Elektrownia to nic innego, jak zakład, w którym wytwarza się energię elektryczną. Zazwyczaj odbywa się to dzięki przetwarzaniu innych typów energii. Najpopularniejsze wśród nich są elektrociepłownie, a więc elektrownie cieplne konwencjonalne lub jądrowe. Jakie są zasady działania elektrowni cieplnej?
Ciepłownia — zasada działania
Ciepłownia to zakład, w którym najważniejsze jest wytworzenie i dostarczenie wody o wysokiej temperaturze. Podgrzewanie wody następuje w kotłach. Wykorzystuje się do tego różne rodzaje paliw, np. biomasę, węgiel czy gaz. Woda, która wcześniej została podgrzana w kotle, przepływa przez wymiennik ciepła. Podczas tej czynności oddaje ciepło wodzie krążącej w systemie ciepłowniczym. Tak podgrzana woda zostaje rozdystrybuowana do budynków na terenie całego miasta.
Elektrownia — zasada działania
Całkowicie innym zakładem jest elektrownia. Tam powstaje energia elektryczna. Cały proces przebiega nieco podobnie do tego, co dzieje się w ciepłowni. Chodzi przede wszystkim o to, że do wytworzenia prądu, jak i ciepłej wody, niezbędne jest spalanie paliwa w kotłach. Tutaj również wykorzystuje się najczęściej gaz, węgiel, biomasę czy olej. Uzyskane w kotle w wyniku spalania ciepło sprawia, że woda zostaje podgrzana w obiegu zamkniętym. Efektem tego jest odparowanie wody i powstanie pary wodnej o wysokim ciśnieniu. Kolejnym etapem jest przepłynięcie pary przez turbinę, w której następuje rozprężenie. To z kolei wprawia w ruch obrotowy wał turbiny. Z turbiny do generatora przekazywana jest praca mechaniczna wałem, a tam właśnie powstaje energia elektryczna. Wylotowa para wychodząca z turbiny schładzana jest w skraplaczu. W elektrowni może być on chłodzony np. wodą z rzeki. W skraplaczu para zamienia się z powrotem w wodę, która kierowana jest z powrotem w stronę kotła. To sprawia, że cykl produkcyjny się powtarza.
Elektrownia nie wytwarza tyle energii elektrycznej, co energii cieplnej. Jak się okazuje, jedynie 35% energii cieplnej zostaje realnie przetworzone w prąd, a aż 65% jest bezpowrotnie tracone do otoczenia. Patrząc na całość z ekologicznego punktu widzenia, jest to bardzo niekorzystne zjawisko. Negatywnym skutkiem takiego działania jest znaczne podwyższenie temperatury środowiska, choćby rzeki, z której pobierana jest woda do skraplacza. Dodatkowo elektrownie przyczyniają się do większej emisji gazów oraz zmian w biosferze.
Jak się okazuje, rozdzielona produkcja ciepłej wody i energii elektrycznej wypada znacznie korzystniej, kiedy się ją połączy. Z tego też powodu powstały elektrociepłownie.
Elektrociepłownia — zasada działania
Zastanawiasz się, jak działa elektrociepłownia? Zasada działania jest bardzo podobna, jak w przypadku elektrowni. Jedyna i najważniejsza różnica polega na tym, że te 65% niewykorzystanego ciepła, która marnowałaby się w przypadku elektrowni, w elektrociepłowni odbierane jest w skraplaczu i przekazywane do sieci ciepłowniczej. W wyniku tego 65% ciepła wykorzystane jest do ogrzewania pomieszczeń, a także jako ciepła woda użytkowa.
Produkowanie jednocześnie ciepła oraz energii elektrycznej w jednym układzie technologicznym nazywane jest produkcją skojarzoną, czyli kogeneracją.
Żeby zobrazować, jak dużo lepsze jest to rozwiązanie, można porównać produkcję skojarzoną oraz produkcję rozłączną. W przypadku tej pierwszej, do wyprodukowania 35 jednostek prądu oraz 50 jednostek energii cieplnej w elektrociepłowni wystarczy zużyć 100 jednostek paliwa. W przypadku produkcji rozdzielonej do wyprodukowania tych samych ilości trzeba zużyć aż 148 jednostek paliwa.
Tradycyjne elektrownie cieplne składają się z wielu elementów, które w ogóle pozwalają na przeprowadzenie tak skomplikowanych procesów. Oto one:
- boljer — jest to przestrzeń, gdzie woda zamienia się w parę w procesie spalania paliwa. Tutaj energia chemiczna przechodzi w energię cieplną.
- cewki — są to rury, przez które przepływa woda, a tym samym zamienia się w parę. Między cewkami następuje wymiana ciepła pomiędzy wodą a spalinami.
- turbina parowa — jest to specjalistyczna maszyna, która zbiera parę wodną. Dzieje się to przy pomocy systemu ciśnienia i temperatury. Taka turbina może pochwalić się zwykle kilkoma korpusami, średnim ciśnieniem, wysokim ciśnieniem oraz niskim ciśnieniem. Sprawia to, że można maksymalnie wykorzystać parę wodną.
- generator — urządzenie to zbiera energię mechaniczną powstającą dzięki wałowi turbiny, a następnie zamienia ją w energię elektryczną w procesie indukcji elektromagnetycznej. Generator połączony jest z wałami, a one z kolei przechodzą przez różne ciała. Elektrownia jest w stanie przetworzyć energię mechaniczną pochodzącą z wału na trójfazowy prąd przemienny.
Wpływ elektrociepłowni na środowisko naturalne
Nie da się ukryć, że elektrociepłownie mają spory wpływ na środowisko naturalne. Przede wszystkim można wyróżnić dwa główne sposoby: wymianę ciepła oraz odprowadzanie odpadów do atmosfery. W tym pierwszym przypadku elektrociepłownie najczęściej powodują nadmierne nagrzewanie się rzek czy oceanów. Można ten problem rozwiązać przy pomocy systemów chłodniczych. W ten sposób chłodzi się wodę, zanim ta przedostanie się do rzeki.
W drugim przypadku spalanie paliw doprowadza do powstawania cząsteczek, które samoistnie przedostają się do atmosfery. Może to uszkodzić trwale środowisko Ziemi. Nic więc dziwnego, że takie miejsca mają dość wysokie kominy. Mogą one rozpraszać szkodliwe cząstki, a co za tym idzie — zmniejszać lokalnie negatywny wpływ na powietrze.
Negatywny wpływ elektrociepłownia ma również na zdrowie człowieka. Przejawiać się on może w perspektywie krótko-, średnio-, jak i długoterminowej. Będzie widoczny w chorobach łagodnych, ale też dużo poważniejszych.
Wśród zanieczyszczeń pochodzących z elektrociepłowni, możemy wyróżnić zanieczyszczenia fizyczne i chemiczne.
Zanieczyszczenia fizyczne to: zanieczyszczenia akustyczne wywołane hałasem, co prowadzić może do przerwania biologicznego rytmu snu i czuwania, zanieczyszczenia elektromagnetyczne, które powodują zmiany w układzie sercowo-naczyniowym i nerwowym.
Zanieczyszczenia chemiczne: ozon troposferyczny, CO, CO2 oraz SO2 zwiększają liczbę chorób układu sercowo-naczyniowego i oddechowego, a poza tym zmniejszają zdolności odpornościowe człowieka.
Czym jest elektrownia parowa?
W ostatnim czasie bardzo popularne są elektrownie parowe. Charakteryzują się wykorzystaniem wody, ale też innych cieczy, które spotykane są w dwóch etapach — w postaci cieczy i pary. Ostatnie lata to też wzrost popularności technologii nadkrytycznej. Nie prowadzi ona do przesunięcia fazowego, co było charakterystyczne dla instalacji z przeszłości.
Jak widać, temat elektrociepłowni jest szeroko rozbudowany, a obecnie można spotkać różne typy mechanizmów, które pozwalają na otrzymanie energii elektrycznej, ale też i ciepłej wody. Nieustannie inżynierzy pracują nad znacznie lepszymi i ekologicznymi rozwiązaniami, ale nie ulega wątpliwości, że obecnie cała odpowiedzialność za prąd skupia się na elektrociepłowniach.
