Zentral termikoa
Industria Iraultzaren garaitik, energia elektrikoaren eskaria gero eta handiagoa da. Elektrizitatea sortzeko, zentral elektriko izeneko instalazioak eraiki dira eta horietan naturako zenbait energia-iturri (uranioa, erregai fosilak, jausten den ura, eguzki-energia, haize-energia, hondakinak, etab.) energia elektriko bihurtzen dira. Zentral termikoen energia-iturria erregai baten errekuntzan askatzen den bero-energia da. Horixe dute bereizgarri gainerako zentral elektrikoetatik.
Sailkapena
Bi sailkapen-irizpide nagusi daude:
Erregai-motaren arabera: solidoa (harrikatza, hiri-hondakinak, landare-hondakinak, etab.), likidoa (fuel-olioa, gasolioa, olio birziklatuak, etab.) eta gaseosoa (gas naturala, biogasa, etab.)
Erregaiaz baliatzeko eraren arabera: atal honetan zentral konbentzionalak soilik aztertuko dira, hau da, erregaia galdara batean erre, lurruna sortu eta lurrun-turbina eta sorgailuaren bidez elektrizitatea ekoizten dutenak. Hala ere, erregaiaren energia kimikoa aprobetxatzeko eta elektrizitatea sortzeko beste era batzuk badaude: motor bidezko baterako sorkuntzako instalazioak, gas-turbina eta berreskuratze-galdarako ziklo bakunak, ziklo konbinatuak eta abar (Ik. baterako sorkuntza; ziklo konbinatuko zentral elektriko).
zentral termikoaren eskema
Osagaiak
Galdara edo lurrun-sorgailua
Gailu honetan erregaia erretzen da, eta sortutako beroa sartzen den ura lurruntzeko erabiltzen da. Hemendik ateratzen den lurrun gainberotua (oso tenperatura eta presio handikoa) turbinara doa eta elektrizitatea sortzeko energia-iturria da. Galdara-mota asko daude, baina zentral termikoko galdaretan ur-lurrunak normalean hodien barnetik zirkulatzen du, hau da, ur-hodiko galdarak erabiltzen dira. Paralelepipedo-formakoa eta tamaina handikoa izaten da galdara. Hain zuzen ere, zentraleko gailurik handiena da, eraikin baten adinakoa askotan (Ik. galdara).
Galdaran erregaia eta aire aurreberotua sartzen dira, nahastu eta errekuntza gertatzen da. Horren ondorioz, tenperatura handian dagoen gas-kantitate handia eratzen da galdararen sutegian. Errekuntza era askotan egin daiteke, erabilitako erregaiaren arabera:
Harrikatza bada, hona hemen errekuntza-teknologia batzuk: parrilla (harrikatz-zatiak parrilla mekaniko eta higikor baten gainean erretzen dira), harrikatz xehatua erregailu berezietan erretzea, ohe fluidizatua eta gasifikazioa. Beste erregai batzuetarako ere antzeko teknologietara jotzen da. Gaur egun zabaltzen ari diren teknologiak gasifikazioa eta ohe fluidizatua dira, errendimendu hobea dutelako eta kutsatzaile gutxiago aireratzen dituztelako.
Erregai likido eta gaseosoetarako erregailu konbentzionalak erabiltzen dira.
Askatzen den bero-energia ura lurruntzeko erabiltzen da. Behar den lurruna presio eta tenperatura handikoa da, 400 °C eta 150 bar-ekoa gutxi gorabehera. Funtsean, gasen beroa urari transferitzea da kontua. Hori behar bezala gerta dadin, ura, likido zein lurruna, bost atal hauetatik igarotzen da galdaran:
Ekonomizagailua: gailu honen funtzioa errekuntza-ganberatik irteten diren gasen beroa berreskuratu eta kondentsadoretik eta tarteko aurreberogailutik datorren ura galdaran sartu aurretik berotzea da. Ura hodi batzuetatik isurtzen da, eta hodi horien kanpoaldetik direlako gasek zirkulatzen dute. Ura galdarako presioari dagokion asetasun-tenperaturatik hurbil dagoen tenperaturaraino berotzen da. Horrenbestez, argi dago zergatik deitzen zaio ekonomizagailu. Galdaran ura lurruntzeko erabili diren gasek gainerako ataletatik igaro ondoren oraindik ere duten bero-energia, ingurunera bota beharrean, sarrerako ura (tenperatura baxuenean dagoen ura alegia) berotzeko erabiltzen da. Era honetan, bi helburu lortzen dira batera: alde batetik, gasen tenperatura tximiniatik aireratu baino lehen jaisten da, eta poluzio termikoa txikiagoa da; bestetik, kentzen zaien energia galdararako elikatze-ura aurrez berotzeko baliatzen da, eta berotze horretarako beharrezkoa izango litzatekeen erregaia aurrezten (‘ekonomizatzen’) da. Honengatik guztiarengatik, ekonomizagailua oso garrantzitsua da errendimendu oneko zentrala lortzeko.
Lurruntze-hodiak: ur-tangarekin zirkuitu itxian lan egiten duten hodi-multzoa dira. Ekonomizagailutik datorren ura lurrun-andelean biltzen da; hortik, lurruntze-hodietan zehar zirkularazten zaio. Ibilbidean zehar, urak gasetatik beroa hartzen du, irakin egiten du eta lurrun-andelera iristen denean lurrunduta dago.
Lurrun-andela: fase likido eta lurrunaren arteko biltegi banatzailea eta sortutako lurrun-emariaren erregulazio-mekanismoa da. Zilindro-formakoa izaten da, eta galdararen goiko aldean egoten da. Galdararen barruan horrelako batzuk egon daitezke, lurruntze-hodien bidez elkarrekin konektatuta. Lurrun-andelak ekonomizagailutik datorren ura eta lurruntze-hodietatik datorren lurruna hartzen ditu, eta lurruna gainberogailurantz bideratzen du.
Gainberogailua: beste hodi-multzo bat da, eta bere barrutik lurrun-andeletik irteten den lurruna dabil. Hodietan, gasek askatzen duten beroa bereganatzean, lurrunaren tenperatura areago igotzen da, eta lurrun gainberotu bihurtzen da. Hortik turbinara doa.
Tarteko birberogailua: zentralaren etekina hobetzeko, presio handiko lurrun-turbinaren irteeran lurrun-emariaren parte bat edo emari osoa gailu honetara desbideratzen da, eta berriro galdaran sartzen da. Nahiz eta zabalkuntza jasan, lurruna oraindik presio handian dago, eta gailu honetan berriz berotzen da, gainberogailuaren irteerako pareko tenperatura izan arte. Eragiketa hau egiten den hodi-multzoa tarteko birberogailua deitzen da, egiten duen funtzioagatik hain zuzen ere.
ur-hodiko galdara
Ur-hodiko galdarak urak lurruntze-hodietan zirkulatzen duen moduaren arabera sailkatzen dira:
Berezko zirkulazioa: urak modu naturalean zirkulatzen du, ur likidoaren eta lurrunaren arteko dentsitate-diferentziaren eragin hutsaz. Ez dago zirkulazio-ponparik eta hodien diseinu berezia behar da, karga txikietan lan egiten denean funtzionamenduko arazorik ez izateko.
Zirkulazio behartua: ura lurruntze-hodietan zehar biderarazteko zirkulazio-ponpa ezartzen da. Horrela, funtzionamendu-arazoak saihesten dira, baina egin beharreko inbertsioa handiagoa da.
Galdara zentraleko ekiporik garrantzitsuena da, errendimendu termikoari gehien eragiten diona delako. Galdaran normalean aztertzen diren parametroak hurrengoak dira:
Lurrunaren parametroak: presioa, irteerako tenperatura, sarrera-uraren tenperatura, emaria eta berotze-ahalmena
Hodien berotze-azalera
Erregai-mota eta ezaugarriak
Soberako errekuntza-airearen ehunekoa eta sarrerako tenperatura
Lurrun-turbina
Galdaran erregaian metatuta zegoen energia kimikoa bero-energia bihurtu da. Lurruna da bero-energia horren eramailea. Energia horretaz baliatu ahal izateko, presio eta tenperatura handian dagoen lurruna turbinara sartzen da, bertan hedatu, hau da, presioa galdu eta turbinaren besoak higiaraz ditzan. Beraz, lurrunaren energia biratze-energia mekaniko bihurtzen da. Horretarako, turbinak tobera finkoz eta beso higikorreko gurpilez osatutako diseinu berezia du. Ahalik eta errendimendu handiena lortzearren, lurrunaren irteera-presioa ahal den txikiena izatea komeni da.
Lurrunak turbina barruan duen presioaren arabera, zenbait eskualde bereizten dira: presio handikoa, presio ertainekoa eta presio txikikoa. Eskualde bakoitzean zenbait gorputz egon daitezke. Galdararen osagaiak azaltzean esan den bezala, presio handiko gorputzetik ateratzen den lurrun-emariaren parte bat berriro galdarara eramaten da, tarteko birberokuntza egiteko. Hori zentral orotan da beharrezkoa, behar besteko errendimendu-hobekuntza lortu nahi bada. Gainera, presio ertaineko eta baxuko turbinetan gertatzen den lurrun-zabalkuntzan zehar, eta aurrez finkatutako hainbat puntutan, erauzteak egiten dira, hau da, turbinatik zirkulatzen duen lurrunaren kantitate bat ateratzen da, duen energia termikoa galdararako elikatze-uraren aurreberokuntzan erabiltzeko. Horrelako aurreberokuntza birsortzailea dela esaten da.
Azkenik, turbinaren ardatza elektrizitate-sorgailuaren errotoreari lotua dago. Lurrunak turbina birarazi ahala, honek sorgailuari eragiten dio eta turbinaren biratze-energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen da.
Kondentsadorea
Turbinatik ateratzen den lurruna oso presio eta tenperatura txikian dago, zabalkuntzan bere energia ia agortu egin delako. Hala ere, lurrun-egoeran jarraitzen du. Zentraleko ur-zirkuitua ziklo itxikoa denez, lurruna ur bihurtu behar da berriro, galdararako elikatze-uraren ponpan sartu ahal izateko. Horretarako, lurruna zentraleko kondentsadorean sartzen da. Bero-trukagailu handi bat da, eta barruan lurruna kondentsatzen da, prozesu horretan askatzen duen beroa kanpoko hozteko ur-emariari emanez.
Bistan dena, lurruna bero-trukearen foku beroa da, eta presio eta tenperatura konstanteko prozesua jasaten du (fase-aldaketa izateagatik), kanpoko ura foku hotza den bitartean. Hala ere, bero-truke horretarako muga fisikoa dago: gertatu ahal izan dadin, foku beroaren tenperaturak foku hotzarena baino gradu batzuk handiagoa izan behar du. Gailu honetan oso bero-kantitate handia barreiatzen da, erabiltzen diren lurrun-emariak ere handiak direlako. Horregatik, erabiltzen den hozte-fluidoak ugaria izan behar du, bestela kostua handiegia litzatekeelako. Ibai, aintzira edo itsasoko ura erabili ohi da, eta hozte-fluidoaren tenperatura gutxi aldatzen da urtean zehar. Aipatu tenperatura-mugak turbinatik irteten den lurrunaren presioa nahi bezain txikia ez izatea eragozten du. Alde batetik, tenperatura hori murriztea komeniko litzateke, irteerako presioa txikiagotu eta elektrizitate gehiago sortuko litzatekeelako. Baina, bestetik, tenperatura horrek hozte-fluidoarena baino handiagoa izan behar du, bero-trukea gertatu ahal izateko, eta hori ezin da aldatu, naturak finkatzen duelako.
Beste batzuetan, zentrala ez dago ibai batetik edo itsasotik hurbil eta kondentsadorea airez hoztu behar da. Horretarako hozteko dorreak eraikitzen dira. Hormigoizko tximinia-antzeko egitura zabalak izaten dira eta zentralaren kostua handitu egiten dute (Ik. hozteko dorre).
Aurreberogailu birsortzaileak
Frogatuta dago zentralaren errendimendua hobetzeko ona dela galdaran sortutako lurrunaren parte bat elikatze-ura aurrez berotzeko erabiltzea. Horretarako, lehen azaldu denez, turbinako toki batzuetatik lurruna ateratzen da, presio desberdinetan, aurreberokuntzan bero-iturritzat erabiltzeko.
Bero-trukea beti berdin egiten da: lurruna kondentsatzen da, beroa barreiatzen du eta elikatze-urak bereganatzen du, hau da, berotu egiten da. Elikatze-ur hori kondentsadoretik edo aurreko beste aurreberogailu batetik etor daiteke.
Bi aurreberogailu birsortzaile mota daude:
Gainazal-aurreberogailuak: lurruna eta ura ez dira nahasten. Ura hodien barrutik dabil eta lurruna kanpoko azalean kondentsatzen da, beroa askatzen du, eta egoera likidoan ateratzen da.
Nahaste-aurreberogailuak: izenak berak adierazten duenez, lurruna eta ura nahastu egiten dira eta fluxu likido bakarra irteten da.
Elikatze-ponpa
Galdarara sartzen den ur-emari guztia hartzen du eta presioa galdaran sortuko den lurrunaren presioa izan arte handiagotzen du.
Errekuntza-airearen hartze-sistema
Zentralaren errendimendua hobetzen duen faktore bat, horri esker erregai gutxiago behar delako, errekuntza-airea aurrez berotzea da. Horretara, energia gehigarria sartzen da galdaran, erregaiarenaz gainera: airearen bero sentikorra.
Aurreberokuntza horretan erabiltzen den bero-iturria tximiniatik ateratzen diren gasak dira. Bi fluxuak, gasena eta airearena, hodizkoa, plakazkoa edo birsortzailea izan daitekeen bero-trukagailu batean sartzen dira. Normalean birsortzailea erabiltzen da. Ardatz bertikal baten inguruan biratzen den gurpil horizontala da. Bertan, bi isurbide bertikal ezartzen dira, gasena eta airearena, bata bestetik bereiz eta finkatuta. Gurpila pilatutako plaka txiki batzuez osatuta dago, eta diseinua berezia du trukatze-azalera minimizatzeko. Gurpila biratu egiten da, eta plakak gas beroen aldean sartzen direnean, berotu egiten dira eta halako energia-kantitatea biltzen dute. Bira-erdia bukatutakoan, plaka beroak hotzago dagoen airearen aldean sartzen dira, eta bildutako energia aireari emanez askatzen dute. Bigarren bira-erdia eginda, plakak hoztu egin dira eta zikloa berriro hasten da.
Erregaia prestatzeko sistema
zentral termikoa
Sistema hau osatzen duten ekipoak eta beren ezaugarriak askotarikoak dira, erabilitako erregaiaren arabera. Oro har, hiru tratamendu-aldi bereizten dira: harrera, prestakuntza eta garraioa.
Harrikatza da arazo gehien sortzen dituena. Aurrena, lehen ehotze-lana egin behar da. Horren helburuak errekuntza hobetzeko harrikatz-zatien tamaina txikiagotzea eta harrikatza zenbateraino den hausten erraza ere neurtzea dira, zentralarentzat kostu ekonomiko garrantzitsua delako. Gero lehortu egiten da, hezetasuna kentzeko. Izan ere, urak azken birrinketa eta galdararako garraioa zaildu egiten du eta errekuntzaren kalitatea txartu egiten du. Ondoren, errotetan azken ehotze-lana egiten da, tamaina egokia lortzeko, eta galdarara garraiatzen da, han erretzeko.
Erregai likidoak, fuel-olioa batez ere, biltegi handietan biltzen dira. Bertan, fuel-olioa 50 °C-ko tenperaturan eduki behar da, solidotu ez dadin, eta gero erregailuetara eraman ahal izateko. Horretarako, galdarak sortzen duen lurrunaren parte txiki bat erabiltzen da. Garraioan zehar, fuel-olioa iragazi egiten da zikinkeriak kentzeko, eta, erregailuetara sartu baino lehen, beste beroaldi biziago bat egiten zaio, 80 °C-rainokoa. Hori eginik, erraz atomiza daiteke eta errekuntza hobetu egiten da.
Gas-erregaiek, gas naturalak batez ere, ez dute inolako prestakuntza berezirik behar. Hornikuntza-sareko hodietatik jasotzen da, eta, erregailuetara sartu aurretik, presioa egokitzen zaio.
Errendimendua
Zentral termikoaren funtzionamendua txarra edo ona den erakusten duen parametroa errendimendu termikoa da. Errendimenduak zentralera sartzen den energia-kantitatetik elektrizitate zenbat bihurtu den adierazten du. Energia hori erregaiaren berotze-ahalmen garbi edo behekoarekiko adierazten da. Denboraldi batean ekoizten den energia eta kontsumitu den erregai-kantitatea jakinda:
non:
E: turbinan sortutako energia elektrikoa, kWh-tan.
mc: kontsumitutako erregai-kantitatea, kg-tan
BBA: erregaiaren beheko berotze-ahalmena, kJ/kg-tan.
Erregimen egonkorrean ari garelarik, denborak ez du eraginik, eta errendimendua potentzian oinarriturik kalkula daiteke:
non:
P: turbinan sortutako potentzia elektrikoa, kW-etan.
mc: erregaiaren gastu masikoa, kg/s-tan.
BBA: erregaiaren beheko berotze-ahalmena, kJ/kg-tan.
Gaur egun, zentral termikoen batez besteko errendimendua % 40 ingurukoa izaten da.
Ingurumenaren gaineko eragina
Energia-instalazio guztietan bezala, zentral termikoan ere ingurumenaren gaineko eragina oso kontuan hartzekoa da. Zentral termikoetan, hiru poluzio-iturri izan daitezke:
Aireratzen diren gasak: errekuntzaren emaitza dira. Hona hemen nagusiak: karbono dioxidoa (CO2) saihestezina da, eta, beste gasekin konparatuta, nolabait desiragarria (errekuntza burutu egin dela adierazten duelako eta toxikoa ez delako), baina berotegi-efektua areagotzen du. Karbono monoxidoa (CO) aireratzeak errekuntza ona ez dela izan eta erregaiaren energia kimikoaren parte bat alferrik galdu egin dela adierazten du. NOx, SO2 eta SO3 oso kutsatzaileak dira, eta efektu nabarmenena euri azidoa eta smog fotokimikoa dira.
Hondakin solidoak: erregaitzat harrikatza erabiltzen duten zentraletan sortzen dira batez ere. Harrikatzaren osagai bat errautsak dira, substantzia geldo direnak eta galdararen behealdetik jasotzen direnak. Berreskuratu egiten dira eta asfaltoen eta material isolatzaileen fabrikazioan erabiltzen dira. Hondakin hauen parte bat atmosferara botatzea eragozteko, tximiniaren aurretik iragazki elektrostatikoak ezartzen dira, errautsak atxiki eta gasak garbitzen dituztenak.
Poluzio termikoa: atmosferara botatzen diren gaien bero-energia da. Bitara gerta daiteke: tximiniatik aireratzen diren gasen beroa eta kondentsadorea hozteko urak hartzen duen beroa. Kondentsadoreari dagokion energia-barreiatzea saihestezina da, zikloaren izaerak berekin duen ezinbesteko gertakaria delako. Gasena, berriz, albait gehien murrizten saiatu beharra dago. Irteerako gasen tenperatura jaitsi egin behar da; horretarako, errekuntza-airearen aurreberogailuak eta elikatze-uraren aurreberogailuak ezartzen dira haien ibilbidearen amaieran.
hainbat zentral elektrikotako errendimenduak eta gas kutsatzaileak
Iván Armentia (Amaiba)