Llojet e perfitimit të energjisë elektrike

Termocentralet

Në termocentrale si lëndë djegëse përdoret thëngjilli, vajguri ose gazi natyror. Në fillim si lëndë djegëse është përdorur vajguri por me rritjen e konsumimit të benzinës për automobila por me rritjen e çmimit kjo doli nga përdorimi, kurse sot përdorim të madh ka gazi natyror sepse prodhimi i dioksidit të sulfurit, shirave acidike dhe trajtimi i hirit nuk shfaqin problem dhe për ambientin është shumë më mirë.

Pamja e një termocentrali

Pjesët përbërëse të një termocentral janë:

Depo e thëngjillit
Kalldaja
Trubina
Gjeneratori dhe sistemi elektrik

Depo e Thëngjillit

Skema hapësinore e termocentralit dhe bllok diagrami

Thëngjilli transportohet me shirita transportues ose me vagonë të trenit. Shiriti transportues, transporton thëngjillin deri në depon e hapur të thëngjillit e cila ndodhet në afërsi të termocentralit. Depo e thëngjillit ka rezervë disa javë furnizim. Shiritat e tjera transportuese transferojnë thëngjillin në termocentral i cili nëpërmjet hinerjen e grimcave të vajgurit me ajër. Kjo përzierje injektohet në furrë dhe ndizet. Gazi natyror gjithashtu përzihet me ajër dhe futet në kalldaj nëpërmjet aparatit për djegie dhe ndezja e kësaj përzierje bëhet brenda në furrë. Gazi natyror ndizet më lehtë se thëngjilli pasi që përzihet mirë me ajër dhe djegia është më e pastër me pak hi.

Kalldaja

Kalldaja është nga çeliku dhe muret e saj janë të mbuluara me tuba të ujit. Pjesët përbërëse të saj janë:

Sistemi për injektim të lëndës djegëse
Sistemi ujë-avull
Sistemi për rrymim të ajrit
Sistemi i hirit

Sistemi për injektim të lëndës djegëse

Gazi natyror, vajguri ose thëngjilli i bërë pluhur së bashku me ajrin përzihen në aparat për djegie dhe injektohen në furrë. Përzierja ndizet dhe krijon temperatura të larta, të cilat ngrohin ujin në tubat të vendosura në muret e kalldajës. Në temperatura të larta uji avullohet dhe prodhohen avuj.

Sistemi ujë-avull

Kulla ftohëse hiperbolike me rrymim natyror

Uji i futur me pompa në kalldaj nxehet dhe qarkullon nëpër tuba. Për shkak të nxehtësisë që lirohet gjatë djegies së lëndës djegëse uji avullohet dhe prodhohet avulli. Avulli i ngimë tejnxehet me këtë rast rritet temperatura dhe vë në lëvizje trubinën me shtypje të lartë. Avujt e përdorur që dalin nga turbina e shtypjes së lartë rinxehen, të cilët vejnë në lëvizje turbinën e shtypjes së ulët. Avujt e përdorur dhe të dalur nga turbina kondensohen në ujë, në kondensator. Kondensatori gjeneron vakuum që mundëson nxerrjen e avujve nga trubina. Kondensatori është këmbyes i nxehtësisë, të cilin avujt kondensohen në tuba, duke u ftohur me ujë nga burimi i afërt. Teknika ftohëse mund të jenë me anë të lumit, liqenit apo oqeanit, pastaj me kullën ftohëse. Kullat ftohëse mund të jenë me variante të ndryshme duke përdorur metodën ujë-ajër dhe bëjnë ftohje me efekt të lartë por me humbje të ujit. Kullat mund të jenë me rrymim të ajrit dhe mekanik. Kullat me rrymim natyror të ajrit janë më të larta. Brenda kullës ftohëse pengesat e vendosura aty rrisin hapësirën e qarkullimit të ujit për ftohje më efikase. Uji i nxehtë me spërkatje hidhet deri në grilë në maje të kullës. Uji ngadalë rrjedh nga pjesa e lartë e kullës për në pjesën e poshtme nëpërmjet pengesave. Njëherësh, ventilatorët apo rrymimi natyror i ajrit qarkullon nga pjesa e poshtme e kullës në pjesën e lartë.Kjo gje dergon deri ne lirimin e avullit

Sistemi për rrymim të ajrit

Ventilatorët për rrymimin e ajrit lëviz ajrin e freskët të ambientit nëpër ngrohësin e ajrit dhe rritet temperatura e ajrit. Gazi i nxehtë e ngroh ngrohësin e ajrit.

Sistemi i hirit

Termocentralet me thëngjill prodhojnë edhe sasi shumë të madhe të hirit. Grimcat e hirit do të grumbullohen në fund të furrës dhe përzihen me ujë. Hiri fluturues nxjerrët nga thasët e fultereve dhe përzihet me ujë. Hiri pastaj hidhet në depotë e hirit, të cilat duhet të mbulohen me tokë për të mbjellur bimë që të minimizohet ndotja e ambientit. Gjithashtu hiri mund të përdoret edhe për beton.

Turbina

Shtypja e lartë dhe temperature e avujve e vejnë në lëvizje turbinën. Energjia e nxehtësisë në avuj shndërrohet në energjinë mekanike. Gjatësia e fletëve të turbinës rritet duke u nisur nga hyrja në dalje të avujve. Turbina ka pjesën e palëvizshme dhe boshtin rrotullues. Termocentralet bashkëkohore kanë një turbinë të shtypjes së lartë dhe një turbinë të shtypjes së ulët në disa raste një turbinë me shtypje të ndërmjetme.

Gjeneratori dhe sistemi elektrik

Pamja e brendshme e gjeneratorit

Gjeneratori dhe turbine janë të montuara në një bazament dhe janë të lidhura në një bosht. Statori I gjeneratorit e ka bërthamën nga fletat e çelikut me lugje. Mbështjellat trefazore janë të vendosura në këto lugje. Te gjeneratorët e mëdhenj mbështjellat janë të lidhura yll (Y). Mbështjellat janë nga shufrat e bakrit të izoluara me mika. Zakonisht në termocentralet përdoren gjeneratorët me rotor cilindrik, me shpejtësi të madhe, të cilët quhen turbogjenerator. Rotori cilindrik është nga çeliku me lugje. Thuprat e izoluara të bakrit vendosen në lugjet duke formuar dredhat, të cilat furnizohen me rrymë të vazhduar të ngacmuesit. Sipërfaqet pa lugje formojnë polet. Principi i punës së gjeneratori është rryma e vazhduar në rotor gjeneron fushën magnetike. Turbina e rrotullon rotorin dhe fushën magnetike. Fusha rrotulluese indukon tension në mbështjellat trefazore të statorit. Hidrogjeneratorët kanë rotorin me pole të theksuara. Ky rotor i ka polet me mbështjellat e rrymës së vazhduar. Polet furnizohen me rrymë të vazhduar nëpërmjet furçave të lidhura në unazat rrëshqitëse. Gjeneratorët e vegjël ftohen me ajër, i cili qarkullon me ventilator të vendosur në rotor. Gjeneratorët e mëdhenj ftohen me hidrogjen i cili qarkullon nëpër një unazë të mbyllur. Gjeneratorët shumë të mëdhenj ftohen me ujë. Uji ftohës qarkullon nëpër zgavrat speciale në përcjellësit e mbështjellave. Rryma e vazhuar e ngacmimit prodhohet nga ridrejtuesi i lidhur në rotor nëpërmjet unazave rrëshqitëse dhe furçave. Gjeneratori bënë shndërrimin e energjisë mekanike të turbinës në energji elektrike. Energjia e prodhuar në centralet furnizon ngarkesat nëpërmjet linjave transmetuese. Në centralet elektrike motorët, mullinjtë dhe pompat për punën e tyre shpënzojnë diku 10-15% të energjisë elektrike të prodhuar e cila quhet shpenzimi shërbyes (vetiak).

Hidrocentralet

Pamja e një hidrocentrali

Hidrocentralet bëjnë shndërrimin e energjisë potenciale të rëniës së ujit në energjinë mekanike me anë të turbinës hidrulike dhe pastaj gjeneratori shndërron energjinë mekanike në atë elektrike. Ka dy lloje të hidrocentraleve:

Hidrocentralet rrjedhëse, në të cilat uji vazhdimisht rrjëdh dhë të cilat kanë një rezervuar të ujit të limituar.
Hidrocentralet akumuluese, në të cilat uji shfrytëzohet nga liqeni akumulues.

Penda ndërtohet mespërmes lumit duke formuar rezervuarin e epërm dhe rrjedhjen e pasme të ujit (bjefi i poshtëm). Diferenca në mes te nivelit të ujit në rezervuar dhe rrjedhjës së pasme të ujit poshtë pendës quhet lartësia (rënia). Ndërtesa e centralit ndërtohet në pendë. Ndërtesa e centralës ka turbinën e ujit, gjeneratorin dhe portën kontrolluese. Gjeneratori dhe turbina janë të lidhur në mes veti në një bosht vertical. Rënia e ujit prodhon rrjedhje të shpejtë të ujit nëpër turbinë – gjenerator, dhe gjeneratori prodhon energjinë elektrike. Energjia e fituar nga hidrocentrali është e barabartë me prodhimin e lartësisë (H) dhe sasisë së ujit (Q) sipas shprehjës: P=9.81*Q*H*ŋ (kW) Ku janë: Q-sasia e elektricitetit (m3/s), H-lartësia (rënia) e ujit (m) ŋ-koeficienti I shfrytëzimit të gjeneratorit dhe turbinës. Uji i cili shkarkohet nga turbine vazhdon rrjedhjen më tej në rezervuarin e pasmë i cili është poshtë pendës, që shpesh është vazhdimi I lumit. Porta kontrolluese bënë rregullimin e rrjedhjës së ujit nëpër turbinë. Në rast të përmbytjeve, atëherë do te happen kanalet e shkarkimit dhe uji i tepërt do të derdhet, ose do të happen portat për largimin e ujit në fund të pendës. Në të dy rastet bëhet rrjedhja e ujit të tepërt në rezervuarin e pasmë, dhe eliminohet mbingarkesa e pendës.

Hidrocentrali me rënie të ulët

Turbina e Kapllanit

Në ndërtesën e centralit është i vendosur i vendosur gjeneratori me bosht vertical. Turbina e Kapllanit me bosht vertical është si një helikë e madhe me 4-10 fleta. Uji hynë në turbinë nëpër portë dhe shpërndahet në formë spirale përreth turbinës. Rrjedhja e ujit rregullohet me “portën derëz” dhe me rregullimin e nivelit. Shpejtësia e ujit në turbinë është 300-900 m/s. Uji shkarkohet nga turbine nëpër tubën për shkarkim me një bërryl dhe shpejtësia e ujit zvogëlohet në 30-60 m/s. Hidrogjeneratori është makinë me pole të theksuar. Zakonisht makina ka 20-72 pole. Këto pole furnizohen me rrymë të vazhduar dhe prodhojnë fushë magnetike që indukon tension në gjenerator. Shpejtësia e bushtit është 100-300 rrot/min. Konstruksioni i poleve është nga llamarina e çelikut me mbështjellat e rrymës së vazhduar të cilat gjenden nga pëecjellësit standard të bakrit. Statori është llamarina e çelikut me lugje. Korniza e ngjitur e çelikut mbërthen bërthamën e çelikut. Në lugjet e statorit jan2 të vendosura mbështjellat trefazore, të cilat janë të izoluara me lesh xhami. Makinat e mëdha kanë sistemin e frenimit i cili ndërprenë shpejtë makinën kur duhet të nxjerret nga puna.

Hidrocentrali me rënie të mesme dhe të lartë

Hidrocentrali që përdor rënie të ujit të mesme

Edhe hidrocentralet me rënie të mesme kanë konstruksionin të njejtë sikurse hidrocentralet me rënie të ulët, mirëpo në ato përdoret turbine e Francisit, e cila ka aranzhim tjetër të fletëve. Rënia e lartë përdoret si shtytje për turbinë. Rëina e lartë prodhon shtypje të lartë të ujit e cila shndërrohet në shpejtësi të madhe te rrymimit të ujit e cila vë në lëvizje turbinën. Turbina më rënie të lartë kanë fuqi më të vogël se 100 MW.

Pajisja e pompave për akumulimin e ujit – hidrocentrali reversibil

Hidrocentrali reversibil

Dhoma e centralit të pajisjeve të pompave për akumulimin e ujit, është njëherësh godina e turbinës hidraulike reversibile, që përdoret në hidrocentral. Gjatë periudhës së natës kur kërkesat për energji elektrike janë të ulëta, pompat do të furnizohenme energji që të ngritin ujin nga poshtë në rezervuarin e vendosur lartë. Por, gjatë ditës kur kërkesa për energji është më e madhe, uji do të rrjedh nga lartë-poshtë dhe prodhon energji elektrike dhe pastaj vazhdon në rezeruarin e poshtëm. Natyrisht, për të ngritur ujin në lartësi shpenzohet një sasi e madhe e energjisë elektrike dhe pastaj gjenerohet gjatë lëshimit teposhtë të ujit. Megjithatë, kjo është ekonomike pasi ajo prodhon energji me çmim të lartë, gjatë ngarkesës maksimale dhe konsumon atë me çmim të ulët.

Energjia e diellit është burim i renovueshëm dhe i pakufishëm, nga i cili rrjedhin pjesa më e madhe e burimeve të energjisë në tokë, kjo energji paraqet sasinë e energjisë e cila mbartet me rretzet e diellit. Energjia e diellit më së shpeshti përdoret për shëndërrim në energji të nxehtësisë në sistemet për ujë të ngrohtë dhe ngrohje dhe në centralet solare, ndërsa për shndërrim në energji elektrike përdoren sistemet fotovoltaike. Intesiteti mesatar i rrezatimit të diellit në atmosferë ështe mesatarisht 1.37(kW/m2) e cila njihet si konstanta e diellit (solare).Gjatë kushteve normale në sipërfaqen e tokës mund të arrihet intesitet i rrezatimit prej 1.0(kW/m2), dhe vlera e vertetë varet nga lokacioni, stina e vitit, koha e ditës, kushtet atmosferike.

Llojet e sistemeve diellore

Sistemet diellore energjetike mund të jenë:

Sistemet diellore të temperaturave të ulëta,

Kolektorët diellor për ngrohje të ujit,
Përgatitja e ujit të ngrohët, avujve.

Sistemet diellore passive:

Ngrohja natyrore e hapësirës.

Centralet diellore dhe
Sistemet fotovoltaike.

Centralet diellore ndërtohen sipas dy teknologjive të prodhimit energjisë elektrike dhe atë:

Teknologjia e sistemit parabolik dhe
Teknologjia e sistemit me kulla diellore.

Teknologjia e sistemit parabolic në fillim është përdorur në SHBA, dhe centrali i parë në Evropë që punon me këtë teknologji është ndërtuar në Spanjë (Andasol 1) dhe fuqin e instaluar 50MW.

Centrail i cili është i ndërtuar në nëntor të vitit 2008

Në këtë central sistemi i deponimit apsorbon një pjesë të nxehtësisë të prodhuar nga fushat me celula diellore parabolike gjatë ditës.Turbinat prodhojnë energjinë elektrike gjatë nates duke përdorur këtë nxehtësi. Ky proces mundëson dyfishimin e numrit të orëve të punës në vit të centralit. Teknologjia e sistemit me kulla është teknologji e veҫantë diellorepasi ato kanë mundësi të krijojnë rezerva të energjisë. Ato mund të punojnë kurdo qoftë që konsumatori të kërkoj energji, pra gjatë territ apo gjatë motit të vranët. Kulla punon me principin e fokusimit nga fusha me mija cope pasqyra, me marrës i cili është i vendosur në maje të kullës. Marrësi grumbullon nxehtësine e diellit ne lengun e ngrohët i cili qarkullon dhe i cili përdoret për prodhimin e avujve për turbinen konvencionale me avull për prodhimin e energjisë elektrike, të vendosur në fund të kullës.

Pamje të centralit termik me kullë

Sistemi fotovoltaik realizohen me shndërruesit fotovoltaik të cilët energjisë rrezatuese të diellit e shndërrojnë në energji elektrike (shndërrim i drejtpërdrejtë). Sistemet fotovoltaike kanë konstruksion modular për aplikim të shumëfishtë dhe me koeficient të ultë të shfrytëzimit i cili sillet prej 10-25%. Sistemet fotovoltaike mund të përdoren si burime autonome i energjisë elektrike në kombinim me burimet tjera të energjisë elektrike ose të lidhur në rrjetin elektrik, si është treguar në figurë.

Sistemet fotovoltaike

Centralet bërthamore

Centralet bërthamore bëjnë gjenerimin e elektricitetit në mënyrë të njejtë sikurse te cenralet me lëndë djegëse nga fosilet, pra si në termocentrale. Pëparësitë e centralit bërthamor janë rezervat e bollshme dhe ҫmimi i ulët i lëndës djegëse, ndotja dhe funksionimi i lirë në kushte normale, ndërsa si mangësitë e centraleve bërthamore mund të quhen rrjedhjet ose dështimi i paisjeve nga cka mund të kete lëshim të gazit radioaktiv ose i lëngut (ujit) që mund të shkaktojë rrezik për shëndetin e kumunitetit të afertë. Pjesë të centraleve bërthamore janë:

Reaktori dhe
Reaktori me ujë në shtypje të lartë.

Reaktori

Shufra të grumbulluar që formojnë lëndën djegëse për reaktor

Në figurë janë paraqitur disa shufra të grumbulluar që formojnë lëndën djegëse për reaktor, të cilat formohen nga uraniumi i pasuruar. UO2 presohet në pilula dhe pilulat bashkohen në tufë duke formuar shufrat në mënyrë të njejtë. Në reaktor kryhet procesi i fuzionit të lëndës djegëse bërthamore e cila shpërbëhet nga bombardimi i bërthamës së tij me neutrone, gjatë këtij procesi bëhet lirimi i neutroneve të reja të cilat kanë shpejtësi të mjaftueshme për ta mbajtur shpërbërjen.

Reaktori me ujë në shtypje të lartë

Ky lloj reaktori në shtypje të lartë është tipi i reaktorit i cili më së shpeshti përdoret për centrale berthamore.

Centralet bërthamor me reaktor me ujë në shtypje të lartë

Ky reaktor në figurë paraqet centralin bërthamor me reaktor me ujë në shtypje të lartë. Ky reaktor ka dy unaza të ujit: unaza primare (radioaktive) e ujit dhe unaza sekondare (avull) e ujit. Ky system me dy unaza ndan fluidin ftohës të reaktorit nga unaza e avullit. Në brendi të reaktorit sistemi ftohës është i vendosur në një konstrukcion betony të pa ndërpreshëm i konstruktuar që të pengoj lëshimin e radioaktivitetit në mjedis. Pompa ftohëse bënë qarkullimin e ujit në unazën primare nëpër reaktor dhe gjenerator të avujve, këmbyes të nxehtësisë. Reaktori ngrohë ujin e ftohët të sistemit primare. Ena nën shtypje mban shtypjen e lartë të ujit. Kjo shtypje e lartë ndan gjeneratorin e avujve nga bërthama e reaktorit. Në unazen ujë i pastër-avull, pompa fut ujin në gjeneratorin e avujve. Pasi që shtypja në anën sekondare është relativisht i ulët, këmbyesi i nxehtësisë avullon ujin dhe prodhon avuj. Avujt e prodhuar do ta vënë në lëvizje turbinën. Ky system është i ngjajshem me atë të termocentralit konvencional të përshtatur më herët. Kondensatori krijon vakum dhe nxjerr avujt nga turbine ndërsa i kondenson në ujë. Uji i kondensuar do të rinxehet me ngrohës dhe do të kthehet në gjenerator të avujve.

Centralet me erë

Energji kinetike e erës është proporcionale me shpejtësinë e erës. Ndërsa fuqia e centralit me erë është proporcionale me sipërfaqen e fletëve të turbinës dhe shpejtësinë e erës në fuqinë e tretë.

                $P=k*S*v^{3}$

Kjo fuqi e prodhuar nga era , vlen për shpejtësinë më të madhe se shpejtësia minimale (4m/s) dhe më e vogël se shpejtësia për të cilën fitohet fuqia nominale turbin/gjenerator (12m/s). Ndërsa për shpejtësitë më të mëdha, fuqia mbahet konstante deri në shpëjtësinë maksimale të erës (psh 22m/s) në të cilën cëntrali me erë duhet të shkyqet.

Turbina me erë bënë shndërrimin e energjisë kinetike të erës se energji mekanike. Kështu turbina me erë vihen në lëvizje nga energjia kinetike e erës në një helikë të përbërë nga dy ose me shumë fletë, të lidhura mekanikisht me gjeneratorin elektrik.

Helika ndërtohet si helikë me bosht horizontal me helikë me bosht vertikal. Centralet me erë ndërtohen me fuqi të ndryshme prej disa kË deri në MË. Centralet me erë mund të vendosen në tokë apo në det të hapur, pas shumë analizave të shpejtësisë së erës në vendin ku planifikohen të vendosen. Centralet me erë mund të instalohen ndaras nga rrjeta elektrike, zakonisht në kombinim me ndonjë burim tjetër të energjisë elektrike (p.sh. me dizel gjenerator) ose me bateri të akumulatorëve. Pastaj mund të instalohen me një numër të konsiderueshëm si park i centraleve me erë të lidhura elektrikishtë në mes veti, dhe nëpërmjet transformatorit të lidhur në rrjetin elektrik. Në figurën më poshtë jan treguar

Parqet e centraleve me erë në det të hapur

Parqet e centraleve me erë në tokë.

Centralet e vogla me erë mund të shfrytëzohen për përdorim shtëpiak si në foton me poshtë, shfrytzimi i këtyre centraleve shtëpiake bëhet në dy mënyra:

si burim shtesë gjatë furnizimit primar nga rrjeti elektrik ose agregati shtëpiak,
si burim autonomy me sistemim për furnizim rezervë nga bateritë që mbushen nga prodhimi tepricë i centrales me erë.

Përparësitë

Përparësitë e centraleve me erë janë:

nuk kanë shpenzime për lënden djegëse,
siguri të madhe të punës së stabilimenteve,
nuk ka ndotje të mjedisit.

Të metat

Të metat e centraleve me erë janë :

cmim i lartë i ndërtimit,
shpejtësi të ndryshueshme, dhe me këtë nuk mund të garantohet fuqia,
faktori vjetor i ulët i angazhimit.

Referimet:

Wind Power Wind Power Fundamentals-Alex Kalmikov and Katherine Dykes (http://web.mit.edu/windenergy/windweek/Presentations/Wind%20Energy%20101.pdf)
Shendrrimet elektrike-Gani Latifi