محطة توليد الطاقة الحرارية أو محطة الطاقة الحرارية
ما هو محطة توليد الطاقة الحرارية؟
محطة توليد الكهرباء الحرارية أو محطة الطاقة الحرارية هي المصدر الأكثر شيوعًا للطاقة الكهربائية. وتُعرف محطة الطاقة الحرارية أيضًا باسم محطة الطاقة الحرارية بالفحم ومحطة الطاقة بترابية البخار.
لنستعرض كيف تعمل محطة الطاقة الحرارية.
نظرية محطة الطاقة الحرارية
نظرية محطات الطاقة الحرارية أو عمل محطات الطاقة الحرارية بسيطة جدًا. تتكون محطة توليد الطاقة بشكل أساسي من مولد يعمل بمساعدة توربين بخاري. يتم الحصول على البخار من الغلايات ذات الضغط العالي.
بشكل عام في الهند، يستخدم الفحم البتوميني والفحم البني والطين كوقود للغلاية. يحتوي الفحم البتوميني المستخدم كوقود للغلاية على مادة طائفة تتراوح بين 8 إلى 33٪ ومحتوى رماد يتراوح بين 5 إلى 16٪. لزيادة الكفاءة الحرارية، يتم استخدام الفحم في الغلاية على شكل مسحوق.
في محطة الطاقة الحرارية بالفحم، يتم إنتاج البخار بضغط عالٍ في غلاية البخار بسبب حرق الوقود (الفحم المسحوق) في فرن الغلاية. يتم تسخين هذا البخار أكثر في السوبرهيتر.
يدخل هذا البخار المتسخن بعد ذلك إلى التوربين ويقوم بتدوير شفرات التوربين. يتم ربط التوربين ميكانيكيًا بمولد بحيث سيقوم روتوره بالدوران مع دوران شفرات التوربين.
بعد دخول التوربين، ينخفض ضغط البخار فجأة وتزداد الحجم المقابل للبخار.
بعد إعطاء الطاقة لروتور التوربين، يمر البخار خارج شفرات التوربين إلى المكثف.
في المكثف، يتم تدوير الماء البارد بمساعدة مضخة والتي تقوم بتكثيف البخار الرطب ذو الضغط المنخفض.
يتم توفير هذا الماء المتكثف بعد ذلك لمدفأة المياه ذات الضغط المنخفض حيث يقوم البخار ذو الضغط المنخفض برفع درجة حرارة هذه المياه العاملة؛ ثم يتم تسخينها مرة أخرى تحت ضغط عالٍ.
للتوضيح الأفضل، نقدم كل خطوة من وظيفة محطة الطاقة الحرارية كما يلي،
أولاً، يتم حرق الفحم المسحوق في فرن غلاية البخار.
يتم إنتاج البخار بضغط عالٍ في الغلاية.
ثم يمر هذا البخار عبر السوبرهيتر حيث يتم تسخينه أكثر.
يدخل هذا البخار المتسخن بعد ذلك إلى التوربين بسرعة عالية.
في التوربين، يقوم قوة البخار بتدوير شفرات التوربين مما يعني أن الطاقة الكامنة المحتجزة في البخار ذو الضغط العالي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية هنا في التوربين.
رسم تخطيطي لمحطة الطاقة
بعد تدوير شفرات التوربين، يفقد البخار ضغطه العالي، ويمر خارج شفرات التوربين ويدخل إلى المكثف.
في المكثف، يتم تدوير الماء البارد بمساعدة مضخة التي تقوم بتكثيف البخار الرطب ذو الضغط المنخفض.
يتم توفير هذا الماء المتكثف بعد ذلك لمدفأة المياه ذات الضغط المنخفض حيث يقوم البخار ذو الضغط المنخفض برفع درجة حرارة هذه المياه العاملة، ثم يتم تسخينه مرة أخرى في مدفأة ذات ضغط عالٍ حيث يتم استخدام ضغط البخار العالي للتسخين.
يعمل التوربين في محطة الطاقة الحرارية كمحرك رئيسي للمولد.
نظرة عامة على محطة الطاقة الحرارية
تعمل محطة الطاقة الحرارية النموذجية على دورة يتم عرضها أدناه.
المائع العامل هو الماء والبخار. وهذا ما يسمى بـ دورة الماء العامل والبخار. الدورة الثرموديناميكية المثالية التي تشبه عمل محطة الطاقة الحرارية بشكل وثيق هي دورة رانكين.
في غلاية البخار، يتم تسخين الماء عن طريق حرق الوقود في الهواء داخل الفرن، ووظيفة الغلاية هي تقديم بخار جاف متسخن عند درجة الحرارة المطلوبة. يتم استخدام البخار المنتج في تشغيل توربينات البخار.
يتم ربط هذا التوربين بمولد متزامن (عادة مولد ثلاثي الأطوار متزامن)، والذي ينتج الطاقة الكهربائية.
يتم السماح للبخار الخارج من التوربين بأن يتكاثف في الماء في مكثف البخار للتوربين، مما يخلق شفط بضغط منخفض جدًا والسماح بتوسع البخار في التوربين إلى ضغط منخفض جدًا.
من أهم مزايا العملية التكثيفية هي زيادة كمية الطاقة المستخرجة لكل كيلوغرام من البخار وبالتالي زيادة الكفاءة، والماء المتكثف الذي يتم إعادته إلى الغلاية يقلل من كمية الماء العامل الجديد.
يتم إضافة الماء المتكثف مع بعض الماء العامل الجديد مرة أخرى إلى الغلاية بواسطة مضخة (تسمى مضخة تغذية الغلاية).
في المكثف، يتم تكثيف البخار بواسطة الماء البارد. يتم إعادة تدوير الماء البارد عبر البرج التبريد. وهذا يشكل دائرة الماء التبريد.
يتم السماح للهواء المحيط بالدخول إلى الغلاية بعد تنقية الغبار. كما يتم تصريف غازات الدخان الخارجة من الغلاية إلى الغلاف الجوي عبر الأنابيب. وهذه تشكل دوائر الهواء وغازات الدخان.
يتم الحفاظ على تدفق الهواء والضغط الثابت داخل غلاية البخار (يسمى الشفط) بواسطة مروحتين تسميان شفط القسري (FD) وشفط المستند (ID).
يتم توضيح المخطط العام لمحطة الطاقة الحرارية النموذجية مع مختلف الدوائر أدناه.
داخل الغلاية، هناك العديد من مبادلات الحرارة، مثل الاقتصادي، المبخر (غير موضح في الشكل أعلاه، وهو أساساً أنابيب الماء، أي دائرة المغذي والنافذ)، سوبرهيتر (أحياناً ريهيتر، مدفأة الهواء موجودة أيضًا).
في الاقتصادي يتم تسخين الماء العامل بمقدار كبير بواسطة الحرارة المتبقية من غازات الدخان.
يحافظ طبل الغلاية على رأس لتدوير الخليط ثنائي الطور (بخار + ماء) بشكل طبيعي عبر أنابيب الماء.
هناك أيضًا سوبرهيتر يأخذ الحرارة من غازات الدخان ويرفع درجة حرارة البخار حسب الحاجة.
كفاءة محطة الطاقة الحرارية
تُعرَّف الكفاءة الإجمالية لمحطة الطاقة البخارية بأنها نسبة مكافئة الحرارة للطاقة الكهربائية المنتجة إلى حرارة الاحتراق للفحم. تتراوح الكفاءة الإجمالية لـ محطة الطاقة الحرارية أو المحطة من 20% إلى 26% وتعتمد على قدرة المحطة.
