Como a eletricidade é produzida em uma usina termelétrica (CHP)

As usinas termelétricas são divididas em estações:

• de acordo com o tipo de motor de propulsão — turbina a vapor, turbina a gás, com motores de combustão interna;

• por tipo de combustível — com combustível orgânico sólido (carvão, lenha, turfa), combustível líquido (petróleo, gasolina, querosene, gasóleo), a gás.

Nas usinas termelétricas, a energia do combustível queimado é convertida em energia térmica, que é utilizada para aquecer a água da caldeira e gerar vapor. A energia do vapor aciona uma turbina a vapor conectada a um gerador.

As usinas termelétricas nas quais o vapor é usado inteiramente para produzir eletricidade são chamadas de usinas de condensação (CES). IES poderosas estão localizadas perto de áreas de produção de combustível, distantes dos consumidores de eletricidade, portanto, a eletricidade é transmitida em alta tensão (220 - 750 kV). As usinas são construídas em blocos.

Usinas de energia de cogeração ou usinas combinadas de calor e energia (CHP) são amplamente utilizadas nas cidades.Nestas centrais, o vapor parcialmente descarregado na turbina é utilizado para necessidades tecnológicas, bem como para aquecimento e água quente sanitária em serviços residenciais e comunitários. A produção simultânea de eletricidade e calor reduz o custo de fornecimento de eletricidade e calor em comparação com a produção separada de eletricidade e calor.

As usinas termelétricas usam o calor gerado pela queima de combustíveis fósseis, como petróleo, gás, carvão ou óleo combustível, para produzir grandes quantidades de vapor de alta pressão a partir da água. Como você pode ver, o vapor aqui, apesar de atuar como refrigerante desde a era dos motores a vapor, ainda é perfeitamente capaz de girar um gerador de turbina.

O vapor da caldeira é alimentado a uma turbina, com um eixo conectado a um gerador trifásico de corrente alternada. A energia mecânica da rotação da turbina é convertida em energia elétrica do gerador e transmitida aos consumidores na tensão do gerador ou na tensão elevadora através de transformadores elevadores.

A pressão do vapor fornecido na turbina é de cerca de 23,5 MPa, enquanto sua temperatura pode chegar a 560 ° C. E a água é utilizada em uma usina termelétrica justamente por ser aquecida pelo combustível orgânico fóssil típico dessas usinas, cujas reservas estão nas profundezas do nosso planeta ainda são bastante grandes, embora dêem um enorme sinal de menos na forma de emissões nocivas que poluem o meio ambiente.

Assim, o rotor giratório da turbina é conectado aqui à armadura de uma turbina geradora de grande potência (vários megawatts) que acaba gerando eletricidade nesta usina termelétrica.

Em termos de eficiência energética, as usinas termelétricas são geralmente tais que a conversão de calor em eletricidade é realizada nelas com uma eficiência de cerca de 40%, enquanto uma quantidade muito grande de calor no pior caso é simplesmente lançada no ambiente e na pior das hipóteses - na melhor das hipóteses, é imediatamente fornecido ao aquecimento e água quente, o abastecimento de água aos consumidores próximos. Assim, se o calor liberado em uma usina de energia for usado imediatamente para o fornecimento de calor, a eficiência dessa usina geralmente atinge 80%, e a estação é chamada de usina combinada de calor e energia ou TPP.

A turbina geradora mais comum de uma usina termelétrica contém em seu eixo uma pluralidade de rodas com pás espaçadas em dois grupos separados. O vapor sob maior pressão, aquele que é descarregado da caldeira, entra imediatamente no caminho de fluxo do grupo gerador, onde gira o primeiro conjunto de rotores de palhetas. Além disso, o mesmo vapor é ainda aquecido em um aquecedor a vapor, após o que entra no segundo grupo de rodas que operam a uma pressão de vapor mais baixa.

Com isso, a turbina, conectada diretamente ao rotor do gerador, realiza 50 rotações por segundo (o campo magnético da armadura, que atravessa o enrolamento do estator do gerador, também gira na frequência correspondente). Para evitar o superaquecimento do gerador durante a operação, a estação possui um sistema de resfriamento do gerador que evita o superaquecimento do mesmo.

Um queimador é instalado dentro da caldeira de uma usina termelétrica, no qual o combustível é queimado, formando uma chama de alta temperatura. Por exemplo, pó de carvão pode ser queimado com oxigênio.A chama cobre uma grande área de um tubo de configuração complexa por onde passa água que, ao ser aquecida, transforma-se em vapor que escapa para o exterior sob alta pressão.

O vapor de água que flui sob alta pressão é alimentado nas pás da turbina, transferindo sua energia mecânica para ela. A turbina gira e a energia mecânica é convertida em energia elétrica. Superando o sistema de pás da turbina, o vapor é direcionado para o condensador, onde, caindo nos canos com água fria, condensa, ou seja, volta a ser líquido - a água. Essa usina termelétrica é chamada de usina de condensação (CES).

As usinas combinadas de calor e energia (CHP), ao contrário das usinas de condensação (CES), contêm um sistema para extrair o calor do vapor depois que ele passou pela turbina e já contribuiu para a produção de eletricidade.

O vapor é retirado com diferentes parâmetros, que dependem do tipo de turbina em particular, e a quantidade de vapor retirado da turbina também é regulada. O vapor levado para gerar calor é condensado nas caldeiras da rede, onde cede a sua energia à água da rede, sendo a água bombeada para as caldeiras de ponta e pontos de aquecimento. Além disso, a água é fornecida ao sistema de aquecimento.

Se necessário, a extração de calor do vapor na usina termelétrica pode ser totalmente desligada, então a usina combinada de calor e energia se tornará uma IES simples. Assim, a central térmica pode operar em um dos dois modos: no modo térmico — quando a prioridade é gerar calor, ou no modo elétrico — quando a prioridade é a eletricidade, por exemplo no verão.