Cum se obține energie electrică din cărbune – cum funcționează o termocentrală de tipul celei de la Rovinari

Ce este o termocentrală

Centralele electrice sunt instalații industriale unde se generează energie electrică. O centrală termică convențională, cunoscută și sub numele de centrală termoelectrică, funcționează ca un lanț uriaș de conversie a energiei prin arderea combustibililor. De regulă, termocentralele funcționează pe baza ciclului Clausius-Rankine, un ciclu termodinamic motor care transformă căldura primită în lucru mecanic. Aceștia pot fi combustibili solizi (cărbune, deșeuri, biomasă, etc.), lichizi (păcură) sau gazoși (gaz natural), notează bioenergyconsultant.com.

Pornind de la un combustibil, centrala termică transformă succesiv energia chimică în căldură, căldura în abur, apoi aburul pune totul în mișcare, iar mișcarea se transformă la final în energie electrică. Termocentralele sunt de două feluri: centrale termoelectrice și centrale electrice de termoficare. Atunci când, pe lângă electricitate, centrala livrează și căldură locuințelor sau a celor industriali din apropiere, procesul poartă numele de termoficare.

Cum funcţionează o termocentrală

În cele ce urmează îți vom prezenta cele patru etape principale ale procesului prin care o termocentrală pe cărbune ca cea de la Rovinari transformă combustibilul în energie electrică.

Măcinarea și arderea cărbunelui – Energia chimică se transformă în energie termică

Măcinarea și arderea cărbunelui reprezintă procesul prin care energia chimică înmagazinată în structura cărbunelui este eliberată sub formă de energie termică (căldură) prin oxidare rapidă (ardere) în prezența oxigenului din aer. Totul pornește de la cărbune, mai exact de la lignit, tipul de cărbune inferior care se extrage din bazinul carbonifer al Olteniei și care alimentează cazanele de la Rovinari.

Înainte de a ajunge în focar, cărbunele este mărunțit în mori speciale până ajunge la o consistență fină, asemănătoare cu o pudră (praf de cărbune), pentru a mări suprafața de contact cu aerul. Procesul de măcinare este esențial, deoarece un cărbune pulverizat arde mult mai repede și mai eficient decât bucățile mari. În acest fel, se eliberează căldura înmagazinată în cărbune într-un timp foarte scurt. Praful de cărbune din pulverizator este apoi suflat, împreună cu fluxul primar de aer, în camera de ardere a cazanului, unde este ars la temperaturi foarte ridicate, potrivit savree.com. Astfel, are loc prima transformare a energiei, și anume energia chimică – care este stocată în legăturile moleculare ale cărbunelui – se transformă în energie termică, adică în căldură.

Generarea aburului – Energia termică este înmagazinată în abur de înaltă presiune

Căldura de la foc fierbe apa care curge prin tuburile din interiorul cazanului, creând abur de înaltă presiune și temperatură ridicată. Această căldură degajată din arderea cărbunelui este direcționată către un sistem complex de conducte și țevi, prin care circulă apă demineralizată. Sub acțiunea temperaturilor foarte mari, apa se încălzește rapid și se transformă în abur la presiune înaltă.

Acesta este momentul în care energia termică se transformă în energie de presiune. Aburul obținut nu este unul obișnuit, ci un abur supraîncălzit, adus la parametri foarte ridicați de temperatură și presiune, tocmai pentru a avea suficientă forță încât să pună în mișcare echipamentele din etapa următoare. Practic, cazanul funcționează ca o imensă „oală sub presiune”, care concentrează energia obținută din ardere într-un flux de abur extrem de puternic.

Rotirea turbinei – Energia termică/presiunea se transformă în energie mecanică

Aburul de la presiune înaltă este trimis, prin conducte, către turbină, un ansamblu format din mai multe rânduri de palete metalice montate pe un ax central. Când jetul de abur de mare presiune lovește aceste palete, turbina începe să se rotească cu o viteză foarte marte, la fel cum vântul învârte paletele unei mori de vânt, doar că, în cazul de față, fluidul este abur fierbinte aflat sub presiune foarte mare. În multe centrale, turbina se rotește cu 3.000 rotații pe minut pentru producerea curentului alternativ la 50 Hz, care este standardul european, aflăm de pe ektinteractive.com.

În această etapă, energia termică și cea de presiune, acumulate anterior în abur, se transformă în energie mecanică, adică în mișcare de rotație. Axul turbinei (arbore) este cuplat direct cu generatorul electric, astfel încât rotația obținută aici este transmisă mai departe, fără pierderi semnificative, către etapa finală a procesului.

Generarea curentului electric – Energia mecanică se transformă în energie electrică

Ultima etapă are loc în generatorul electric. Arborele turbinei este cuplat direct la generatorul electric, unde intervine principiul fundamental al producerii curentului, și anume inducția electromagnetică, ce a fost descoperită de Michael Faraday în secolul al XIX-lea. Generatorul conține două componente principale: rotorul, adică elementul aflat în mișcare de rotație, și statorul, care este partea fixă din jurul acestuia. Legea fundamentală este Ɛ = −N ΔΦ_B/Δ_t, unde Ɛ reprezintă tensiunea electrică indusă, N este numărul de spire sau bucle din bobina de sârmă, ΔΦ_B este fluxul magnetic, iar Δ_t variația în timp a câmpului magnetic.

Practic, aceasta din urmă este cea care generează electricitate. Pe măsură ce rotorul, care conține magneți sau bobine electromagnetice, se rotește cu viteză mare în interiorul statorului, se produce fenomenul de inducție electromagnetică. Practic, mișcarea de rotație, adică energia mecanică primită de la turbină, este transformată în energie electrică. Curentul obținut este apoi ridicat la o tensiune înaltă, prin intermediul transformatoarelor pentru a putea fi transportat eficient, prin liniile de înaltă tensiune, către consumatorii finali (case, fabrici sau instituții).

Aburul folosit în turbină nu se pierde, ci este condensat și readus în circuit pentru a fi reîncălzit și refolosit, într-un ciclu continuu, atâta timp cât centrala funcționează.

Istoria termocentralei de la Rovinari

Termocentrala Rovinari este printre cele mai vechi și mai mari unități de acest tip din România. Deschiderea lucrărilor a avut loc în martie 1968, iar, începând din 1972, a început să producă și să livreze energie electrică pentru Sistemul Energetic Național. Blocurile energetice actuale, numerotate 4, 5 și 6, au fost puse în funcțiune între 1976 și 1979, fiind realizate în cooperare extinsă și cu tehnologii occidentale, pe baza unor proiecte naționale de inginerie și a unor licențe diverse. Minele de lignit din zonă au asigurat combustibilul necesar funcționării termocentralei.

De-a lungul deceniilor, centrala a trecut prin mai multe etape de restructurare. La capacitatea maximă din trecut, ansamblul avea o putere instalată totală de 1.720 MW, însă, treptat, unele grupuri mai vechi au fost retrase definitiv din operare, ultimul dintre ele fiind scos din exploatare în iunie 2023. În paralel, blocurile rămase în funcțiune au fost modernizate și dotate cu instalații de desulfurare, denoxare și reținere a prafului, pentru a respecta normele europene de mediu.

În cei 54 de ani de la inaugurare, termocentrala a produs peste 220,5 TWh de energie electrică, cumulând peste 1.040.000 de ore de funcționare ale grupurilor energetice. Vârful producției a fost înregistrat în 2006, când s-au atins aproximativ 7 TWh de energie electrică. Este important de știut că, energia produsă la Rovinari acoperă circa 50% din totalul energiei produse de Complexul Energetic Oltenia.

Un moment de referință s-a petrecut în martie 2021, atunci când grupul energetic nr. 6 a stabilit un record de funcționare neîntreruptă, cumulând 5.506 ore, echivalentul a 230 de zile consecutive, fără nici o problemă tehnică, oprirea fiind decisă exclusiv în funcție de necesarul de energie din sistem, relatează ceoltenia.ro.

Astăzi, viitorul centralei depinde de tranziția energetică a României: pe măsură ce sursele regenerabile, în special cea solară, câștigă tot mai mult teren, grupurile de la Rovinari sunt folosite tot mai des ca rezervă de capacitate. Ele sunt activate mai ales când sistemul energetic național are nevoie de sprijin suplimentar, așa cum s-a întâmplat când oprirea parțială a centralei nucleare de la Cernavodă a impus repornirea unui grup de la Rovinari.

Detalii tehnice despre termocentrala Rovinari

În prezent, puterea instalată a termocentralei de la Rovinari se situează în jurul a 990 MW și provine din cele trei grupuri energetice aflate în funcțiune. Fiecare dintre acestea are o capacitate instalată de aproximativ 330 MW, funcționând de regulă la o încărcare medie de circa 220 MW. Cu toate acestea, capacitatea poate fi suplimentată în orele de vârf de consum până la aproximativ 280-300 MW pe grup.

Combustibilul folosit la termocentrala Rovinari este lignitul extras din carierele miniere din zonă, aparținând aceluiași complex energetic, ceea ce asigură centralei un cost de producție relativ redus. Rovinari este considerată în momentul de față cea mai eficientă termocentrală pe cărbune din țara noastră din punctul de vedere al costurilor de producție, fiind depășită la acest capitol doar de marile hidrocentrale de pe Dunăre.

Din cauza dependenței de cărbune, termocentrala de la Rovinari se numără printre cele mai poluante centrale energetice din România, iar din acest motiv, de-a lungul anilor, au fost realizate investiții importante în instalații de desulfurare, denoxare și reținere a prafului, menite să reducă emisiile de SO₂, NO_x și pulberi sub limitele impuse de legislația europeană de mediu în vigoare.

De altfel, conform datelor publicate pe site-ul oficial al CE Oltenia, au fost investite peste 200 de milioane de euro în reducerea emisiilor poluante: cele de sulf au scăzut cu 98,5%, cele de oxizi de azot cu 88,8%, emisiile de pulberi cu 97,9%, iar emisiile specifice de CO₂ cu 23,7%.

Abonați-vă la ȘTIRILE ZILEI pentru a fi la curent cu cele mai noi informații.

ABONEAZĂ-TE