Tema:Producerea energiei electrice prin transformarea energiei termice

Cuprins

1.Introducere..Pag.1 1.1.Conceptia producerii energiei electrice.....Pag.1 1.2.Tipuri de energie....Pag.4 1.3.Energia in activitatea umana...Pag.62.Energia termica...Pag.9 2.1.Energia termica..Pag.9 2.2.Principali consumatori de energie termica....Pag.123.Centrala termoelectrica...Pag.15 3.1.Centrale termoelectrice(CTE)....Pag.17 3.2.Centrale electrice de termoficare(CET)Pag.18 3.3.Conversia Termoelectrica..Pag.20 3.4.Schema ... Pag.214. Bibliografie...Pag.23

1. Introducere

1.1Conceptia producerii energiei electriceProducerea energiei electrice reprezinta procesul de transformare a diferitelor forme de energie primara in energie electrica, in cadrul unor instalatii specializate de complexitate mare , denumite central electrice. Evolutia consumului de energie electrica a facut ca acestea sa fie tot mai mari, puterile lor instalate fiind limitate de restricti tehnologice , economice, de mediu sau de securitate. Centrala electrica reprezinta un ansamblu de instalatii complexe , in care se asigura conditiile pentru conversia unei forme primare de energie in energie electrica. Ea materializeaza tehnologic o conceptie de conversie. Se pot evidentia la limita , doua conceptii opuse de producer a energiei: * O conceptie centralizata, bazata pe central electrice de mare putere care utilizeaza surse primare cu concentrareenergetica mare(combustibili fosili sau nucleari). Puterea acestor centrale este de regula superioara consumului local, implicand existenta unui sistem de transport si distributie a energiei electrice. Ansamblul centralelor si al retelelor electrice de transport, exploatate si conduse intr-o conceptie unitara constituie un sistem electoenergetic. *O conceptie distribuita , cu surse mici, amplasate langa consumatori. Se bazeaza in general pe utilizarea unor surse primareusoare, cu concentrare energetica redusa(solara, eoliana ,etc). Centrala este destinata strict pentru acoperirea consumului local, eliminandu-se necesitatea de a transporta energia electrica la distanta. In prezent conceptia centralizata are inca o pondere mult mai mare, rolul producerii distribuie crescand insa odata cu accesul tot mai dificil la sursele primare cu concentrare energetica ridicata, pe de-o parte, si a restrictiilor tot mai severe impuse de protective Dezvoltarea unei concepti sau alteia depinde de modul in care la nivelul unei tari sau comunitate exista o strategie globala, prioritara fata de cea de la nivelul de grup, companies au societate. La nivelul actual de cunotine i dezvoltare tehnologic, se consider c universul care ne nconjoar exist sub dou forme: de substan (materie) i cmp de fore. Materia este caracterizat prin dou mrimi fundamentale: masa i energia. Masa este msura ineriei i a gravitaiei, iar energia este msura scalar a micrii materiei. Cea mai general definiie, prezint energia ca msur a micrii materiei. Conform relaiei dintre mas i energie, oricrei forme de energie a unui sistem fizic i corespunde o mas inert a sistemului, conform relaiei lui Einstein: 2 E = m c , unde m este masa sistemului, iar c este viteza luminii n vid. De subliniat c masa nu este o energie, ci o mrime asociat acesteia. Energia este o funcie de stare i nimic altceva; energia este o mrime de stare a unui sistem fizic. Energia definete calitatea schimbrilor i proceselor care au loc n univers, ncepnd cu deplasarea n spaiu i terminnd cu gndirea. Unitatea i legtura formelor de micare a materiei, capacitatea lor inepuizabil de transformare reciproc, au permis msurarea diferitelor forme ale materiei printr-o msur comun: energie Energia este unul dintre cele mai importante concepte fizice descoperite de om. nelegerea corect a noiunii de energie constituie o condiie necesar pentru analiza sistemelor energetice i a proceselor energetice. Din punct de vedere tiinific, energia este o mrime care indic capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic cnd trece printr-o transformare din starea sa ntr-o alt stare aleas ca stare de referin. Cnd un sistem fizic trece printr-o transformare, din starea sa n starea de referin, rmn n natur schimbri cu privire la poziia sa relativ i la proprietile sistemelor fizice din exteriorul lui, adic: schimbarea poziiei, vitezei, schimbarea strii termice, schimbarea strii electrice, magnetice, att ale lui ct i ale sistemelor din exteriorul su. Efectele asupra sistemelor externe se numesc aciunile externe ale sistemului n cursul transformrii.

1.2 Tipuri de energie

In functie de diferite criteria, se vorbeste despre diverse tipuri de energie. Din punctual de verere al sistemului fizic caruia ii apartine , exista: -energie hidraulica ,care, la randul ei, poare proven din energia potential a caderilor de apa si mareelor, sau din energia cinetica a valurilor-energie nucleara, care provine din energia nucleelor si din care o parte poate fi eliberata prin fisiunea sau fuziunea lor; -energie de zacamant, caer este energia interna a gazelor sub presiune accumulate deasupra zacamintelor de titei;-energie chimica, care este dat de potentialul electric al legaturii dintr atomii moleculelor-energie de deformatie elastica, care este energia potential datorita atractiei dintr atomi-energie gravitationala, care este energia potentiala in camp gravitational. Dupa sursa de provenienta pate fi: -energie stelara -energie solara -energia combustibililor fosili -energia hidraulica -energie eoliana -energie geotermala -energie nucleara Dupa faptul ca urmeaza sau nu un ciclu se clasifica in: -energie neregenerabila, care este energia optinuta din resurse epuizabile , care sunt considerate combustibilii fosili si cei nucleari; -energie regenerabila, prin care se intelege energia care se poate exploata ciclic, la diferite scari de timp estimate sau cunoscute, energie considerate inepuizabila, sub forma de energie electrica(conversie directa), termica(incalzire directa), hidraulica, eoliana sau cea provenita din biomasa. Dupa modul de manifestare a energiei se vorbeste despre: -energie mecanica -energie electrica -energie luminoasa Dupa purtatorul de energie se vorbeste despre: energie termica,energie electrica ,etc.

1.3 Energia in activitatea umana

Energia electrica este un termen general care cuprinde o varietate de fenomene care rezulta din prezenta si fluxul de sarcina electrica. Acesta include fenomene naturale usor de reucnoscut, cum ar fi fulgerele, de electricitate static,dar,in plus, sunt concept mai putin familiare, cym ar fi campul electromagnetic si de inductie electromagnetica. In uz general, conceptual de energie electricaeste adecvat pentru a se referi la o serie de efecte fizice. Din punct de vedere stiintific, termenul este vag, putand fi eplicat mai prcis prin definirea urmatorilor termini:Sarcina electrica o propietate a unor particule subatomice care determina interactiuniile lor electromagnetice. Materia incarcata electric este influentata de campurile electromagnetice. Curentul electric - o miscare determinate de fluxul de particule incarcate electricCamp electric -este produs de o sarcina electrica aflata in miscarePotential electric -capacitatea unui camp electric de a realiza o actiune de atractie sau respingere asupra unei sarcini electriceElectromagnetism -o interactiune fundamental intre campul magnetic si campul electric Energia electrica prezinta o serie de avantaje in comparative de alte forme de energie ei anume:-producerea energiei electrice in central electrice are loc in conditii economice avantajoase-energia electrica poate fi transmisa la distante mari prin intermediul campului electromagnetic, fie direct prin mediul inconjurator, fie dirijat prin linii electrice -energia electrica poate fi transformata cu randamente foarte mari in alte forme de energie-energia electrica poate fi divizata si utilizata in parti oricat de mici, dupa necesitati Dezavantajul major pe care il prezinta energia electrica in comparative cu alte forme ale energiei consta in aceea ce nu poate fi inmagazinata decat in conditii special si cu costuri investitionale foarte ridicate. Energia electrica trebuie produsa in aceeasi cantitate cat este ceruta si utilizata de consumatori. Energia electrica rezulta in urma conversisi unei alte forme de energie in energie electrica cum ar fi:-transformarea energiei chimice a combustibililor in turbine de aer,gaz,motoare cu ardere interna-transformarea energiei potentiale sau cinetice a apelor-transformarea energiei atomice-transformarea altor forme de energie:mare,solara,eoliana.

2.Energia termica

2.1Energia termica

Energia termica este energia continuta de un sistem fizic si care poate fi transmisa sub forma de caldura altui sistem fizic pe baza diferentei dintre temperature sistemului care cedeaza energies i temperature sistemului care primeste energie. Exemple : energia aburului, energia apei calde sau fierbinti,energia gazelor calde etc. Caldura este adesea confundata cu energie termica. Cand un sistem termodinamic primeste caldura, temperatura si energia sa termica creste, iar cand ceteaza caldura, temperature si energia termica scade. Caldura si energia termica doar par a fi sinonime. De fapt in timp ce energia termica este o functie de potential, caldura este o forma de schimb de energie. Un corp poate contine energie interna sub diferite forme insa nu se poate defini notiunea de caldura continuta de un corp. De asemenea ,in termodinamica, pentru studiul caldurii in locul notiunii de energie termica, greu de definit, se prefera notiuni de energie interna, lucru mechanic, entalpie, entropie, notiuni care pot fi definite exact fara a recurge la notiunea de miscare moleculara. In fizica si termodinamica ,caldura, simbolizata prin ,Q, este energia transferata intre un sistem termodinamic si mediul incaonjurator, intre doua sisteme termodinamice sau intre diferite parti ale aceluiasi sistem termodinamic, in cursul unei transformari termodinamice in care parametrii extreme raman constant. Transferal de caldura are loc sub infuluenta unei diferente de temperature. Principiu al doilea al termodinamicii stipuleaza ca astest transfer se lace de la sine doar de la temperature mai ialta la temperature mai joaca. Exista trei cai pe care are loc fenomenul de transmitere a calduri apar toate cele trei moduri de transmitere a caldurii simultan, dar de multe ori caldura transmisa prin unul sau chiar doua mecanisme este sufucient de mica pentru a fi neglijabila.

Mecanisme de transmitere a caldurii: Trecerea caldurii de la un corp cu o temperature inalta la o temperature joasa se numeste transmitrea caldurii(transfer termic) si se cunosc trei mecanisme de transfer:# Transmiterea prin conductive termica , este mecanismul prin care caldura se transmite in interiorul unui corp indifferent de starea lui de agregare. Transmiterea caldurii prin conductive termica se tralizeaza prin propagarea caldurii din aproape in aproape intr particulele sistemului, pe baza ciocnirilor dintre acestea, cauzate de miscarea lor libera in interiorul corpului sau a sistemuli.# Transmiterea prin convective termica este modul in care caldura se transmite intre un perete solid si unul fluid( compresibil sau incompresibil) in miscare libera sau fortata. In functie de natura miscarilor macriscopice convectia poate fi:- Convectie libera, caracterizata prin faptul ca miscarile se fac sub actiunea fortelor arhimedice, determinate de diferente de densitate.- Convectie fortata, caracterizata prin faptul ca muscarile se fac sub actiunea altor forte.# Transmiterea prin radiatia termica , este de fapt radiatia electromagnetica care produce efecte termice in material atunci cand energia termica radiate ajunge la nivelul materialuli. Efectele termice semnificative sunt produse de radiatia electromagnetica din spectrul inflarosu si din spectrul vizibil

2.2 Principalii consumatori de energie termica

Comsumatorul de energie termica este persoana fizica sau juridical, care beneficiaza de energia termica produsa de sisteme de conversie proprii sau de la sistemul de alimentare centralizat Una dintre problemele principale, de a carei solutionare depinde dezvoltarea civilizatiei noastre, problema care a revenit pe primul plan al preocuparilor oamenilor de stiinta, este asigurarea cu energia necesara dezvoltarii activitaiilor de baza, care conditioneaza evolutia progresiva a nivelului de trai al populatiti globului terestru. Clasificarea consumatorilor dua necesarul de energie termica: -Consumatori mari de energie termica: Se considera consummator mare de energie termica consumatorul cu o putere termica instalata mai mare de 2000kW. Acestia sunt consumatori care folosesc energia in instalatiile de forta din industrie,transporturi,utilitati menajere,incalzirea consumatorilor urbani etc. -Consumatori medii de energie termica: Se considera consummator mediu de energie termica consumatorul cu o putere termica instalata in intervalul 100kW-2000kw. Din aceasta categorie fac parte scolile, institutii publice, firme mici, blocurile de locuinte, consumatori agricoli. - Consumatori mici de energie: Se considera consumator mic de energie termica consumatorul cu o putere termica mai mica de 100kW. Din aceasta categorie fac parte consumatori casnici. Clasificarea consumatorilor dupa zona demografica-Consumatori urbani: Consumatorul urban de energie termica este persoana fizica sau juridical care utilizeaza energia termica in instalatiile propi si sunt racordati printr-un bransament termic la sistemul de alimentare centralizata cu energie termica si fac parte din categoria consumatorilor mari de energie termica.-Consumatori industriali: Consumatorul industrial de energie termica este persoana juridical careutiliseaza energia terimica cu parametri speciali direct cu sistemele de producer a acesteia si cu un nivel de siguranta in alimentare foarte ridicat. Consumatorii industriali fac parte din categoria consumatorilor mari de energie termica.

-Consumatori agricoli : consumatorul agricol de energie termica este persoana fizica sau juridical care utilizeaza energia termica in instalatiile propii menite sa creeze microclimate favorabil plantelor , atunci cand conditiile natural de mediu sunt diferite de cerintele diverselor specii pe care dorim sa le cultivam . Consumatorii agricoli fac parte din categoria consumatorilor medii sau mari de energie termica.-Consumatori din zone rezidentiale .-Consumatori din zone rurale.-Consumatori solitari.

3.Centrala termoelectrica

O centrala termoelectrica sau termocentrala este o central electrica care produce current electric pe baza conversiei energiei termice prin arderea combustibililor. Curentul electric este produs de generatoare antrenate de turbine de abur , turbine cu gaze, sau, mai rar, cu motoare cu ardere interna. Drept combustibili se folosesc: Combustibilii solizi: Carbune este una din cele mai importante surse primare de energie, lui revenindu-I aproape 70% din energia inglobata in rezervele certe de combustibili fosili. Pentru industria energetica se folosesc in mare parte carbuni bituminosi (huila si antracitul ) si carbuni bruni (sub-bituminos si lignitul)In raport cu ceilalti combustibili fosili carbune are o serie de avantaje indiscutabile. Deseuri sau biomasa : Centralele energetice bazate pe biomasa produc prin valorificarea(coordonarea) rezidurilor agricole , industriale sau menajere , in arzatoare , alaturi de carbune, titei sau gaze prin conversia biomasei in gaze combustibile care pot substitui arderea gazelor naturale. Combustibili lichizi : Petrolul si gazele naturale lichide : Petrolul ramane o energie primara deosebit de cautat datorita avantajelor importante care le ofera atat din punct de vedere al valorii sale energetice cat si al propietatilor sale fizico-chimice. Pe langa petrol, o pondere deloc neglijabila o au gazelle naturale lichide. Acestea sunt reprezentate de hidrocarburi component ale gazului natural(etan, propan, butan, pentan) care sunt recuperate sub forma lichida. In general statisticile include rezervele de gaze naturale lichide in cele de petrol.

Combustibili gazosi : Gazul natural este definit ca un amestec de hidrocarburi care este exploatat in stare gazoasa si a carui component principal este reprezentata de metan. In ultimele deceni gazul natural a devenit combustibil preferat in raport cu carbunele sau petrolul. Uneori sunt considerate termocentrale si cele care transforma energia termica provenita din alte surse cum ar fi energia nucleara, solara sau geotermala , insa constructia acestora difera . Dupa destinatie, termocentralele se clasifica in 3.1Centrale termoelectrice( CTE) ,care produc in special current electric , caldura fiind un produs secundar. Aceste central se caracterizeaza prin faptul ca sunt echipate in special cu turbine cu abur cu condensatie sau cu turbine cu gaze. Mai nou aceste central se contruiesc avand la baza un ciclu combinat abur-gaz 3.2 Centrale electrice de termoficare (CET) , care produc in congenerare atat current electric cat si caldura care iarna predomina. Aceste centrale se caracterizeaza prin faptul ca sunt echipate in special cu turbine cu abur cu contrapresiune . Motivele pentru care s-a devoltat termoficarea :-insemnate economii de combustibil si eficienta economica buna:- contribuie la imbunatatirea curateniei atmosferice, deoarece gazelle sunt evacuate prin cosuri unice inalte in loc de numeroase cosuri urbane si industrial joase-ameliorarea problemei transportului de carbuni si a evacuarii cenusii din cartierele central ale oraselor De obicei termocentralele functioneaza pe baza unu ciclu Clausius-Rankine . Sursa termica cazanul incalzeste si vaporizeaza apa. Aburul produs se destine intr-o turbine cu abur producand lucru mechanic. Apoi aburul este condensate intr-un condensator. Apa condensate este pompata din nou in cazan si ciclul se reia. Turbina antreneaza un generator de current alternativ(alternator), care transforma lucrul mechanic in energie electrica, de obicei la tensiunea de 6000 V si frecventa de 50Hz in Europa respectiv 60Hz in America de nord si sud.

3.3.CONVERSIA TERMOELECTRICA

Conversia termoelectrica este o metoda de conversie directa a energiei termice in energie electrica pe baza efectelor termoelectrice: Seebeck (1822), Peltier (1934) si Thomson (1856). Efectul Seebeckconsta in generarea unei tensiuni electromotoare (t.e.m.) intr-un circuit realizat din doua metale sau semiconductoare diferite, atunci cand intre cele doua puncte de imbinare (jonctiuni) se stabileste (aplica) o diferenta de temperaturaDT=Tc-TrEfectul Thomsonconsta in generarea sau absorbtia unei cantitati de caldura in plus fata de cea produsa de efectul Joule la trecerea curentului electric printr-un conductor sau semiconductorde-a lungul caruia exista un gradient de temperatura, depinzand de sensul curentului. Efectul Jouleconsta in generarea in unitatea de timp a unei cantitati de caldura, la trecerea curentului electric printr-un conductor sau semiconductor de rezistenta R, proportionala cu patratul intensitatii curentului

3.4Schema clasica a unei termocentrale bazata pe carbune:

1. Turn de racire 2. Pompa circuitului de racire al condensatorului3. Linia electrica de inalta tensiune4. Transformator ridicator de tensiune5. Generator electric de current altrenativ6. Turbina de abur de joasa presiune7. Pompa de joasa presiune8. Condensator 9. Turbina cu abur de medie presiune10. Ventile de reglare ale turbine11. Turbine cu abur de inalta presiune12. Degazor13. Preincalzitor de joasa presiune(PJP)14. Banda de alimentare cu carbune15. Buncar de carbune, eventual cu turn de uscare16. Moara de carbune17. Tamburul cazanului18. Evacuarea cenusii19. Supraincalzitor20. Ventilator de aer21. Supraincalzitor intermediary22. Prize de aer necesar arderii23. Economizer24. Preincalzitor de aer25. Electrofiltru pentru cenusa26. Exhaustro(ventilator de gaze arse)27. Cos de fum

4.Bibliografiehttp://ro.wikipedia.org/wiki/Termocentral%C4%83http://www.e-formule.ro/wp-content/uploads/producerea-energiei-electrice.pdfEchipamente si instalatii termice: Blaga Casian-Alinhttp://www.rasfoiesc.com