Erőmű

Az erőmű villamos energia fejlesztésére szolgáló létesítmény, amely elsődleges energiaforrást használ fel. Csaknem minden erőmű legfontosabb része a generátor, vagyis egy olyan forgógép, amely elektromos energiává alakítja át a mechanikai energiát az elektromos indukció elvén.

A generátorba bevezetett mechanikai energia forrása széles határok között változhat, attól függően, hogy milyen tüzelőanyag, vagy megújuló energiaforrás érhető el, és milyen technológiát használ az erőmű.

Hőerőművekben valamilyen tüzelőanyag elégetése során nyernek hőenergiát, a gőzkazánban nagynyomású gőzt fejlesztenek, amely gőzturbinát hajt. A gőzturbina mechanikai energiája forgatja az elektromos energia forrását, a generátort.

A termodinamika második törvénye szerint nem lehet minden hőenergiát mechanikus energiává, majd villamos energiává alakítani, ezért a hőerőművek mellékesen kishőmérsékletű hőenergiát is termelnek. Ha semmi hasznosra nem tudják fordítani az ilyen módon keletkezett hőt, akkor ez elvész, a környezetben hőszennyezést okozva. Ha a fennmaradó hőt ipari célokra vagy lakótelepek fűtésére hasznosítják, akkor hőszolgáltató erőművekről beszélünk.

A hőerőműveket az elsődleges energiahordozók fajtája szerint osztályozzák. Az atomerőművekben atomreaktor termeli a gőzt, mellyel gőzturbinát hajtanak. A fosszilis üzemanyaggal (szén, kőolajszármazékok és földgáz) működő erőművek egy részében a gőzkazán szintén gőzturbinát forgat. Korszerű, földgázüzemű erőműveknél a gázt egy gázturbina égéskamrájában égetik el, a gázturbinából kiáramló forró gázokkal gőzt termelnek, ami gőzturbinát hajt. Az ilyen elrendezést kombinált ciklusú erőműnek nevezik. Ez a rendszer megnöveli az erőmű hatásfokát, így az energiatermelés gazdaságosságát.

A gőzturbinák egyik hátránya, hogy az alkalmazott nagy gőznyomások miatt tekintélyes falvastagságú alkatrészeket kell használni, ennélfogva egy gőzturbinát csak fokozatosan lehet elindítani és leállítani, mert egyébként a hőmérsékletkülönbségek miatt az alkatrészek deformálódnának, sőt el is repedhetnének. Gőzturbinákat alaperőművekbe építenek, ezek jó hatásfokú, gazdaságosan működtethető létesítmények, amelyeket lehetőleg legnagyobb teljesítményük közelében járatnak. A gázturbinák alkatrészei vékony falúak, ezért igen gyorsan lehet indítani és teljesítményüket változtatni. Az elektromos hálózat terhelésének egyenetlenségeit ezért gyakran gázturbinás, ún. csúcserőművekkel küszöbölik ki.

Kisebb erőművek turbinák helyett belsőégésű motorral is épülnek. Ezek tüzelőanyagnak földgázt, dízelgázolajat vagy nehézolajat (pakura) használnak. Ilyen erőműveket elszigetelt településeken, vagy olyan helyeken építenek, ahol a folyamatos villamosenergia-ellátás létfontosságú a hálózat üzemzavara esetén is (például kórházak). A motor hűtővizével fűteni is lehet.

A gőzturbinákból kiáramló kisnyomású gőzt le kell csapatni. Erre közeli folyók (akár mesterséges) tavak, vagy tenger vizét használják hűtőközegként, és ilyenkor a vízgőz kondenzálására szolgáló hőcserélőből, az ún. kondenzátorból kiömlő, kissé felmelegedett hűtővizet visszavezetik az eredeti víztömegbe. Ha nincs elegendő mennyiségű hűtővíz, akkor hűtőtorony építése szükséges. Ebben a hűtővíz részleges elpárologtatásával hűtik vissza a felmelegedett hűtővizet és a folyóból vagy tóból csak a párolgási veszteséget pótolják. Ritka esetben, ha egyáltalán nem áll rendelkezésre pótvíz, akkor a hűtővizet zárt rendszerben keringetik és levegővel hűtik: ilyen a magyar fejlesztésű Heller-Forgó-rendszer.

A vízerőművek vízienergia hasznosítására épülnek. A vízienergia hasznosítása céljából a folyókra, patakokra gátat építenek, amelynek segítségével felduzzasztják a vizet, a gát alá telepített vízturbinák ugyancsak generátotokat hajtanak, mint a hőerőművekben. Más tipusú turbinákat használnak a kis esésű, de nagy vízhozamú folyók és a nagy esésű, de általában kis vízhozamú patakok energiájának hasznosítására. A vízerőművek szintén gyorsan indíthatók, terhelhetők, leállíthatók. Korábban a vízierőművek környezetbarátságát hangsúlyozták, amit a nyersanyagkészletek megőrzésvel és a szén-dioxid-kibocsátás hiányával indokoltak, azonban újabb kutatások ezt megkérdőjelezik.

Újabban egyre nagyobb tért hódítanak a szélerőművek, különösen tengerparti vidékeken, ahol a szélsebesség az év nagy részében elegendő szélturbina gazdaságos működtetésére.

A fentiek mellett erőművekben a jövőben potenciálisan hasznosítható energiaforrások a következők:

árapály
hullám-energia
szélenergia
napsugárzás
geotermikus energia
a tenger felszini és mélyebb rétegeinek hőmérsékletkülönbsége
a levegő földfelszini és magaslégköri hőmérséklete közötti különbség stb.

A legtöbb erőmű 50 vagy 60 Hz frekvenciájú, háromfázisú váltakozóáramot termel. Európában és Ázsiában 50 Hz szabványos, az Amerikai Egyesült Államokban, Kanadában, a karibi országokban és részben Dél-Amerikában, valamint a csendes-óceáni szigetek egy részén 60 Hz-et használnak. Néhány erőműben Németországban, Ausztriában és Svájcban második generátort is használnak 16,7 Hz-es frekvenciával, ami a vasúti vontatáshoz szükséges hálózatot táplálja. Néhány esetben nagyfeszültségű egyenáramú távvezetéket is építenek különböző frekvenciájú hálózatok összekötéséhez, illetve gazdasági megfontolásokból.