Cómo se produce la electricidad en una central térmica (CHP)

Las centrales térmicas se dividen en estaciones:

• según el tipo de motor de propulsión: turbina de vapor, turbina de gas, con motores de combustión interna;

• por tipo de combustible: con combustible orgánico sólido (carbón, leña, turba), combustible líquido (petróleo, gasolina, queroseno, combustible diesel), que funciona con gas.

En las centrales térmicas, la energía del combustible quemado se convierte en energía térmica, que se utiliza para calentar el agua de la caldera y generar vapor. La energía del vapor impulsa una turbina de vapor conectada a un generador.

Las centrales térmicas en las que el vapor se utiliza íntegramente para producir electricidad se denominan centrales eléctricas de condensación (CES). Los IES potentes están ubicados cerca de las áreas de producción de combustible, lejos de los consumidores de electricidad, por lo tanto, la electricidad se transmite a alto voltaje (220 - 750 kV). Las centrales eléctricas se construyen en bloques.

Las centrales eléctricas de cogeneración o plantas combinadas de calor y electricidad (CHP) son ampliamente utilizadas en las ciudades.En estas centrales, el vapor parcialmente descargado en la turbina se utiliza para necesidades tecnológicas, así como para calefacción y agua caliente en servicios residenciales y comunales. La producción simultánea de electricidad y calor reduce el costo de suministro de electricidad y calor en comparación con la producción separada de electricidad y calor.

Las centrales térmicas utilizan el calor generado por la quema de combustibles fósiles como petróleo, gas, carbón o fuel oil para producir grandes cantidades de vapor a alta presión a partir del agua. Como puede ver, el vapor aquí, a pesar de actuar como refrigerante desde la era de las máquinas de vapor, todavía es perfectamente capaz de hacer girar un generador de turbina.

El vapor de la caldera se alimenta a una turbina, con un eje conectado a un generador de corriente alterna trifásica. La energía mecánica de la rotación de la turbina se convierte en energía eléctrica del generador y se transmite a los consumidores a la tensión del generador oa la tensión elevadora a través de transformadores elevadores.

La presión del vapor suministrado en la turbina es de unos 23,5 MPa, mientras que su temperatura puede alcanzar los 560 °C. Y el agua se utiliza en una central térmica precisamente porque se calienta con el combustible orgánico fósil propio de este tipo de centrales, cuyas reservas están en las profundidades de nuestro planeta todavía son bastante grandes, aunque dan un gran inconveniente en forma de emisiones nocivas que contaminan el medio ambiente.

Entonces, el rotor giratorio de la turbina está conectado aquí a la armadura de un generador de turbina de gran potencia (varios megavatios) que finalmente genera electricidad en esta central térmica.

En términos de eficiencia energética, las centrales térmicas son generalmente tales que la conversión de calor en electricidad se lleva a cabo en ellas con una eficiencia de alrededor del 40%, mientras que una gran cantidad de calor en el peor de los casos simplemente se arroja al medio ambiente y en el peor de los casos, en el mejor de los casos, se suministra inmediatamente a la calefacción y al agua caliente, el suministro de agua a los consumidores cercanos. Por lo tanto, si el calor liberado en una planta de energía se usa inmediatamente para el suministro de calor, entonces la eficiencia de dicha planta generalmente alcanza el 80%, y la estación se denomina planta combinada de calor y energía o TPP.

La turbina generadora más común de una central térmica contiene en su eje una pluralidad de ruedas con palas separadas en dos grupos separados. El vapor a la presión más alta, el que se descarga de la caldera, ingresa inmediatamente a la ruta de flujo del grupo electrógeno, donde hace girar el primer conjunto de impulsores de paletas. Además, el mismo vapor se vuelve a calentar en un calentador de vapor, después de lo cual ingresa al segundo grupo de ruedas que funcionan a una presión de vapor más baja.

Como resultado, la turbina, conectada directamente al rotor del generador, da 50 revoluciones por segundo (el campo magnético de la armadura, que cruza el devanado del estator del generador, también gira a la frecuencia correspondiente). Para evitar que el generador se sobrecaliente durante el funcionamiento, la estación cuenta con un sistema de enfriamiento del generador que evita que se sobrecaliente.

Se instala un quemador dentro de la caldera de una central térmica, en el que se quema el combustible, formando una llama de alta temperatura. Por ejemplo, el polvo de carbón se puede quemar con oxígeno.La llama cubre una gran superficie de una tubería de configuración compleja por la que pasa agua, que al calentarse se convierte en vapor que escapa al exterior a alta presión.

El vapor de agua que sale a alta presión se alimenta a las palas de la turbina, transfiriéndole su energía mecánica. La turbina gira y la energía mecánica se convierte en energía eléctrica. Superando el sistema de palas de turbina, el vapor se dirige al condensador, donde, al caer sobre las tuberías con agua fría, se condensa, es decir, se vuelve líquido nuevamente: agua. Tal planta de energía térmica se llama planta de energía de condensación (CES).

Las centrales eléctricas y térmicas combinadas (CHP), a diferencia de las centrales eléctricas de condensación (CES), contienen un sistema para extraer calor del vapor una vez que ha pasado por la turbina y ya ha contribuido a la producción de electricidad.

El vapor se toma con diferentes parámetros, que depende del tipo de turbina en particular, y también se regula la cantidad de vapor que se toma de la turbina. El vapor tomado para generar calor se condensa en las calderas de red, donde cede su energía al agua de red, y el agua se bombea a las calderas de agua caliente de punta y puntos de calefacción. Además, se suministra agua al sistema de calefacción.

Si es necesario, la extracción de calor del vapor en la central térmica se puede apagar por completo, luego la central combinada de calor y electricidad se convertirá en un simple IES. Así, la central térmica puede operar en uno de dos modos: en modo térmico, cuando la prioridad es generar calor, o en modo eléctrico, cuando la prioridad es la electricidad, por ejemplo en verano.