Varmekraftverk

Kretsen for et varmekraftverk
1: Dampkjele
2: Varme kilde
3: dampturbin
4: Generator
5: Kondensator / kjøle
6: Koble rørledning

Et termisk kraftverk omdanner varme , nærmere bestemt termisk energi , delvis til elektrisk energi. Det er også kalt varmekraftverk eller kalori kraftverk og fungerer bare hvis det er to varmereservoarer med en tilstrekkelig temperaturforskjell . Varmen omdannes først til brukbar kinetisk energi i en kraftmaskin, og denne blir deretter konvertert til elektrisk energi av en generator , dvs. energiomdannelser finner sted.

Mange termiske kraftverk er dampkraftverk . Imidlertid er det også kraftverk som ikke har noen dampturbiner eller til og med en vannsyklus, for eksempel historiske kraftverk med dampmotorer eller moderne diesel / gassmotor eller gassturbinkraftverk . Et vanlig kjennetegn ved dagens termiske kraftverk er de termodynamiske syklusene til arbeidsmediet , som er lukket i dampkraftverk og åpent i gasskraftverk.

Betydningen av det termiske kraftverket

I de fleste industrialiserte land (unntak: Norge , Sveits og Østerrike ) leverer termiske kraftverk en stor del (60–100% avhengig av region) av den elektriske energien. Årsaken til denne posisjonen er de svært store, lett tilgjengelige energiforekomster i form av fossile brensler som råolje og kull , samt energiinnskudd fra uran ; disse kildene har blitt brukt i flere tiår, og teknologiene er optimalisert. Alternative energikilder og prosesser blir stadig viktigere fordi fossile forekomster er begrensede og eksos og avfallsprodukter er skadelige for miljøet.

Varmekilde

De fleste varmekraftverk generere den nødvendige varme seg selv ved å brenne fossile brennstoffer , eller ved hjelp av spillvarme fra kjerneprosesser i kjernekraftverk . Geotermisk energi og solstråling kan brukes som naturlige varmekilder .

Effektivitet

Carnot-prosessen som de termiske kraftverkene bygger på, setter i prinsippet sine grenser for elektrisk effektivitet, slik at betydelige tap, hovedsakelig som varme, er uunngåelige under energiomdannelse.

Hvis spillvarmen ikke brukes til oppvarming, er effektiviteten til dagens kraftverk vanligvis mellom 30% og 45%. Høyere effektivitet kan oppnås i systemer med mer enn en turbin , men den tekniske innsatsen er tilsvarende større. Slike systemer er praktisk implementert for eksempel i kraftverk med kombinert gass og damp .

En betydelig bedre utnyttelse av primærenergien som brukes kan oppnås i termiske kraftstasjoner ved å koble fra fjernvarme eller prosessvarme ( kombinert varme og kraft ). Som et resultat kan total effektivitet (mer presist: total effektivitet ) på 60% til 70% oppnås, i termiske kraftstasjoner av blokktypen til og med over 90%.

Faktorer for praktisk brukervennlighet

I tillegg til effektiviteten må følgende faktorer vurderes:

• Generell mengde energi tilgjengelig fra den primære energikilden
• Utviklingsbare innskudd
• Kostnader per enhet generert energi
• Teknisk gjennomførbarhet av forbrenning
• Miljøforurensning, for eksempel gjennom utslipp , spillvarme eller ioniserende stråling
• Operasjonelle risikoer

kjøling

Varmekraftverk får sin energi fra en temperaturforskjell ; jo høyere dette er, jo mer energi kan fås. I tillegg til en varmekilde som er så varm som mulig, er en kjøleribbe som er så kald som mulig også nyttig, og det er derfor mange termiske kraftverk får arbeidsvæsken avkjølt på et passende sted.

Mange termiske kraftverk bruker vann fra elver som strømmer forbi for å kjøle dem ned. Dette sparer eller støtter kjøletårnet med mange ulemper, og temperaturen ved utløpet av dampturbinen kan senkes mer effektivt. Dette kan imidlertid gjøre elvevannet for varmt. Av denne grunn er grenseverdiene satt for hvor mange grader Celsius eller maksimumstemperatur elva kan varmes opp til for å hindre at den velter . Om sommeren, når vanntemperaturen er høy, kan dette bety at et kraftverk må legges ned. Siden 1970-tallet er det satt opp såkalte varmebelastningsplaner , hvorfra den maksimale temperaturen på vannet kan bli funnet. Et annet alternativ, som også kan kombineres, er bruken av kjøletårn der spillvarmen avgis, forutsatt at den ikke kan brukes til å varme opp nærliggende boliger eller drivhus via det kombinerte varme- og kraftsystemet .

Varmekraftverk er blant de største vannforbrukerne i økonomien. I de industrialiserte landene kan rundt 40% av den totale vannuttaket fra ferskvannskilder tilskrives termiske kraftverk, med atomkraftverk og (fremtidige) kullkraftverk med CO2-separasjon og lagring som har høyest forbruk .

Kjølemetode

Med hver av kjølemetodene som er beskrevet nedenfor, må vannet som tas fra elven renses for grovt smuss som alltid er tilstede ved hjelp av filtersystemer . For dette formålet brukes flotsam raker og, om nødvendig, filtre , hvorved filtrene primært beskytter individuelle komponenter som kondensator og varmeveksler . Det oppvarmede elvevannet blir deretter avkjølt i et kjøletårn eller en kjøledam i en slik grad at det enten kan slippes ut i en elv eller brukes igjen i kjølekretsen . Kjøletårnene til store kraftverk fungerer også som luftskiver. Deres rengjøringseffekt på luften som strømmer gjennom dem er fortsatt lav for miljøet , men det utvaskede støvet konsentreres i kjølevannet og kan forårsake betydelig forurensning av nedstrøms systemkomponenter.

Direkte kjøling

I det enkleste tilfellet brukes vannet som tas fra en elv direkte til kjøling bak turbinen; Kondensatorene til dampturbinene påvirkes spesielt av forurensning, som derfor må rengjøres ved hjelp av resirkuleringskuleprosessen .

To-trinns kjølekrets

Slik at forurensning ikke tetter nedstrøms turbinkondensatoren og dermed gjør den ineffektiv, kjøles vannet turbinkondensatoren av og til i en (i stor grad) lukket kjølevannskrets, den primære kjølekretsen . Dette kjølevannet blir igjen avkjølt av en varmeveksler fra elvevannet ( sekundært kjølevann ), det sekundære kjølevannet er da stort sett i en åpen krets.

I atomkraftverk er det noen ganger et ytterligere separasjonstrinn - dvs. tre kjølevannskretser for å skille radioaktive og ikke-radioaktive områder.

Kontinuerlig kjøling uten kjøletårn

Gjennomstrømningskjøling

Dersom den oppvarmede kjølevannet returneres ubehandlet ut i vannet, er det en gang gjennom kjøling . Kontinuerlig kjøling er den mest effektive og økonomiske formen for kjøling, men den kan bare brukes der varmetilførselen ikke representerer en urimelig belastning på vannmassen. Sommermånedene er kritiske, for da kan vannforekomsten velte . I Tyskland drives engangskjøling hovedsakelig på kyststeder eller på Rhinen. Spesielt på Rhinen presenterte "Arbeidsgruppen til føderale stater for å holde Rhinen ren (ARGE Rhein)" en varmebelastningsplan for den tyske delen av Rhinen allerede i 1971 , som fortsatt er gyldig i dag.

Tøm kjøling med kjøletårn

Tøm kjøling

I denne prosessen blir det nødvendige kjølevannet hentet fra et rennende vann, oppvarmet i kondensatoren og deretter sprayet i kjøletårnet. Vannet som ikke har fordampet og har avkjølt til den opprinnelige temperaturen, føres tilbake i det rennende vannet for å skylle ut salter og urenheter. Konsentrasjonen av sistnevnte vil øke jevnlig hvis vannet ikke slippes ut i atmosfæren ble brukt gjentatte ganger i tårnet.

Sirkulasjonskjøling med kjøletårn

Sirkulasjonskjøling

Sirkulasjonskjølingen bruker imidlertid alltid det samme vannet; bare tapene fra fordampning og drenering tilsettes. Denne metoden har vist seg veldig bra med en liten tilførsel av kjølevann. Imidlertid resulterer den konstante fordampningen i en økning i salt ( fortykning ) av kjølevannet, slik at spesielt avleiringer av kalsium og magnesiumkarbonater (hardhetskomponenter) oppstår. For å motvirke denne effekten stabiliseres kjølevannet med kjemikalier (f.eks. Fosfonsyre ). Fra en viss øvre grense for total saltinnhold og total hardhet, må kjølevannet fortynnes via drenering og ferskvannstilførsel. Statlige miljøkrav gjelder når avløpet slippes ut i byavløpsvannsystemer (indirekte utslipp) eller vannmasser (direkte utslipp). Et annet problem med sirkulasjonskjøling er veksten av mikroorganismer. I tillegg til forurensning må det tas hensyn til hygieniske problemer med innåndbare bakterier i kjøletårnet ( Legionella spec. , Pseudomonas aeruginosa ). Derfor blir kjølevannet også behandlet med biocid og biodispergeringsmiddel.

varmeapparat

Turbinakselen trekker seg sammen mens den avkjøles fra driftstemperatur til omgivelsestemperatur. Ofte så sterk at den setter seg fast i huset og ikke lenger kan snu. Det må derfor forvarmes før oppstart (igjen). Akselen kan også bare installeres eller fjernes når den er varm.

Ofte må andre komponenter også forvarmes før et termisk kraftverk kan komme i drift.

Teknisk implementering av prinsippet om termisk kraftverk

• Varmeutvinning fra naturen (alt regenerativt ):
  • Geotermisk kraftverk
  • Marine termisk kraftverk
  • Solkraftverk
• Varmeavgivelse i selve kraftverket:
  • Atomkraftverk
    • Kjernekraftverk (faktisk kjernefysisk fisjonskraftverk )
    • Kjernefusjons kraftverk (hittil bare forskningsanlegg)
  • kullkraftverk
    • Lignitt kraftverk
    • Kullkraftverk
  • Torvkraftverk
  • Varmekraftverk
  • Naturgasskraftverk
  • Gassturbinekraftverk
  • Kombinert syklus kraftverk
  • Biomassekraftverk ( regenerativ energikilde )
• Varmeutvinning fra andre tekniske prosesser:
  • Kraftverk for spillvarme
    • Avfallsforbrenningsanlegg

Se også

• Liste over kraftverk

weblenker

• Termisk kraftverk i leksikonet
• Funksjon, mening osv.

Individuelle bevis

1. ^ Edward A. Byers, Jim W. Hall, Jaime M. Amezaga, bruk av elektrisitetsproduksjon og kjølevann: veier i Storbritannia til 2050 . Global Environmental Change 25, (2014), 16–30, doi : 10.1016 / j.gloenvcha.2014.01.005 .
2. ↑ Kraftproduksjon fra kull , s.53