Naprave za proizvodnjo električne energije (VG)

V to skupino uvrščamo naprave, ki jim lahko rečemo tudi izvor oz. vir električne napetost, katera povzroči, da po vodnikih steče električni tok. Te naprave imajo lastnost, da pretvarjajo različne oblike energije v električno energijo in jih najbolj poznamo pod imenom elektrarne. Skupni vitalni del elektrarn (razen sončnih) je električni generator, ki na različen način pridobljeno vrsto energije pretvarja v električno in je sestavljen in podoben elektromotorju.

Ena od oblik izvora napetosti pa so tudi baterije ali akumulatorji, ki jih največkrat zasledimo pri avtomobilih in manjših elektronskih napravah. 

Glede na vrsto energije, ki se v elektrarnah pretvarjajo v električno energijo, ločimo predvsem:

• Hidro elektrarne – to so elektrarne, ki s pomočjo turbine in generatorja pretvarjajo kinetično energijo vode v električno energijo. Najbolj razširjeni principi delovanja je izkoriščanje višinske razlike med namestitvijo turbine in gladino vode. Takšno delovanje poznamo predvsem kot akumulacijo vode z pomočjo zajezitve rek, z akumulacijo vode v akumulacijskih jezeri, ki jih ob obilici padavin lahko polnimo tudi z pretočnimi elektrarnami. V obmorskih krajih z velikim plimovanjem enak princip uporabljajo elektrarne, ki izkoriščajo višinsko razliko gladine morja med plimo in oseko.
• Termo elektrarne – to so elektrarne, ki s pomočjo turbine in generatorja pretvarjajo toplotno energijo v električno energijo. Takšne elektrarne delujejo na principu segrevanja vode v paro, ki služi za pogon turbin, le te pa poganjajo generatorje. Kot gorivo v takšnih elektrarnah služi predvsem premog, lahko pa tudi druge vrste goriv, ki pa jih bomo omenili kasneje.
• Plinsko parne elektrarne – delujejo na principu mešanice segretega stisnjenega zrak in goriva (npr. bencin), ki ga vodimo v zgorevalno komoro, kjer gorivo izgori v zelo vročo plinsko mešanico. To vodimo v plinsko turbino, ki poganja električni generator. Plinska turbina razvija tem večjo moč, čim večja je razlika v temperaturi plina pri vstopu v turbino in temperaturo pri izstopu iz turbine, Torej čim več toplotne energije pretvori turbina v mehansko, v gibanje, tem večji je njen izkoristek.
• Jedrske elektrarne – v osnovi delujejo po enakem principu kot termo elektrarne, saj prav tako z pomočjo toplote pretvarjajo vodo v paro, ki preko turbine poganja generator. Reaktorsko hladilo (demineralizirana voda) v uparjalniku greje vodo in jo uparja, le ta pa poganja turbine generatorja, ki proizvaja električno energijo.
• Bioplinske elektrarne – pridobivanje in prodaja energije iz bioplinskih elektrarn ponuja ekonomski temelj obdelave in recikliranja številnih kmetijskih ostankov in stranskih proizvodov, različnih bioloških odpadkov, organskih odpadnih voda iz industrije ter kanalizacijskih odplak na trajen in okolju prijazen način. Za proizvodnjo bioplina se uporabljajo različni substrati. Tradicionalno so se bioplinske proizvodne naprave postavljale v bližini živinorejskih kmetij, kjer so za substrat uporabljali živalsko gnojevko. Poleg gnojevke se danes vse bolj uporabljajo tudi drugi substrati, predvsem zelena biomasa s polj (npr. koruzna in travna silaža) in t.i. sofermentati (različni organski ostanki, npr. komunalni organski odpadki ter ostanki iz živilsko-predelovalne industrije). Tako najdemo bioplinske elektrarne predvsem v bližini obratov živilsko-predelovalne industrije in odlagališč organskih odpadkov. Pridobivanje bioplina se vrši v fermenterjih ali gniliščih, kjer ob mešanju in dodajanju kosubstratov – npr. koruzne in travne silaže ter gnoja poteka proces razgradnje. Po končane procesu se kakovostno in neagresivno gnojilo odvaža na polja ali pa skladišči v silosu. Za nemoteno delovanje bioplinske naprave skrbi računalniški sistem, ki spremlja in analizira vse parametre v proizvodnji bioplina. Računalniško vodeno je tudi polnjenje in praznjenje fermenterjev. Bioplin, ki nastaja v fermenterjih, se v čistilnem sistemu očisti in skladišči v plinohramu. Plin iz plinohrama poganja plinski motor le ta pa poganja električni generator.
• Vetrne elektrarne – izkoriščajo energijo vetra s pretvorbo le tega v mehansko energijo potrebno za pogon sodobnih vetrni turbin z električnimi generatorji, ki proizvajajo električno energijo. Pri elektrarnah na veter sta pomembni predvsem lokacija in konfiguracija okoliškega terena, kjer se načrtuje postavitev turbin zaradi povprečne hitrosti vetra in razpoložljiva površina lokacije.
• Sončne elektrarne (fotovoltaične elektrarne) – izkoriščajo sonce kot naravno danost, ki dolgoročno predstavlja največji potencial za proizvodnjo električne energije. Fotovoltaika je proces pretvorbe sončne energije neposredno v električno energijo. Proces pretvorbe je čist, zanesljiv in potrebuje le svetlobo, kot edini vir energije. Za pretvorbo sončne energije v električno energijo se uporabljajo fotonapetostni moduli. Najpogosteje se uporabljajo fotonapetostni moduli, ki so sestavljeni iz sončnih celic kristalnega ali monokristalnega silicija. Prvi so črne drugi pa modre barve in skupaj predstavljajo skoraj 90 % delež vgrajenih modulov na sončnih elektrarnah. Drugo vrsto predstavljajo tankoplastne sončne celice in fotonapetostni moduli. Pri postavitvi sončne elektrarne je najbolj pomembna orientacija in naklon fotonapetostnih modulov. Najprimernejša postavitev za Slovenijo je usmeritev proti jugu, z naklonom 30°, zato jih bomo v večini primerov našli na južnih straneh streh ter fasad stanovanjskih in drugih objektov. Obstajajo tudi v izvedbi kot pokrita parkirišča, ali pa kot samostojni objekti.
• Elektrarne kot soproizvodnja toplotne in električne energije – takšne elektrarne delujejo na principu sočasna proizvodnje toplote in električne energije, ki postaja zaradi doseganja bistveno višjih izkoristkov, kot pri ločeni proizvodnji, vse bolj pomemben način energetske proizvodnje. Najbolj razširjena je uporaba takšnih elektrarn na fosilne vire energije, kot je zemeljski plin. Zemeljski plin uporabljamo neposredno v motorju z notranjim izgorevanjem, ki poganja električni generator, odpadna toplota (npr. od izpušnih plinov) pa se uporabi za proizvodnjo koristne toplote, na primer za ogrevanje. Takšne elektrarne najdemo predvsem v velikih javnih objektih, kot so šole, bolnišnice, trgovski centri, ….).
  Ena od oblik izvora napetosti pa so tudi baterije ali akumulatorji, ki jih največkrat zasledimo pri avtomobilih in manjših elektronskih napravah. Njihovo delovanje temelji na kemični reakciji. To so izvori, ki razpolagajo z električno napetostjo šele po polnjenju, kar pove, da jih lahko po izpraznitvi ponovno napolnimo. Od tu izhaja tudi njihovo ime – akumulatorji električne energije, in lastnost, ki omogoča pretvarjanje kemične energije v električno in obratno.

  Glede na njihovo sestavo poznamo:

  • svinčev akumulator
  • nikelj – kadmijev akumulator
  • nikelj – metal – kadmijev akumulator
  • litij – ionski akumulator