elektrana

ilustracija
ELEKTRANA, hidroelektrana Peruča
ilustracija1ilustracija2ilustracija3ilustracija4

elektrana, postrojenje za proizvodnju većih količina električne energije pretvorbom kojega drugog oblika energije. Prema energetskom izvoru ili energiji koja se u elektrani pretvara u električnu energiju, razlikuju se termoelektrane (u koje se mogu ubrojiti i nuklearne elektrane), hidroelektrane, vjetrene i sunčane (solarne) elektrane.

Termoelektrana prema pogonskom stroju može biti turbinska (parna, plinska, plinsko-parna) ili s motorima s unutrašnjim izgaranjem (Dieselov, plinski, benzinski motor). U parnoj termoelektrani najčešći su izvor energije fosilna goriva, ali to mogu biti i nuklearno gorivo, topli izvori i Sunce. Fosilna goriva (ugljen, teška ulja, prirodni plin) izgaraju i zagrijavaju kotao s vodom. Voda se zagrijavanjem isparava, pregrijana para visokoga tlaka odvodi se u parnu turbinu, a ona pokreće generator u kojem se mehanička energija pretvara u električnu. U plinskoj termoelektrani može se kao gorivo upotrijebiti plin (prirodni plin, plin iz visokih peći i sl.) ili lakša ulja. Gorivo izgara u posebnim komorama u koje se dovodi i komprimirani zrak, pa smjesa zraka i plinova nakon izgaranja pogoni plinsku turbinu, koja okreće i kompresor i generator. Plinsko-parna termoelektrana s kombiniranim plinskoturbinskim i parnoturbinskim procesom ima veći stupanj djelovanja i od plinskih i od parnih elektrana. Toplina plinova iz plinske turbine predaje se vodi u nadodanome parnoturbinskom postrojenju, u generatoru pare, koji može imati i vlastito loženje. Grade se i posebne komore za izgaranje, odn. ložišta pod tlakom, u koje je ugrađen i generator pare, a napojna se voda zagrijava otpadnom toplinom iz plinske turbine. Zbog zahtjeva za vrlo čistim plinom, koji prolazi kroz turbinu, pretežno se upotrebljavaju tekuća i plinovita goriva. Ugljen se također rabi, ali se prije izgaranja rasplinjava i čisti u posebnim postrojenjima ili izgara u komori pod tlakom, a vrući se plinovi prije ulaska u turbinu filtriraju. Tehnološki zahtjevi za čistim gorivom i manje potrebe za rashladnom vodom čine termoelektrane s kombiniranim procesom i s ekološkoga gledišta prihvatljivima.

Toplana je termoelektrana koja služi za istodobnu proizvodnju električne energije i pare za obližnje potrošače toplinske energije (za grijanje zgrada i za tehnološke industrijske procese). Za te se namjene u parnoj termoelektrani uzima para koja je djelomično ekspandirala u turbini, a u plinskoj termoelektrani za zagrijavanje vode služe vrući izlazni plinovi nakon ekspanzije u turbini. Ako se topli izvori iskorištavaju kao izvor energije, para koja izbija na površinu najčešće se izravno odvodi u parnu turbinu. (→ toplana)

Nuklearna elektrana razlikuje se od termoelektrane na fosilna goriva u primarnom postrojenju, u koje ulaze nuklearni reaktor, elementi primarnoga kruga ovisni o vrsti reaktora i pomoćni sustavi. Toplinom iz nuklearnoga reaktora zagrijava se i isparava voda u parogeneratoru, a nastala para pokreće parnu turbinu i električnog generator. (→ nuklearna elektrana)

U hidroelektrani se potencijalna energija vode u vodnoj turbini pretvara u mehaničku energiju, a zatim se ona, vrtnjom generatora, pretvara u električnu energiju. Glavni su dijelovi hidroelektrane: brana, zahvat, dovod, vodna komora, tlačni cjevovod, strojarnica, odvod i rasklopno postrojenje. Svrha je brane da povisi razinu vode kako bi se postigao veći pad ili kako bi se uz povećanje pada ostvarila i akumulacija vode i povećali protoci za suše. Zahvat je uređaj koji vodu usmjerava prema dovodu, a izvodi se kao kanal ili kao tunel, što ovisi o konfiguraciji terena. Na kraju dovoda vodna komora preuzima oscilacije razine vode što nastaju zbog promjena dotoka vode turbinama. Vodna komora i turbine spojene su čeličnim tlačnim cjevovodom, koji za male padove može biti i armiranobetonski. U strojarnici su smještene turbine, generatori i uređaji za upravljanje, zaštitu i pogonski nadzor. U malim elektranama u strojarnici se nalazi i rasklopno postrojenje, jer su tada i vodovi, kojima je elektrana spojena s mrežom, nižega napona. Pošto voda preda svoju potencijalnu energiju turbinama, odvodi se u korito vodotoka.

Prema smještaju strojarnice u odnosu na branu, razlikuju se derivacijska i pribranska hidroelektrana. Derivacijska hidroelektrana gradi se u brdovitim predjelima ili u ravnici kad se samo gradnjom brane, a zbog nepovoljnih topografskih uvjeta ne ostvaruje dovoljan pad. Tada se voda dovodi hidroelektrani tunelom ili umjetnim kanalom (→ derivacija). Gdjekad, kada je to ekonomski povoljnije, gradi se podzemna strojarnica. U pribranskoj hidroelektrani strojarnica se nalazi izravno uz branu, a često je i njezin dio, pa je u brani ugrađen zahvat, tlačni cjevovod i odvod. Akumulacija uzvodno od brane preuzima ulogu vodne komore. S obzirom na način iskorištavanja vode, razlikuju se protočna i akumulacijska hidroelektrana. Protočna je ona u kojoj se voda iskorištava onako kako dotječe, pa svako odstupanje od takva načina rada uzrokuje preljev vode. U akumulacijskoj hidroelektrani voda se za kišnih razdoblja, ili za manje potrošnje, akumulira kako bi se iskoristila u pogodnome času. Crpno-akumulacijska hidroelektrana za proizvodnju električne energije upotrebljava vodu koja se crpljenjem iz riječnoga korita ili jezera akumulira u akumulacijskome bazenu, smještenu na višoj nadmorskoj razini. Za crpljenje vode iskorištava se višak električne energije tijekom noći ili za kišnih razdoblja.

Među hidroelektrane može se ubrojiti i elektrana koja za pogon generatora iskorištava potencijalnu energiju na temelju plime i oseke. Da bi se to ostvarilo, pregrađuje se manji zaljev kako bi za plime morska voda strujala kroz turbine i punila zaljev, koji bi se, također kroz turbine, praznio za oseke. To je moguće tehnički ostvariti samo ondje gdje razlika između plime i oseke iznosi nekoliko metara.

U vjetrenoj (eolskoj) elektrani kinetička energija vjetra pretvara se s pomoću vjetrene turbine i generatora u električnu energiju. Ekonomično iskorištavanje te energije otežano je zbog nepredvidljivosti vjetra, naglih promjena njegove brzine i kratkoga vremena iskorištavanja maksimalne snage elektrane. Gustoća snage energetskoga postrojenja iznosi od 100 do 700 W/m² kruga koji opisuju vrhovi lopatica rotora i bitno ovisi o brzini vjetra. Radi postizanja što veće snage, grade se lopatice promjera i do 90 m, no manja su postrojenja ekonomičnija.

Sunčana (solarna) termoelektrana pretvara Sunčevu toplinsku energiju u mehanički rad. Radi postizanja što viših temperatura pogonskoga medija (obično vode), a time i višega stupnja djelovanja procesa, Sunčevo se zračenje reflektorima (paraboličnim ili cilindričnim zrcalima) usredotočuje na apsorber s pogonskim medijem, a nastala para pokreće generator preko nekoga toplinskog stroja. Regulacijski mehanizmi pritom stalno namještaju reflektore prema položaju Sunca. Pri gustoći Sunčeva zračenja od 0,8 kW/m², za snagu postrojenja od 1 kW potrebna je površina reflektora od 6 do 8 m².

Sunčana (solarna) elektrana s fotoelementima pretvara Sunčevo zračenje izravno u električnu energiju. Elektrana se sastoji od mnoštva fotoelemenata, u kojima se unutarnjim fotoelektričnim efektom razdvajaju naboji u poluvodičima, a kao posljedica nastaje razlika električnog potencijalâ. Već prema građi fotoelemenata i intenzitetu Sunčeva zračenja, napon u praznom hodu iznosi 0,5 do 0,9 V, a serijskim i paralelnim spajanjem fotoelemenata postižu se željeni nazivni napon i struja. Specifični investicijski troškovi takvih elektrana razmjerno su veliki, a za proizvodnju fotoelemenata potrebne su znatne količine električne energije.

Elektrana s gorivnim člancima, kakva je pokusno sagrađena 1985. u Japanu, temelji se na izravnoj pretvorbi kemijske energije u električnu u gorivnim člancima. Međutim, zbog kratka vijeka, velikih specifičnih investicijskih troškova i troškova održavanja, a naročito zbog velike mase po jedinici snage, te elektrane još nisu spremne za tržišnu proizvodnju električne energije.

Prema ulozi u elektroenergetskome sustavu općenito se razlikuju temeljne i vršne elektrane. Temeljna je ona elektrana koja je po pogonskim svojstvima prilagođena stalnome opterećenju, a vršna ona koja može, s obzirom na pogonska svojstva i veličinu, preuzeti dio vršnog opterećenja.

Prva elektrana u svijetu ušla je u pogon 1882. u New Yorku sa šest generatora istosmjerne struje ukupne snage oko 500 kW. Najveća hidroelektrana na svijetu, s instaliranom snagom od 22 500 MW, izgrađena je u sklopu projekta Tri kanjona na rijeci Yangtze u Kini. Od ukupne svjetske godišnje proizvodnje električne energije, koja je 1997. iznosila 13 340,2 TWh, najveći je dio (62,3%) bio proizveden u termoelektranama na fosilna goriva. Nuklearne su elektrane proizvele 17,0%, hidroelektrane 19,3%, a sve ostale 1,4% električne energije.

U Hrvatskoj su se potkraj XIX. st., obično u industrijskim postrojenjima, ugrađivali manji generatori, većinom za napajanje lokalne rasvjete. Tako je, među prvima, za potrebe rasvjete u industriji izgrađena 1884. hidroelektrana na Mrežnici u Dugoj Resi. U Rijeci je 1892. izgrađena javna elektrana s tri generatora izmjenične jednofazne struje prividne snage po 120 kVA, koji su pokretani parnim strojevima snage po 89,5 kW. Elektrana je napajala energijom željezničku postaju, luku i silos. Ta se elektrana smatra prvom koja je radila za šire energetske potrebe. Za potrebe grada Šibenika završena je 1895. prva javna hidroelektrana u nas, na Skradinskome buku rijeke Krke. Vodena turbina snage 238,5 kW pokretala je generator izmjenične dvofazne struje, snage 320 kVA, koji je bio povezan dalekovodom napona 3000 V i duljine 11 km s transformatorskom stanicom u Šibeniku. Tom je elektranom, zapravo, započelo iskorištavanje vodnih snaga za proizvodnju električne energije u Hrvatskoj. Ulaganjem hrvatskog i slovenskog kapitala izgrađena je 1982. u Sloveniji nuklearna elektrana Krško s instaliranom snagom 660 MW.

Potkraj XX. st. u hrvatski elektroenergetski sustav od većih hidroelektrana bile su uključene na rijeci Dravi: HE Varaždin (instalirana snaga 86 MW, prosječna godišnja proizvodnja 476 GWh), HE Čakovec (81 MW, 400 GWh), HE Dubrava (81 MW, 385 GWh); na Kupi HE Ozalj (5,4 MW, 24 GWh); na Mrežnici i Dobri: HE Gojak (48 MW, 195 GWh); na Rječini: HE Rijeka (36,8 MW, 98 GWh); na Lici: HE Sklope (22,5 MW, 85 GWh); na Lici i Gackoj: HE Senj (216 MW, 972 GWh); na Butižnici: HE Golubić (6,5 MW, 29 GWh); na Ličanki i Lokvarki: HE Vinodol (84 MW, 148 GWh); na Krki: HE Miljacka (22 MW, 116 GWh), HE Jaruga (5,4 MW, 35 GWh); na vodama Gračačke visoravni: crpna hidroelektrana Velebit (instalirana snaga generatora 276 MW, snaga motora crpki 240 MW, godišnja prosječna proizvodnja 430 GWh); na vodama Livanjskoga polja: HE Orlovac (237 MW, 440 GWh); na Cetini: HE Peruća (41,6 MW, 120 GWh), HE Đale (40,8 MW, 157 GWh), HE Zakučac (486 MW, 1640 GWh), HE Kraljevac (59,2 MW, 40 GWh); na Trebišnici: HE Dubrovnik (216 MW, 1566 GWh). Od većih termoelektrana u elektroenergetski sustav bile su uključene: TE Sisak (instalirana snaga 420 MW), TE Plomin (335 MW), TE Rijeka (320 MW), termoelektrana-toplana TE-TO Zagreb (152 MW), elektrana-toplana EL-TO Zagreb (94 MW), TE Jertovec (88 MW), TE-TO Osijek (96 MW). Ukupna instalirana snaga Hrvatske elektroprivrede bila je 1999. na pragu elektrana 3820 MW, od čega 2076 MW u hidroelektranama i 1744 MW u termoelektranama, a ukupna proizvodnja električne energije iznosila je 11 299 GWh.

elektrana. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 16.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17558>.