Hannun kurssi sähköntuotanto ja -siirto 20.2.2017

Tausta materiaali:

 Internet: www.energia.fi ja www.fingrid.fi

Tehtävä 1:

Sähköä tuottavat voimalaitokset voidaan jaotella mm. tuotantotekniikan mukaan. Luettele yleisimmät Suomessa käytettävät voimalaitostekniikat?

kivihiilivoimalat (lämpövoimalaitokset), vesivoimalat, tuulivoimalat, ydinvoimalat.

 

Tehtävä 2:

Kuvaile pääkohdittain kuinka lämpövoimalaitokset toimivat?

Lämpövoimalaitos on voimalaitos, joka tuottaa ensin lämpöä, ja muuttaa sen edelleen sähköksi generaattorissa. Tyypillisimmin poltetaan jotain polttoainetta, vapautuneella lämmöllä höyrystetään vettä, höyry pyörittää höyryturbiinia ja tämä edelleen pyörittää generaattoria.

 

Tehtävä 3:

Mitkä ovat lämpövoimalaitoksen tavanomaiset energian lähteet?

Hiiltä, maakaasua, öljyä, turvetta, puuta tai hake.

 

Tehtävä 4: Miten lauhdevoimalaitos eroaa yhteistuotanto voimalaitoksesta

Höyryssä olevaa lämpöenergiaa voidaan joko ottaa hyötykäyttöön, jolloin kyseessä on vastapaine- eli lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitos tai lauhduttaa vesistöön tai ilmaan, jolloin kyseessä on lauhdevoimalaitos.

 

Tehtävä 5:

Mitä etua saavutetaan sähkön ja lämmön yhteistuotannosta? Entä mitä haittaa siitä on?

Vastapainevoimalaitoksessa höyry poistuu turbiinista kuumempana ja korkeammassa paineessa, joten sähköä saadaan vähemmän mutta toisaalta lauhteen energia voidaan hyödyntää. Tämän vuoksi lauhdevoimalaitoksia käytetään pelkkään sähköntuottoon mutta mikäli lämmölle on paikallinen käyttökohde, silloin käytetään vastapainevoimalaitosta.

 

Tehtävä 6:

Kuvaile kuinka ydinvoimala toimii?

Ydinvoimalan toiminta-ajatus perustuu siihen, että korkeasti rikastettua uraania asetellaan polttoainesauvoihin ketjureaktion aikaansaamista varten.

 

Tehtävä 7:

Miten painevesireaktorijärjestelmät ja kiehutusreaktorijärjestelmät eroavat toisistaan?

Kiehutusvesireaktorissa vesi kiertää vain yhdessä kierrossa matalammalla paineella (noin 75 kertaa ilmakehän paine) joten se kiehuu ytimessä noin 285°C.

Tehtävä 8:

Miten kaasuturbiinivoimalaitoksen toiminta eroaa kiinteän polttoaineen voimalaitoksesta?

Kaasuturbiinin toiminta perustuu sisäiseen palamiseen: polttoaine ruiskutetaan suurella paineella moottorin keskivaiheille akselin ympärille ryhmitettyihin polttokammioihin. Ahdin puristaa niihin ilmaa, jolloin polttoaine palaa suurella paineella ja pakokaasut purkautuvat taaksepäin turbiinin läpi. Turbiini puolestaan antaa akselin välityksellä voiman ahtimelle. Kaasuturbiinin ja suihkumoottorin tärkein ero on moottorin tuottaman voiman hyödyntämisen tapa: kaasuturbiinista otetaan akselitehoa, suihkumoottorista taas työntövoimaa esimerkiksi lentokoneelle. Potkuriturbiini on lentokoneessa käytetty kaasuturbiini, jonka akseliteho käytetään potkurin pyörittämiseen. Kaasuturbiini eroaa höyryturbiinista, jossa palaminen tapahtuu moottorin ulkopuolella ja itse moottori toimii välikaasun eli vesihöyryn avulla.

Tehtävä 9:

Kuinka vesivoimalaitoksen ja lämpövoimalaitoksen toimintaperiaatteet eroavat toisistaan?

Lämpövoimalaitoksessa lämmöstä vapautuneella höyryllä pyöritetään sähkögeneraattoria.

Vesivoimalassa virtaava vesi pyörittää turbiinia, joka puolestaan pyörittää sähkögeneraattoria.

Tehtävä 10:

Mitkä osatekijät vaikuttavat vesivoimalaitoksen tehokkuuteen?

Veden määrä, turbiinin ja generaattorin koko.

Tehtävä 11:

Luettele vesivoimalaitoksen pääosat, ja kerro mitä ne tekevät?

Turbiini, generaattori, pato, siirtoverkko

Veden liike-energia muunnetaan turbiinilla generaattorin pyörimisenergiaksi. Generaattorista energia menee siirtoverkkoon, joka muuntaa energian sähköksi.

Tehtävä 12.

Kuvaile kuinka tuulivoimala toimii?

Tuuliturbiini on turbiini, jolla tuulen eli virtaavan ilman liike-energiaa muutetaan turbiinin akselin pyörimisenergiaksi eli mekaaniseksi energiaksi. Akseli pyörittää edelleen sähköä tuottavaa generaattoria. Roottorin pyörimisliike sovitetaan vaihteiston avulla generaattorille sopivaksi. Mikäli energia käytetään suoraan esim. jauhinkivien pyöritykseen käytetään nimitystä tuulimylly.

 

Tehtävä 13.

Kuvaile kuinka aurinkovoimala toimii?

Keskittävässä aurinkovoimalassa kerätyllä lämmöllä käytetään lämpövoimaprosessia. Aurinkohöyryvoimala tuottaa energiaa muodostamalla vedestä auringon säteilyn avulla vesihöyryä. Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala. Siinä käytetään vettä öljyn tai muun nesteen sijasta, koska arvellaan sen toimivan nestetasolla parhaiten kaasuuntuessaan ja muutettaessa voimaksi.

 

Tehtävä 14.

Mihin varavoimakoneita käytetään, ja minkälaista polttoainetta niissä yleensä käytetään?

Sähkökatkot aiheuttavat vahinkoja, jotka voivat olla taloudellisia, tuotannollisia tai jopa henkilövahinkoja. Näiden vahinkojen estämiseksi tai minimoimiseksi tarvitaan varavoimaa. Niissä käytetään yleensä dieseliä.

 

Tehtävä 15.

Miksi hiilivoimalaitoksen käyttöä pyritään vähentämään?

Hiilivoiman haittoja ovat suuret rikki- ja hiilidioksidipäästöt sekä erilaisten typen oksidien pääsy ilmakehään. Jatkuvat päästöt aiheuttavat ympäristövahinkoja ja saastuneilla alueilla vakavia sairauksia. Öljyhuippu saattaa johtaa ehtyvien maaöljy- ja maakaasuvarojen korvaamiseen hiilivoimaa lisäämällä.