Σταθμός Θερμής Ενέργειας – Συσταδικά Μέρη, Λειτουργία και Επιλογή Τοποθεσίας

Τι είναι μια Θερμοηλεκτρική Εγκατάσταση;

Η νόμος της διατήρησης της ενέργειας δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί· αντίθετα, μπορεί μόνο να μετατραπεί από μια μορφή σε άλλη. Η ηλεκτρική ενέργεια, ειδικότερα, μπορεί να εκμεταλλευτεί από ποικίλες πηγές ενέργειας. Οι εγκαταστάσεις που σχεδιάζονται για την παραγωγή μεγάλης κλίμακας ηλεκτρικής ενέργειας είναι συνήθως γνωστές ως εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ή ηλεκτροπαραγωγικά.

Μια θερμοηλεκτρική εγκατάσταση είναι ένα είδος εγκατάστασης παραγωγής ενέργειας που μετατρέπει θερμητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Η θερμητική ενέργεια για αυτές τις εγκαταστάσεις μπορεί να προέρχεται από ποικίλες πηγές, συμπεριλαμβανομένων του πετρελαίου, του ντίζελ, των βιοκαυσίμων, της ηλιακής ενέργειας και της πυρηνικής ενέργειας. Αν και ο όρος "θερμοηλεκτρική εγκατάσταση" μπορεί τεχνικά να περιλαμβάνει εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν διάφορες πηγές θερμότητας, συνήθως συνδέεται με εγκαταστάσεις που εξαρτώνται από τον άνθρακα για την παραγωγή θερμότητας. Συνεπώς, οι θερμοηλεκτρικές εγκαταστάσεις θεωρούνται συμβατικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Κάποιες φορές είναι επίσης γνωστές ως εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ατμοστρόβιλο ή εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με κάμινο, αντικατοπτρίζοντας την κύρια πηγή καυσίμου και τη βασική μηχανική μετατροπής ενέργειας που χρησιμοποιείται.

Λειτουργία μιας Θερμοηλεκτρικής Εγκατάστασης

Οι θερμοηλεκτρικές εγκαταστάσεις λειτουργούν με βάση τον κύκλο Rankine, ένα βασικό θερμοδυναμικό κύκλο για τη μετατροπή θερμότητας σε μηχανική εργασία, η οποία επίσης χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το παρακάτω διάγραμμα μιας γραμμής ή τοποθέτηση μιας θερμοηλεκτρικής εγκατάστασης παρέχει μια οπτική παράσταση των λειτουργικών συσταδιών και διαδικασιών.

Οι Μέσοι και οι Συσταδιοί μιας Θερμοηλεκτρικής Εγκατάστασης

Λειτουργική Διαδικασία

Οι θερμοηλεκτρικές εγκαταστάσεις απαιτούν μεγάλη ποσότητα καυσίμου, συνήθως άνθρακα. Λόγω της μεγάλης ποσότητας που απαιτείται, ο άνθρακας μεταφέρεται συνήθως με τρένα και αποθηκεύεται σε ειδικά χώρα αποθήκευσης καυσίμου. Αρχικά, ο ακατέργαστος άνθρακας είναι πολύ μεγάλος για άμεση χρήση στο κάμινο. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, τροφοδοτείται σε έναν τριτογόνο, ο οποίος τον μειώνει σε μικρότερα και πιο διαχειρίσιμα κομμάτια πριν μεταφερθεί στο κάμινο.

Εκτός από τον άνθρακα, μεγάλη ποσότητα νερού είναι απαραίτητη για την παραγωγή ατμού μέσα στο κάμινο. Πριν εισέλθει στο σύστημα, το νερό υποβάλλεται σε διαδικασία επεξεργασίας. Περνά από διάφορα φίλτρα για την αφαίρεση ρυπαντών και ρυπαντών αέρα, εξασφαλίζοντας την καθαρότητά του. Μετά την επεξεργασία, το νερό κατευθύνεται προς τον κύλινδρο του καμίνου. Μέσα στον κύλινδρο του καμίνου, η θερμότητα που παράγεται από την καύση του άνθρακα μεταφέρεται στο νερό. Ως αποτέλεσμα, το νερό υποστέλλει μεταβολή φάσης και μετατρέπεται σε ατμό.

Ο παραγόμενος ατμός είναι υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, κάνοντάς τον ιδανικό για την παραγωγή ενέργειας. Αυτός ο ατμός κατευθύνεται σε έναν υπερθερμαντή, όπου θερμαίνεται περαιτέρω για την αύξηση της θερμητικής ενέργειάς του. Ο υπερθερμασμένος ατμός κατευθύνεται στα πτερύγια του στρόβιλου. Καθώς ο ατμός ρέει πάνω από τα πτερύγια του στρόβιλου, η θερμητική ενέργειά του μετατρέπεται σε μηχανική εργασία περιστροφής από τον στρόβιλο.

Ο στρόβιλος είναι μηχανικά συνδεδεμένος με έναν αλτερνατόρα μέσω κοινού άξονα. Καθώς περιστρέφεται ο στρόβιλος, οδηγεί τον ρότορα του αλτερνατόρα. Ο αλτερνατόρας, στη συνέχεια, μετατρέπει αυτή τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Για να μεταφέρεται αποτελεσματικά η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις, περνά από έναν μετατροπέα, ο οποίος αυξάνει την τάση. Η υψηλή τάση ηλεκτρική ενέργεια στέλνεται στη συνέχεια μέσω γραμμών μεταφοράς προς τους τελικούς χρήστες ή φορτία στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.

Μετά την πέραση μέσω του στρόβιλου, ο ατμός, τώρα με χαμηλότερη πίεση και θερμοκρασία, κατευθύνεται προς έναν συμπυκνωτή. Στον συμπυκνωτή, κρύο νερό κυκλοφορεί γύρω από τον ατμό, προκαλώντας τη συμπύκνωσή του πίσω σε υγρή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία συμπύκνωσης απελευθερώνει την υπόλοιπη θερμότητα από τον ατμό, αποτελεσματικά μειώνοντας την πίεση και τη θερμοκρασία. Με την ανάκτηση του νερού με αυτόν τον τρόπο, η αποτελεσματικότητα του κύκλου παραγωγής ενέργειας ενισχύεται.

Το συμπυκνωμένο νερό επιστρέφει στο κάμινο με τη χρήση ενός πίμπαντρα τροφοδοσίας, έτοιμο να θερμανθεί και να μετατραπεί ξανά σε ατμό, ολοκληρώνοντας έτσι τον κύκλο. Παράλληλα, το σκόνος που παράγεται ως παραπροϊόν της καύσης του άνθρακα αφαιρείται από τον κάμινο. Η σωστή διάθεση αυτού του σκόνου είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη της περιβαλλοντικής βλάβης. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της καύσης του άνθρακα στον κάμινο, παράγονται ατμοσφαιρικά αέρια που απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα μέσω της καμίνας.

Κύριες Συσταδιοί

Μια θερμοηλεκτρική εγκατάσταση αποτελείται από πολλές ολοκληρωμένες συσταδιούς που συνεργάζονται για να επιτρέψουν τη διαδικασία παραγωγής ενέργειας:

• Κάμινος: Το κέντρο της θερμοηλεκτρικής εγκατάστασης, όπου συμβαίνει η καύση του άνθρακα και η θερμότητα μεταφέρεται στο νερό για την παραγωγή ατμού.

• Στρόβιλος: Μετατρέπει τη θερμητική ενέργεια του υψηλής πίεσης ατμού σε μηχανική εργασία περιστροφής.

• Υπερθερμαντής: Αυξάνει τη θερμοκρασία του ατμού που παράγεται στον κάμινο, αυξάνοντας το περιεχόμενο ενέργειάς του για πιο αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας.

• Συμπυκνωτής: Συμπυκνώνει τον ατμό απορροφώντας την θερμότητα και διατηρώντας την αποτελεσματικότητα του κύκλου.

• Οικονομικός: Προθερμαίνει το νερό τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας τη θερμότητα των ατμοσφαιρικών αερίων, μειώνοντας την συνολική κατανάλωση ενέργειας του καμίνου.

• Πίμπαντρας τροφοδοσίας: Κυκλοφορεί το συμπυκνωμένο νερό από τον συμπυκνωτή πίσω στον κάμινο, διασφαλίζοντας συνεχή προμήθεια για την παραγωγή ατμού.

• Αλτερνατόρας: Μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια από τον στρόβιλο σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μπορεί να διανεμηθεί μέσω του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.

• Καμίνα: Διασπείρει τα ατμοσφαιρικά αέρια που παράγονται κατά την καύση του άνθρακα στην ατμόσφαιρα με ελεγχόμενο τρόπο.

• Ψυχρανθρακωτής: Βοηθά στην ψύξη του νερού που χρησιμοποιείται στον συμπυκνωτή, επιτρέποντας την ανακύκλωση και την επαναχρήση στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας.

Συσταδιοί, Επιλογή Τοποθεσίας και Αποτελεσματικότητα Θερμοηλεκτρικών Εγκαταστάσεων

Κύριες Συσταδιοί Θερμοηλεκτρικών Εγκαταστάσεων

Κάμινος

Ο πεταλούδιος άνθρακας, συνοδευόμενος από προθερμασμένο αέρα, τροφοδοτείται στον κάμινο, ο οποίος λειτουργεί ως το βασικό συσταδιό για την παραγωγή υψηλής πίεσης ατμού. Η βασική λειτουργία του είναι να μετατρέπει την χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στον άνθρακα σε θερμητική ενέργεια μέσω της διαδικασίας καύσης. Καθώς ο άνθρακας καίγεται μέσα στον κάμινο, παράγει έντονη θερμότητα, που φθάνει σε θερμοκρασίες αρκετές για να μετατρέψει το νερό σε ατμό. Το μέγεθος του καμίνου καθορίζεται άμεσα από τις θερμικές απαιτήσεις της θερμοηλεκτρικής εγκατάστασης. Υπάρχει μια ποικιλία καμίνων που χρησιμοποιούνται σε θερμοηλεκτρικές εγκαταστάσεις, συμπεριλαμβανομένων των Haycock και wagon top καμίνων, firetube καμίνων, κυλινδρικών fire-tube καμίνων και water-tube καμίνων, κάθε ένας με τις δικές του χαρακτηριστικές σχεδιασμού και λειτουργικά πλεονεκτήματα.

Στρόβιλος

Ο υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας υπερθερμασμένος ατμός, που παράγεται από τον κάμινο, κατευθύνεται προς τον στρόβιλο. Όταν αυτός ο ατμός χτυπάει τα πτερύγια του στρόβιλου, οδηγεί τον στρόβιλο σε κίνηση. Ο στρόβιλος είναι ένα περίπλοκο μηχανικό συσταδιό που σχεδιάστηκε ειδικά για να μετατρέπει τη θερμητική ενέργεια του ατμού σε μηχανική κινητική ενέργεια. Μηχανικά συνδεδεμένος με έναν αλτερνατόρα μέσω άξονα, η περιστροφή του στροβίλου οδηγεί τον ρότορα του αλτερνατόρα. Μετά την πέραση του ατμού μέσω του στροβίλου, η θερμοκρασία και η πίεση του μειώνονται, και στη συνέχεια κατευθύνεται προς τον συμπυκνωτή για περαιτέρω επεξεργασία.

Υπερθερμαντής

Σε ένα σύστημα παραγωγής ενέργειας με βάση τον ατμόστροβιλο, ο υπερθερμασμένος ατμός είναι ζωτικός για την αποτελεσματική λειτουργία του στροβίλου. Ο υγρός κ