Uhelné elektrárny
Uhelné elektrárny jsou jedním z tradičních a stále významných zdrojů výroby elektrické energie. I přes pokrok v oblasti obnovitelných zdrojů energie zůstávají uhelné elektrárny důležitým prvkem energetických sítí mnoha zemí po celém světě. Uhelné elektrárny získávají energii spalováním fosilního paliva – uhlí. To patří k neobnovitelným zdrojům energie, protože zásoby fosilních paliv jsou na světě omezené a v budoucnu může dojít k jejich vyčerpání. Uhelné elektrárny stále patří do portfolia většiny států a často tvoří základ jejich energetické koncepce.
Význam uhelných elektráren spočívá především v jejich schopnosti poskytovat spolehlivou a stabilní dodávku elektřiny. To je možné díky jejich schopnosti skladovat uhlí, které je relativně levné a cenově dostupné palivo, což napomáhá snižování nákladů na výrobu elektřiny. Moderní technologické inovace umožňují uhelným elektrárnám snižovat emise škodlivých látek, jako jsou oxidy síry a dusíku, a zlepšovat ekologické standardy, což je důležité pro ochranu životního prostředí.
Od prvních uhelných elektráren vybudovaných v 19. století se technologie výrazně zlepšily. Moderní elektrárny jsou vybaveny pokročilými systémy pro čištění spalin, což snižuje emise znečišťujících látek. Zároveň se provádějí investice do výzkumu a vývoje nových technologií, jako jsou integrované cykly spalování a zařízení pro zachycování a ukládání CO2 (CCS), které by mohly snížit environmentální dopady uhelných elektráren.
Nicméně, vysoká emise oxidu uhličitého (CO2) při spalování uhlí stále zůstává jedním z hlavních problémů spojených s uhelnými elektrárnami. Tyto emise mají značný negativní dopad na změnu klimatu a kvalitu ovzduší, což má škodlivé důsledky pro lidské zdraví a životní prostředí. Těžba uhlí a jeho spalování může rovněž negativně ovlivnit okolní ekosystémy, včetně degradace půdy a vodních zdrojů.
Budoucnost uhelných elektráren závisí na jejich schopnosti snižovat emise CO2 a konkurovat s rostoucím podílem obnovitelných zdrojů energie, jako jsou solární a větrné elektrárny. Klíčovou výzvou bude také získání sociální a politické podpory pro provoz uhelných elektráren v kontextu snižování emisí a ochrany životního prostředí.
Uhelná elektrárna v kostce
V uhelných elektrárnách se spalováním uhlí získává tepelná energie, která se předává vodě protékající trubkami uvnitř kotle. Vyvíjí se pára, která po přehřátí proudí do parní turbíny, kde předá svou kinetickou energii lopatkám rotoru a točící se rotor zase roztáčí alternátor vyrábějící elektřinu.
Alternátor pracuje na principu elektromagnetické indukce – otáčející se elektromagnet rotoru indukuje v cívkách statoru napětí a proud. Pára dále proudí z posledních lopatek turbíny do kondenzátoru, kde opakovaně změní své skupenství na vodu, která je čerpadly opět přiváděna přes napájecí nádrž do kotle.
Tím se parovodní cyklus uzavírá. Kondenzační teplo z kondenzátoru odvádí chladicí voda do chladicích věží (při uzavřeném chladicím okruhu) nebo do externího vodního zdroje (při průtočném chlazení).
Nejdůležitějším zařízením uhelné elektrárny je kotel s ohništěm, ve kterém probíhá spalování primárního paliva a s parním generátorem, kde dochází ke změně skupenství vody na páru.
Kotle lze rozdělit podle typu ohniště na roštové, práškové (granulační nebo výtavné) a fluidní a podle vodního oběhu na kotle s přirozeným oběhem a kotle s nuceným oběhem.
Vzduch je do spalovacího procesu přidáván v různých fázích hoření.
Do spodní části ohniště je přiváděn primární spalovací vzduch, do dohořívací oblasti pak sekundární (i terciární) spalovací vzduch. Přiváděný vzduch je před použitím ohříván odchozími spalinami v regeneračním ohříváku.
Výsledným produktem spalování jsou plynné spaliny, popílek a tuhé zbytky, například škvára nebo struska. Ty se odebírají ve spodní části kotle, drtí se a používají jako vedlejší energetický produkt například při rekultivacích. Popílek unášený spalinami je zachytáván v různých typech odlučovačů. Nejúčinnější je elektrostatický odlučovač popílku složený z nabíjecích a sběrných deskových elektrod pod vysokým napětím. Působením elektrostatického pole získávají částečky popílku záporný náboj a jsou sbírány na kladných deskových elektrodách. Pravidelným oklepem sběrných deskových elektrod padá zachycený popílek do výsypky.
Nežádoucími plynnými složkami ve spalinách jsou především oxidy dusíku a síry. Snižovat koncentraci oxidů dusíku se daří hlavně úpravou spalovacího režimu, například snížením teploty spalování přechodem na fluidní kotle. Nebezpečné oxidy síry, způsobující kyselé deště, se ze spalin odstraňují v odsiřovacích zařízeních. Tyto poměrně nákladné systémy mohou být založeny na metodě mokré vápencové vypírky, při níž jsou spaliny vedeny přes absorbér s vápencovou suspenzí, nebo na polosuché metodě, při které jsou škodliviny ze spalin absorbovány na částicích vápenné suspenze a částice jsou usušeny a zachytávány v odlučovačích popílku. Oxidy síry jsou u fluidních kotlů zachytávány přímo ve spalovací komoře dávkováním vápence do ohniště.
Většina uhelných bloků je primárně řešena jako kondenzační jednotka s maximální výrobou elektrické energie. Při potřebě odběru tepla pro technologické účely, dálkové vytápění nebo ohřev užitkové vody může blok pracovat v režimu kombinované výroby elektřiny a tepla.
Technologická pára se odebírá z vyšších parních odběrů turbíny, topná pára pro ohřev vody v ohřívácích se získává z nižších parních odběrů. Využitím části páry na teplárenské účely se zvyšuje stupeň využití primárního paliva. Menší uhelné elektrárny s významným podílem teplárenství (teplárny) často využívají protitlaké turbíny, u kterých pára vycházející z turbíny má vyšší tlak a putuje přímo do topné soustavy jako topná pára. Výroba elektřiny je v tomto případě přímo závislá na odběru tepla pro účely teplárenství.
