.

Les centrals tèrmiques utilitzen la calor generada per la combustió de combustibles fòssils com el petroli, el gas, el carbó o el fuel per produir grans quantitats de vapor d'alta pressió a partir de l'aigua. Com podeu veure, el vapor aquí, tot i actuar com a refrigerant des de l'era de les màquines de vapor, encara és perfectament capaç de fer girar un generador de turbina.

El vapor de la caldera s'alimenta a una turbina, amb un eix connectat a un generador de corrent altern trifàsic. L'energia mecànica de la rotació de la turbina es converteix en energia elèctrica del generador i es transmet als consumidors a la tensió del generador o a la tensió d'augment mitjançant transformadors augmentadors.

La pressió del vapor subministrat a la turbina és d'uns 23,5 MPa, mentre que la seva temperatura pot arribar als 560 ° C. I l'aigua s'utilitza en una central tèrmica precisament perquè s'escalfa amb el combustible orgànic fòssil típic d'aquestes plantes, les reserves del qual Es troben a les profunditats del nostre planeta encara són força grans, encara que donen un enorme negatiu en forma d'emissions nocives que contaminen el medi ambient.

Així doncs, el rotor giratori de la turbina està connectat aquí a l'induït d'un generador de turbina de gran potència (diversos megawatts) que finalment genera electricitat en aquesta central tèrmica.

Pel que fa a l'eficiència energètica, les centrals tèrmiques solen ser tals que la conversió de calor en electricitat s'hi realitza amb una eficiència d'aproximadament el 40%, mentre que una quantitat molt gran de calor en el pitjor dels casos simplement s'aboca al medi i en el pitjor dels casos, en el millor dels casos, es subministra immediatament a la calefacció i aigua calenta, el subministrament d'aigua als consumidors propers. Així, si la calor alliberada en una central elèctrica s'utilitza immediatament per al subministrament de calor, l'eficiència d'aquesta planta generalment arriba al 80% i l'estació s'anomena central de calor i energia combinada o TPP.

La turbina generadora més comuna d'una central tèrmica conté al seu eix una pluralitat de rodes amb pales separades en dos grups separats. El vapor sota la pressió més alta, el que es descarrega de la caldera, entra immediatament a la trajectòria de flux del grup electrògen, on gira el primer conjunt d'impulsors de paletes. A més, el mateix vapor s'escalfa més en un escalfador de vapor, després del qual entra al segon grup de rodes que funcionen a una pressió de vapor més baixa.

Com a resultat, la turbina, connectada directament al rotor del generador, fa 50 revolucions per segon (el camp magnètic de l'induït, que travessa el bobinatge de l'estator del generador, també gira a la freqüència corresponent). Per evitar que el generador s'escalfi durant el funcionament, l'estació disposa d'un sistema de refrigeració del generador que evita que s'escalfi.

A l'interior de la caldera d'una central tèrmica s'instal·la un cremador, on es crema el combustible, formant una flama d'alta temperatura. Per exemple, la pols de carbó es pot cremar amb oxigen.La flama cobreix una gran àrea d'una canonada amb una configuració complexa amb aigua que hi passa, que, quan s'escalfa, es converteix en vapor que escapa a l'exterior a alta pressió.

El vapor d'aigua que surt a alta pressió s'alimenta a les pales de la turbina, transferint-hi la seva energia mecànica. La turbina gira i l'energia mecànica es converteix en energia elèctrica. Superat el sistema de pales de la turbina, el vapor es dirigeix ​​al condensador, on, caient sobre les canonades amb aigua freda, es condensa, és a dir, torna a ser líquid: aigua. Aquesta central tèrmica s'anomena central de condensació (CES).

Les centrals de cogeneració (CHP), a diferència de les centrals de condensació (CES), contenen un sistema per extreure calor del vapor després que aquest hagi passat per la turbina i ja hagi contribuït a la producció d'electricitat.

El vapor es pren amb diferents paràmetres, que depèn del tipus de turbina en particular, i també es regula la quantitat de vapor extreta de la turbina. El vapor utilitzat per generar calor es condensa a les calderes de xarxa, on dóna la seva energia a l'aigua de la xarxa, i l'aigua es bombeja a les calderes d'aigua calenta de punta i punts de calefacció. A més, es subministra aigua al sistema de calefacció.

Si cal, l'extracció de calor del vapor a la central tèrmica es pot desactivar completament, aleshores la central combinada de calor i energia es convertirà en un simple IES. Així, la central tèrmica és capaç de funcionar en una de les dues modalitats: en mode tèrmic —quan la prioritat és generar calor, o en mode elèctric— quan la prioritat és l'electricitat, per exemple a l'estiu.