Automatizarea Centralelor Termoelectrice

I. Introducere

O centrală termoelectrică, sau termocentrală este o centrală electrică care produce curent electric pe baza conversiei energiei termice obținută prin arderea combustibillilor. Curentul electric este produs de generatoare electrice antrenate de turbine cu abur, turbine cu gaze, sau, mai rar, cu motoare cu ardere internă. Drept combustibili se folosesc combustibilii solizi (cărbune, deșeuri sau biomasă), lichizi (păcură) sau gazoși (gaz natural). Uneori sunt considerate termocentrale și cele care transformă energia termică provenită din alte surse, cum ar fi energia nucleară, solară sau geotermală, însă construcția acestora diferă întrucâtva de cea a centralelor care se bazează pe ardere.

II. Surse de energie

Energia exprimă capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic atunci când suferă o transformare dintr-o stare în alta. În natură, energia se află acumulată în surse de energie. Unele forme de energie se găsesc în natură în cantităţi insuficiente (exemplu energie magnetică, cinetică, energia termică etc.), sau inaccesibile (energia electrică din fulgere). Energiile se pot obţine în cantităţile dorite prin transformări energetice, pornind de obicei de la sursele naturale de energie.

Sursele de energie de care dispune omenirea sunt:

1. Surse primare (naturale) de energie: epuizabile şi inepuizabile;

2. Surse secundare (transformate) de energie;

3. Alternative energetice.

Sursele primare epuizabile se refac într-un timp geologic îndelungat, ce nu poate fi luat în considerare din punct de vedere tehnic şi economic. În această categorie sunt incluşi cărbunii, ţiţeiul, gazele naturale şi combustibilii nucleari.

Cărbunii sunt roci sedimentare caustobiolitice, rezultate din fosilizarea prinîncarbonizare a substanţelor vegetale. Se găsesc aglomeraţi în scoarţa pământului sub formă de zăcăminte, la adâncimi variabile, de la suprafaţă, la sute sau chiar la peste o mie de metri adâncime. Zăcămintele pot fi sub formă de masive, sau de straturi, iar durata de exploatare se estimează la peste 100 de ani.

După gradul de încarbonizare se deosebesc:

-cărbuni superiori: antracitul şi huilele;

-cărbuni inferiori; cărbunele brun, lignitul, turba şi şistul bituminos.

Principalele caracteristici tehnologice după care se apreciază cărbunii sunt: conţinutul de carbon, cenuşă, umiditatea, materiile volatile şi puterea calorică.

Ţiţeiul este o rocă caustobiolitică, care se găseşte în scoarţa pământului la adâncimivariabile, fie aglomerat între straturi impermeabile (roci rezervor), fie impregnat în roci poroase. Se extrage numai din roci rezervor, de la adâncimi de peste 3.000 m. Rezervele de petrol sunt estimate la câteva zeci de ani. Se valorifică astfel:

-prin prelucrare în rafinărie, în care se obţin: carburanţi (benzine şi motorine), lampant, păcură, uleiuri mineral şi smoală;

-prin prelucrarea fracţiilor de ţiţei în petrochimie, pentru obţinerea de produse de mare tonaj (mase plastice, cauciucuri sintetice, fibre sintetice, detergenţi, solvenţi, negru de fum etc.), de tonaj mediu, sau de mic tonaj.

Produsele de rafinărie se obţin în cantităţi mult mai mari faţă de produsele petrochimice, dar se comercializează la preţuri mai mici. Păcura se utilizează şi în energetică, la ardere, având puterea calorică de peste 8000 kcal/kg, arzând cu randament mare şi nelăsând cenuşă.

Gazele naturale pot avea diferite conţinuturi, dar importante sunt cele de gaz metan. În România, zăcămintele de gaz metan sunt de mare puritate, conţinând 99% CH4, 1% gaze inerte, fiind deci lipsite de sulf.

Valorificarea gazului metan are loc în:

- energetică, deoarece are puterea calorică mare 8560 kcal/m3, randament mare de ardere, fără cenuşă ;

- industria chimică, pentru obţinerea unei game foarte diverse de produse.

Combustibilii nucleari sunt consideraţi astăzi minereurile de uraniu şi de thoriu. Aceştia se utilizează în centralele nuclearo-electrice pentru obţinerea energiei electrice, pe baza fenomenului de fisiune nucleară. Conversia energiei nucleare la energie electrică este mai avantajoasă decât conversia energiei chimice. Astfel, din 500g cărbune se obţin 1,5 kWh,

din 500 g petrol - 2 kWh, iar din 500g uraniu - 82 kWh. Marea problemă o constituie depozitarea pe termen nelimitat, în deplină siguranţă a deşeurilor radioactive.

Sursele primare neepuizabile sunt constituite din apă, energia solară, eoliană,

geotermală, a mareelor şi biomasă. Sunt considerate inepuizabile, deoarece se găsesc în cantităţi foarte mari, sau se regenerează continuu.

Apa se utilizează în enegetică ca agent termic, sub de formă de abur în centralele termo- şi nuclearoelectrice şi ca atare, în centralele hidroelectrice.

Energia solară ajunsă pe Terra ca flux luminos, reprezintă doar 0,04% din radiaţia solară îndreptată spre pământ. Se utilizează pentru evaporarea apei, uscarea unor produse, încălzire, fotosinteză. Pentru obţinerea de apă caldă, se folosesc panouri cu suprafaţa înnegrită, peste care trece o serpentină străbătută de apă, sau oglinzi parabolice, prin focarul cărora trece conducta de apă. Cu ajutorul semiconductorilor, energia solară poate fi convertită la energie electrică, folosind efectele fotovoltaic sau termoionic. De exemplu, cu semiconductori de tip Si/Si impur, GaAs/ AlGaAs, sau Cd/S, prin iradierea joncţiunii create se obţine tensiune electrică. Aplicaţiile se regăsesc în telecomunicaţii, module solare, semnalizări rutiere, etc. Proiecte de extindere a utilizării energiei solare vizează continentul african, în care energia solară are o intensitate deosebită, pe suprafeţe mari.

Energia eoliană poate fi convertită la energie mecanică, sau electrică, prin utilizarea unor motoare eoliene. O centrală construită în Spania are două rotoare cu diametrul de 40 m fiecare, fixate pe un catarg de 45 m înălţime, generând curent electric cu puterea de 3 MW. Instalaţiile de puteri mai mici sunt utilizate în zone izolate, cu viteza relativ constantă a

vântului.