06 - Turbine, Generatori i Elektrane

Kako smo naučili u poglavlju 2, električna struja teče kroz žice koje idu do naših domova i na taj način omogućava svijetljenje žarulje, rad televizora, osobnih računala i rad drugih električnih aparata. Ali, postavlja se pitanje, odakle dolazi električna struja?

U ovom ćemo poglavlju naučiti kako se proizvodi električna struja u "posebnim tvornicama" koje se nazivaju elektrane. U sljedećih nekoliko poglavlja govorit ćemo i o raznim načinima dobavljanja topline koja se zatim pretvara u električnu energiju. U poglavlju 7 naučit ćemo kako se električna struja doprema iz elektrana u naše domove, škole i poduzeća.
Termoelektrane imaju velike kotlove u kojima izgara gorivo i pritom se oslobađa toplina (toplinska energija). Kotao se može zamisliti kao čajnik na pećnici. Kada voda zakipi tada para izlazi kroz malu rupicu na vrhu čajnika. Para se giba i prolazi kroz rupicu te stvara piskutavi zvuk koji nam daje do znanja da je voda zakipjela. U elektrani voda zakipi u velikim kotlovima iz kojih se tada para odvodi do turbine pomoću cijevi koje imaju debele stjenke.

Većina kotlova se zagrijava tako da se ispod njih nalazi ložište u kojem se pali drvo, ugljen, nafta ili prirodni plin i tako se dobiva toplina. Kroz ložište i iznad njega prolazi niz cijevi kroz koje teče voda. Toplinska energija dobivena u ložištu prenosi se na cijevi koje tada zagrijavaju vodu koja teče kroz njih sve do trenutka dok se ne dobije para. Temperatura na kojoj voda prelazi u paru jako je visoka i ovisi o tlaku pod kojim se voda nalazi u kotlu; što je viši tlak, to je viša temperatira na kojoj voda započinje isparavati (kipjeti). Para visokog tlaka dovodi se do turbine i turbina se tada vrti. Energija pohranjena u pari pretvara se u mehaničku energiju osovine turbine. Kako je osovina turbine spojena s osovinom generatora, i on se vrti. Generator tada pretvara mehaničku energiju vrtnje u električnu energiju.

Turbina ima na stotine lopatica koje su okrenute pod nekim kutom (kao propeler kod broda). Kada se para dovodi do turbine ona klizi duž lopatica koje djeluju silom na paru skrećući je s početnog smjera strujanja. Istom silom, no suprotnog smjera, para djeluje na lopatice koje su pak pričvršćene na osovinu; zbog djelovanja pare na lopatice silom osovina se vrti.

Nakon što para prođe kroz turbinu odvodimo je cijevima u uređaj za hlađenje (kondenzator) gdje joj se snizuje temperatura do trenutka kada se ponovno pretvara u vodu. Kada vruće cijevi dođu u kontakt s hladnim zrakom dolazi do zagrijavanja čestica vode koje se nalaze u zraku te se pretvore u paru i tada izgleda kao da se uređaj za hlađenje dimi. To, dakle, nije dim nego vodena para. Valja naglasiti da to nije ona para koja pokreće turbinu. Ohlađena voda se pumpom ponovno dovodi do kotla u kojem se grije, pa se cijeli proces neprestano ponavlja.

Termoelektrane u Hrvatskoj koriste se ugljenom, naftom i plinom za grijanje vode, a nuklearna elektrana Krško nuklearnim gorivom pomoću kojeg grije vodu. Dakle, nuklearne elektrane su također termoelektrane, ali umjesto ugljena, nafte ili plina rabe drugu vrstu goriva (nuklearno gorivo) za zagrijavanje vode. Postoje i elektrane koje se koriste geotermalnim izvorima te samim time ne trebaju nikakvo gorivo. O tim ćemo energetskim izvorima saznati više u idućim poglavljima.

Kako radi generator

Osovina turbine je pričvršćena za osovinu generatora. Generator ima veliki pomični magnet (rotor) koji se nalazi unutar nepomičnog prstena (stator) na koji je namotana dugačka žica.

Pošto je osovina turbine spojena s osovinom rotora, rotor se vrti kada se vrti turbina. Zbog pomicanja (okretanja) rotora (koji je veliki magnet) u žicama na prstenu (statoru) počinje teći struja kao posljedica elektromagnetne indukcije. Dakle, generator pretvara mehaničku energiju rotora u električnu energiju.

Generator radi na principu elektromagnetne indukcije, što je otkrio britanski znanstvenik Michael Faraday 1831. godine. On je ustanovio da kroz vodič, na primjer bakrenu žicu, ako ga gibamo unutar magnetskog polja teče električne struja: govorimo da se u vodiču inducirala električna struja. Vrijedi i obratno. Gibamo li magnetno polje (tako da gibamo magnet - rotor) u blizini vodiča, žica na statoru, tada se u njima inducira električna struja. To je upravo princip rada generatora. Želite li saznati više o elektromagnetnoj indukciji posjetite ovu adresu.

Struja proizvedena pomoću generatora prenosi se pomoću velikih žica koje se nazivaju dalekovodi do naših kuća, škola i poduzeća. Ako želite saznati nešto više o dalekovodima pogledajte poglavlje 7.