توليد الكهرباء الحرارية

تعريف محطة توليد الطاقة الحرارية

تعتبر محطة توليد الطاقة الحرارية منشأة تنتج الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية، والتي تأتي أساساً من حرق الفحم لإنتاج بخار يحرك التوربينات.

نظرية محطة توليد الطاقة الحرارية

نظرية محطات توليد الطاقة الحرارية بسيطة. هذه المحطات تستعمل التوربينات البخارية المتصلة بالألوترناتور لتوليد الكهرباء. يتم إنتاج البخار في الغلايات ذات الضغط العالي.

بشكل عام في الهند، يستخدم الفحم البيتموني والفحم البني والتربة الطينية كوقود للغلاية. الفحم البيتموني المستخدم كوقود للغلاية يحتوي على مادة متطايرة تتراوح بين 8 إلى 33% ومواد رمادية تتراوح بين 5 إلى 16%. لزيادة الكفاءة الحرارية، يتم استخدام الفحم في الغلاية على شكل مسحوق.

في محطة توليد الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، يتم إنتاج البخار تحت ضغط عالٍ في غلاية البخار بسبب حرق الوقود (الفحم المسحوق) في أفران الغلاية. يتم تسخين هذا البخار بشكل أكبر في المسوخ.

يمر هذا البخار المسوخ بعد ذلك إلى التوربين ويقوم بتدوير شفرات التوربين. التوربين متصل آلياً بالألوترناتور بحيث سيقوم روتور الألوترناتور بالدوران مع دوران شفرات التوربين.

عندما يدخل البخار إلى التوربين، ينخفض ضغطه بسرعة مما يؤدي إلى زيادة حجمه.بعد نقل الطاقة إلى روتور التوربين، يمر البخار خارج شفرات التوربين إلى المكثف.في المكثف، يتم تدوير الماء البارد بمساعدة مضخة يقوم بتتكثيف البخار الرطب ذو الضغط المنخفض.

يتم تزويد هذا الماء المتكثف بمزيد من الحرارة في سخان المياه ذو الضغط المنخفض حيث يقوم البخار ذو الضغط المنخفض برفع درجة حرارة هذا الماء؛ ثم يتم تسخينه مرة أخرى تحت ضغط عالٍ.للتوضيح بشكل أفضل، دعنا نفصل الخطوات لكيفية عمل محطة توليد الطاقة الحرارية:

• أولاً، يتم حرق الفحم المسحوق في فرن الغلاية البخارية.

• يتم إنتاج البخار تحت ضغط عالٍ في الغلاية.

• يتم مرور هذا البخار عبر المسوخ حيث يتم تسخينه بشكل أكبر.

• يتم إدخال هذا البخار المسوخ إلى التوربين بسرعة عالية.

• في التوربين، يقوم هذا البخار بتدوير شفرات التوربين مما يعني أن الطاقة الكامنة المخزنة في البخار ذو الضغط العالي تحول إلى طاقة ميكانيكية.

رسم تخطيطي لمحطة الطاقة

بعد تدوير شفرات التوربين، يفقد البخار ضغطه العالي، ويخرج من شفرات التوربين ويذهب إلى المكثف.في المكثف، يتم تدوير الماء البارد بمساعدة مضخة تقوم بتتكثيف البخار الرطب ذو الضغط المنخفض.

يتم تزويد هذا الماء المتكثف بمزيد من الحرارة في سخان المياه ذو الضغط المنخفض حيث يقوم البخار ذو الضغط المنخفض برفع درجة حرارة هذا الماء؛ ثم يتم تسخينه مرة أخرى في سخان ذو ضغط عالٍ حيث يتم استخدام الضغط العالي للبخار للتسخين.يعمل التوربين في محطة توليد الطاقة الحرارية كمحرك رئيس للألوترناتور.

نظرة عامة على محطة توليد الطاقة الحرارية

تعمل محطة توليد الطاقة الحرارية النموذجية على دورة كما هو موضح أدناه.

المائع العامل هو الماء والبخار. وهذا ما يسمى بدورة الماء والبخار. الدورة الحرارية المثالية التي تشبه عمل محطة توليد الطاقة الحرارية هي دورة رانكين.

في غلاية البخار، يتم تسخين الماء عن طريق حرق الوقود في الهواء داخل الفرن، ووظيفة الغلاية هي إنتاج بخار جاف مسوخ عند درجة الحرارة المطلوبة. يتم استخدام البخار المنتج في تشغيل التوربينات البخارية.

يتم توصيل هذا التوربين بالألوترناتور المتزامن (عادة الألوترناتور ثلاثي الأطوار)، والذي يولد الطاقة الكهربائية.

يتم السماح للبخار الخارج من التوربين بالتتكثف في الماء داخل مكثف البخار للتوربين، مما يخلق شفط عند ضغط منخفض جداً والسماح بتوسع البخار في التوربين إلى ضغط منخفض جداً.

أهم مزايا عملية التتكثف هي زيادة كمية الطاقة المستخرجة لكل كيلوغرام من البخار وبالتالي زيادة الكفاءة، والماء المتكثف الذي يتم تغذيته مرة أخرى إلى الغلاية يقلل من كمية الماء العذب الجديد.

يتم تغذية الماء المتكثف مع بعض الماء العذب الإضافي مرة أخرى إلى الغلاية بواسطة مضخة (تسمى مضخة تغذية الغلاية).

في المكثف، يتم تتكثف البخار بواسطة الماء البارد. يتم إعادة تدوير الماء البارد عبر برج التبريد. وهذا يشكل دائرة تبريد الماء.

يتم السماح للهواء المحيط بالدخول إلى الغلاية بعد تنقية الغبار. كما يخرج غاز الفحم من الغلاية ويتم تصريفه إلى الغلاف الجوي عبر المداخن. هذه تشكل دوائر الهواء وغاز الفحم.

يتم الحفاظ على تدفق الهواء والضغط الثابت داخل غلاية البخار (يسمى الشفط) بواسطة مروحتين تسمى مروحة الشفط القسري (FD) ومروحة الشفط المستدام (ID).يتم توضيح المخطط العام لمحطة توليد الطاقة الحرارية النموذجية مع الدوائر المختلفة أدناه.

داخل الغلاية، هناك العديد من مبادلات الحرارة، مثل الاقتصادية، والتبخير (لم يتم عرضها في الرسم أعلاه، وهي أساساً أنابيب الماء، أي دائرة المغذيات النازلة والصاعدة)، والمسوخ (أحياناً تكون موجودة أيضاً إعادة التسخين، ومسبق تسخين الهواء).

في الاقتصادية يتم تسخين الماء المغذي بمقدار كبير بواسطة الحرارة المتبقية من غاز الفحم.يحافظ طبل الغلاية على رأس لتدوير الخليط الثنائي الطور (بخار + ماء) بشكل طبيعي عبر أنابيب الماء.هناك أيضاً مسوخ يأخذ الحرارة من غاز الفحم ويرفع درجة حرارة البخار حسب الحاجة.

كفاءة محطة توليد الطاقة الحرارية أو المصنع

تُعرف الكفاءة الكلية لمحطة توليد الطاقة البخارية بأنها نسبة المكافئ الحراري للطاقة الكهربائية المنتجة إلى حرارة الاحتراق للفحم. تتراوح الكفاءة الكلية لمحطة توليد الطاقة الحرارية أو المصنع من 20٪ إلى 26٪ وتختلف حسب قدرة المصنع.

مزايا محطة توليد الطاقة الحرارية

تشمل مزايا محطة توليد الطاقة الحرارية ما يلي:

• اقتصادية لتكلفة أولية منخفضة مقارنة بأي محطة توليد أخرى.

• تحتاج إلى مساحة أقل من محطة توليد الطاقة المائية.

• بما أن الفحم هو الوقود الرئيسي وتكلفةه منخفضة للغاية مقارنة بالبنزين/الديزل فإن تكلفة التوليد تكون اقتصادية.

• سهولة الصيانة.

• يمكن تركيب محطات توليد الطاقة الحرارية في أي موقع يمكن فيه توفير النقل والمياه بكميات كبيرة.

عيوب محطة توليد الطاقة الحرارية

تشمل عيوب محطة توليد الطاقة الحرارية ما يلي:

• تكلفة التشغيل لمحطة توليد الطاقة الحرارية مرتفعة نسبياً بسبب الوقود والصيانة وغيرها.

• كمية كبيرة من الدخان تسبب تلوث الهواء. تعتبر محطات توليد الطاقة الحرارية مسؤولة عن الاحتباس الحراري.

• الماء الساخن الصادر من محطات توليد الطاقة الحرارية له تأثير سلبي على الحياة البحرية في الماء ويضطرب النظام البيئي.

• الكفاءة الكلية لمحطة توليد الطاقة الحرارية منخفضة مثل أقل من 30٪.