Lämpövoimala

Tämä artikkeli tai osio on tarkistettava. Lisätietoja on keskustelusivun kohdassa "Laadunvarmistusmerkintä" . Auta parantamaan sitä ja poista tämä lippu.

Piiri lämpövoimalan
1: höyrykattila
2: Heat lähde
3: höyryturbiini
4: Generaattori
5: Lauhdutin / jäähdytys
6: Connecting putki

Lämpövoimalaitos muuntaa lämmittää , tarkemmin lämpöenergiaa , osittain sähköenergiaksi. Sitä kutsutaan myös lämpövoimalaitos tai kalorien voimalaitoksen ja toimii vain, jos on olemassa kaksi lämpöä säiliöt riittävän lämpötilan ero . Lämpö muunnetaan ensin käyttökelpoiseksi kineettiseksi energiaksi voimalaitteessa ja tämä muunnetaan sitten sähköenergiaksi generaattorin toimesta eli energiamuunnokset tapahtuvat.

Monet lämpövoimalaitokset ovat höyryvoimalaitoksia . On kuitenkin myös voimalaitoksia, joissa ei ole höyryturbiinia tai edes vesikiertoa, kuten historiallisia voimalaitoksia, joissa on höyrykoneita tai nykyaikaisia diesel- / kaasumoottoreita tai kaasuturbiinivoimalaitoksia . Yhteisenä piirteenä päivän lämpövoimalaitoksille ovat termodynaamisen sykliä työväliaineen , jotka on suljettu höyryvoimalaitoksissa ja avoin kaasuvoimalamarkkinoilla.

Lämpövoimalaitoksen merkitys

Useimmissa teollisuusmaissa (poikkeukset: Norja , Sveitsi ja Itävalta ) lämpövoimalaitokset toimittavat suuren osan (60–100% alueesta riippuen) sähköenergiasta. Syynä tähän asemaan ovat erittäin suuret, helposti saatavilla olevat energiavarannot fossiilisten polttoaineiden, kuten raakaöljyn ja hiilen muodossa , sekä uraanista peräisin olevat energia talletukset ; näitä lähteitä on käytetty vuosikymmeniä ja tekniikat on optimoitu. Vaihtoehtoiset energialähteet ja -prosessit ovat yhä tärkeämpiä, koska fossiiliset talletukset ovat rajalliset ja niiden pakokaasut ja jätteet ovat haitallisia ympäristölle.

Lämmön lähde

Useimmat lämpövoimaloiden tuottaa tarvittavat lämpöä itsensä polttamalla fossiilisia polttoaineita tai käyttämällä hukkalämpöä ydinvoimasta prosesseista vuonna ydinvoimaloissa . Geotermistä energiaa ja auringon säteilyä voidaan käyttää luonnollisina lämmönlähteinä .

Tehokkuus

Carnot -prosessi , johon lämpövoimalaitokset perustuvat, asettaa perustavanlaatuisia rajoja niiden sähkötehokkuudelle, joten huomattavia häviöitä, pääasiassa lämmön muodossa, ei voida välttää energian muuntamisen aikana.

Jos hukkalämpöä ei käytetä lämmitykseen, nykypäivän voimalaitoksen hyötysuhde on tyypillisesti 30–45%. Suurempi hyötysuhde voidaan saavuttaa järjestelmissä, joissa on useampi kuin yksi turbiini , mutta tekninen ponnistus on vastaavasti suurempi. Tällaisia ​​järjestelmiä toteutetaan käytännössä esimerkiksi yhdistelmävoimalaitoksissa .

Lämpövoimalaitoksilla voidaan saavuttaa huomattavasti parempi primäärienergian hyödyntäminen irrottamalla kaukolämpö- tai prosessilämpö ( yhdistetty lämpö ja sähkö ). Tämän seurauksena, parantaa tehokkuutta (tarkemmin: yleinen tehokkuus ) 60%: sta 70% voidaan saavuttaa, on lohkotyyppisessä lämpövoimaloissa jopa yli 90%.

Käytännöllisen käytettävyyden tekijät

Tehokkuuden lisäksi seuraavat tekijät on otettava huomioon:

jäähdytys

Lämpövoimaloissa saada energiansa lämpötila ero ; mitä korkeampi tämä on, sitä enemmän energiaa voidaan saada. Mahdollisimman kuuman lämmönlähteen lisäksi myös mahdollisimman kylmä jäähdytyselementti on hyödyllinen, minkä vuoksi monien lämpövoimalaitosten käyttöneste jäähdytetään sopivaan paikkaan.

Monet lämpövoimalaitokset käyttävät jäähdyttämään ohi virtaavien jokien vettä. Tämä säästää tai tukee jäähdytystornia monilla haitoillaan, ja höyryturbiinin ulostulolämpötilaa voidaan alentaa tehokkaammin. Tämä voi kuitenkin tehdä joen vedestä liian lämpimän. Näin ollen on olemassa joukko rajoituksia, kuinka paljon astetta tai joka lämpötila voi olla virtaus kuumennetaan suurin erään järkyttää estämiseksi. Kesällä, kun veden lämpötila on korkea, tämä voi tarkoittaa, että voimalaitos on suljettava. 1970-luvulta lähtien on laadittu ns. Lämpökuormitussuunnitelmia , joista voi nähdä vesimuodostuman maksimilämpötilan. Toinen vaihtoehto, joka voidaan myös yhdistää, on käyttää jäähdytystornit, jonka läpi hukkalämpö on annettu pois, edellyttäen, että sitä ei voida käyttää ja lämmittää viereisen vuokralähiöt tai kasvihuoneissa kautta sähkön ja lämmön järjestelmä.

Lämpövoimalat ovat talouden suurimpia vedenkäyttäjiä . Teollisuusmaissa noin 40% koko veden vedenotto makean veden lähteistä johtuu lämpövoimaloissa, jossa ydinvoimaloiden ja (tulevien) hiili-voimaloiden kanssa CO2 erottaminen ja varastointi jolla on suurin kulutus .

Jäähdytysmenetelmä

Jokaisella alla kuvatulla jäähdytysmenetelmällä joesta otettu vesi on puhdistettava suodattimien avulla aina olevasta karkeasta liasta . Tätä tarkoitusta varten käytetään flotsam -haravia ja tarvittaessa suodattimia , jolloin suodattimet suojaavat ensisijaisesti yksittäisiä komponentteja, kuten lauhdutin ja lämmönvaihdin . Lämmitetty jokivesi jäähdytetään sitten jäähdytystornissa tai jäähdytyslammessa siinä määrin, että se voidaan joko purkaa jokeen tai käyttää uudelleen jäähdytyspiirissä . Suurten voimalaitosten jäähdytystornit toimivat myös ilmanpuhdistimien tavoin. Niiden puhdistusvaikutus niiden läpi virtaavaan ilmaan on ympäristölle vähäinen, mutta huuhdeltu pöly on keskittynyt jäähdytysveteen ja voi aiheuttaa huomattavia epäpuhtauksia järjestelmän loppupään osille.

Suora jäähdytys

Yksinkertaisimmassa tapauksessa joesta otettu vesi käytetään suoraan jäähdytykseen turbiinin takana; Saastuminen vaikuttaa erityisesti höyryturbiinien lauhduttimiin, jotka on siksi puhdistettava kierrätyskuulaprosessilla .

Kaksi- ja monivaiheinen jäähdytyspiiri

Jotta saastuminen ei tukkisi alavirran turbiinin lauhdutinta ja siten tekisi siitä tehotonta, turbiinin lauhduttimen jäähdytysvesi jäähdytetään joskus (suurelta osin) suljetussa jäähdytysvesipiirissä, primaarisessa jäähdytyspiirissä . Tämä jäähdytysvesi jäähdytetään puolestaan ​​jokiveden lämmönvaihtimella ( toissijainen jäähdytysvesi ); toissijainen jäähdytysvesi on yleensä avoimessa piirissä.

Ydinvoimalaitoksissa on joskus toinen erotusvaihe - eli kolme jäähdytysvesipiiriä radioaktiivisten ja ei -radioaktiivisten alueiden erottamiseksi.

Jäähdytysjärjestelmä Tehokkuuskerroin
Virtauksen jäähdytys (merivesi) 1.024
Virtauksen jäähdytys (jokivesi) 1.015
Märkä jäähdytystorni 1000
Kuiva jäähdytystorni 0,952

Jatkuva jäähdytys ilman jäähdytystornia

Läpivirtausjäähdytys

Jos kuumennettiin jäähdytysvesi palautetaan käsittelemätöntä veteen, se on kerran läpi jäähdytystä . Jatkuva jäähdytys on tehokkain ja taloudellisin jäähdytysmuoto, mutta sitä voidaan käyttää vain silloin, kun lämmöntuotto ei aiheuta kohtuutonta taakkaa vesistöön. Kesäkuukaudet ovat kriittisiä, koska silloin vesistö voi kaatua . Saksassa kertajäähdytystä käytetään pääasiassa rannikkoalueilla tai Reinillä. Varsinkin Reinin, "työryhmä liittovaltion valtioiden pitäminen Reinin Clean (ARGE Rhein)" esitti lämpöä kuormitusta suunnitelma Saksan osuuden Reinin jo 1971 , joka on edelleen voimassa.

Viemärijäähdytys jäähdytystornilla

Tyhjennä jäähdytys

Tässä prosessissa tarvittava jäähdytysvesi otetaan joesta, lämmitetään lauhduttimessa ja ruiskutetaan sitten jäähdytystorniin. Vesi, joka ei ole haihtunut ja on jäähtynyt alkuperäiseen lämpötilaansa, syötetään takaisin juoksevaan veteen suolojen ja epäpuhtauksien poistamiseksi. Jälkimmäisen pitoisuus kasvaisi tasaisesti, jos ilmakehään vapautumatonta vettä käytettäisiin toistuvasti tornissa.

Kiertojäähdytys jäähdytystornilla

Kiertojäähdytys

Kiertojäähdytys käyttää kuitenkin aina samaa vettä; vain haihtumis- ja tyhjennyshäviöt lisätään. Tämä menetelmä on osoittautunut erittäin tehokkaaksi pienellä jäähdytysvesimäärällä. Jatkuva haihtuminen johtaa kuitenkin jäähdytysveden suolan ( sakeutumisen ) lisääntymiseen, jolloin esiintyy erityisesti kalsium- ja magnesiumkarbonaatteja (kovuuskomponentteja). Tämän vaikutuksen torjumiseksi jäähdytysvesi stabiloidaan kemikaaleilla (esim. Fosfonihapolla ). Kokonaissuolasisällön ja kokonaiskovuuden tietyn ylärajan yläpuolella jäähdytysveden laimennus on saatettava viemärin ja makean veden kautta. Valtion ympäristövaatimuksia sovelletaan, kun viemäröinti johdetaan yhdyskuntajätevesijärjestelmiin (epäsuora tyhjennys) tai vesistöihin (suora tyhjennys). Toinen kiertovesijäähdytyksen ongelma on mikro -organismien kasvu. Lisäksi likaantumisen , hygieeninen ongelmia hengitettävä bakteerien jäähdytystorni ( Legionella spec. , Pseudomonas aeruginosa ) on otettava huomioon. Siksi jäähdytysvesi käsitellään myös biosidilla ja biohajotusaineella.

lämmitin

Turbiinin akseli supistuu jäähtyessään käyttölämpötilasta ympäristön lämpötilaan. Usein niin vahva, että se juuttuu koteloon eikä voi enää kääntyä. Siksi se on esilämmitettävä ennen käynnistystä (uudelleen). Akseli voidaan asentaa tai irrottaa myös vain kuumana.

Usein myös muita komponentteja on esilämmitettävä ennen lämpövoimalaitoksen käyttöönottoa.

Lämpövoimalaiperiaatteen tekninen toteutus

Katso myös

nettilinkit

Yksilöllisiä todisteita

  1. ^ Edward A. Byers, Jim W. Hall, Jaime M. Amezaga: Sähköntuotanto ja jäähdytysveden käyttö: Yhdistyneen kuningaskunnan reitit vuoteen 2050. Julkaisussa: Global Environmental Change . Vuosikerta 25, 2014, s. 16-30, doi: 10.1016 / j.gloenvcha.2014.01.005 .
  2. ↑ Sähköntuotanto hiilestä , s.53.