Kuidas toodetakse elektrit soojuselektrijaamas (CHP)

Soojuselektrijaamad jagunevad jaamadeks:

• jõumootori tüübi järgi — auruturbiin, gaasiturbiin, sisepõlemismootoritega;

• kütuseliigi järgi — tahke orgaanilise kütusega (kivisüsi, küttepuud, turvas), vedelkütusega (õli, bensiin, petrooleum, diislikütus), gaasiga töötav.

Soojuselektrijaamades muundatakse põletatud kütuse energia soojusenergiaks, mida kasutatakse boileris oleva vee soojendamiseks ja auru tekitamiseks. Auruenergia juhib generaatoriga ühendatud auruturbiini.

Soojuselektrijaamu, milles elektri tootmiseks kasutatakse täielikult auru, nimetatakse kondensatsioonielektrijaamadeks (CES). Võimsad IES asuvad kütuse tootmispiirkondade läheduses, elektritarbijatest eemal, mistõttu elektrit edastatakse kõrgepingel (220 — 750 kV). Elektrijaamad on ehitatud plokkidena.

Linnades kasutatakse laialdaselt koostootmiselektrijaamu ehk soojuse ja elektri koostootmisjaamu (CHP).Nendes elektrijaamades kasutatakse turbiinist osaliselt välja lastud auru tehnoloogilisteks vajadusteks, samuti kütteks ja sooja vee valmistamiseks elamutes ja kommunaalteenustes. Elektri ja soojuse samaaegne tootmine vähendab elektri ja soojuse tarnimise kulusid võrreldes elektri ja soojuse eraldi tootmisega.

Soojuselektrijaamad kasutavad fossiilkütuste, nagu nafta, gaasi, kivisöe või kütteõli põletamisel tekkivat soojust, et toota veest suures koguses kõrgsurveauru. Nagu näete, on siinne aur, vaatamata sellele, et see toimib aurumasinate ajastu jahutusvedelikuna, endiselt täiesti võimeline turbiingeneraatorit keerama.

Katla aur juhitakse turbiini, mille võll on ühendatud kolmefaasilise vahelduvvoolu generaatoriga. Turbiini pöörlemise mehaaniline energia muundatakse generaatori elektrienergiaks ja edastatakse tarbijatele generaatori pingel või tõusupingel läbi astmetrafode.

Tarbitava auru rõhk turbiinis on umbes 23,5 MPa, samas kui selle temperatuur võib ulatuda 560 ° C-ni. Ja vett kasutatakse soojuselektrijaamas just seetõttu, et seda soojendatakse sellistele jaamadele omase fossiilse orgaanilise kütusega, mille varud on on meie planeedi sügavustes endiselt üsna suured, kuigi annavad tohutu miinuse keskkonda saastavate kahjulike heitmete näol.

Seega on turbiini pöörlev rootor siin ühendatud tohutu võimsusega (mitu megavatti) turbiingeneraatori armatuuriga, mis toodab lõpuks selles soojuselektrijaamas elektrit.

Soojuselektrijaamad on energiatõhususe poolest üldiselt sellised, kus soojuse muundamine elektrienergiaks toimub neil umbes 40% kasuteguriga, samas kui väga suur kogus soojust paiskub halvimal juhul lihtsalt keskkonda ning halvimal juhul - parimal juhul antakse see koheselt kütte- ja soojaveega, veevarustusega lähedalasuvatele tarbijatele. Seega, kui elektrijaamas eralduv soojus läheb koheselt ära soojusvarustuseks, siis sellise jaama kasutegur ulatub üldjuhul 80%ni ning jaama nimetatakse soojuse ja elektri koostootmisjaamaks ehk TPP-ks.

Soojuselektrijaama kõige tavalisema generaatori turbiini võllil on palju rattaid, mille labad on paigutatud kahte eraldi rühma. Kõrgeima rõhu all olev aur, mis katlast välja lastakse, siseneb kohe generaatori vooluteele, kus see pöörab esimese tiivikute komplekti. Lisaks kuumutatakse sama auru edasi auruküttekehas, misjärel see siseneb teise rataste rühma, mis töötab madalama aururõhuga.

Selle tulemusena teeb otse generaatori rootoriga ühendatud turbiin 50 pööret sekundis (vastaval sagedusel pöörleb ka armatuuri magnetväli, mis läbib generaatori staatori mähist). Generaatori ülekuumenemise vältimiseks töö ajal on jaamas generaatori jahutussüsteem, mis takistab selle ülekuumenemist.

Soojuselektrijaama katla sisse on paigaldatud põleti, millel põletatakse kütust, moodustades kõrge temperatuuriga leegi. Näiteks saab söetolmu hapnikuga põletada.Leek katab suure osa keeruka konfiguratsiooniga torust, mida läbib vesi, mis kuumutamisel muutub kõrge rõhu all väljapoole väljuvaks auruks.

Kõrge rõhu all välja voolav veeaur juhitakse turbiini labadele, kandes sellele üle oma mehaanilise energia. Turbiin pöörleb ja mehaaniline energia muundatakse elektrienergiaks. Turbiinilabade süsteemist üle saades suunatakse aur kondensaatorisse, kus külma veega torudele langedes see kondenseerub ehk muutub uuesti vedelikuks – veeks. Sellist soojuselektrijaama nimetatakse kondensatsioonielektrijaamaks (CES).

Soojuse ja elektri koostootmisjaamad (CHP), erinevalt kondensatsioonielektrijaamadest (CES), sisaldavad süsteemi, mis eraldab soojust aurust pärast seda, kui see on läbinud turbiini ja on juba aidanud kaasa elektrienergia tootmisele.

Auru võetakse erinevate parameetritega, mis sõltub konkreetse turbiini tüübist, samuti reguleeritakse turbiinist võetava auru kogust. Soojuse tootmiseks võetav aur kondenseerub võrgukateldes, kus see annab oma energia võrguvette ning vesi pumbatakse kuumavee tippkateldesse ja küttepunktidesse. Lisaks antakse vesi küttesüsteemi.

Vajadusel saab soojuselektrijaamas aurust soojuse ammutamise täielikult välja lülitada, siis saab soojuse ja elektri koostootmisjaamast lihtne IES. Seega on soojuselektrijaam võimeline töötama ühel kahest režiimist: soojusrežiimil – kui prioriteet on soojuse tootmine, või elektrirežiimil – kui prioriteet on elekter, näiteks suvel.