ಉಷ್ಣತೆಯ ಶಕ್ತಿ ಉತ್ಪಾದನೆ

熱力発電所の定義

熱力発電所とは、主に石炭を燃やして発生する熱エネルギーを利用して蒸気を生成し、その蒸気でタービンを駆動することで電力を生成する施設のことです。

熱力発電所の理論

熱力発電所の理論は単純です。これらの発電所では、交流発電機と接続された蒸気タービンを使用して電力を生成します。蒸気は高圧ボイラーで生成されます。

インドでは一般的に、ビチュミノス煤、ブラウン煤、およびピートがボイラーの燃料として使用されます。ビチュミノス煤には揮発成分が8〜33%、灰分が5〜16%含まれています。熱効率を向上させるために、ボイラーでは粉状の石炭が使用されます。

石炭火力発電所では、ボイラー炉内で燃料（微粉末化された石炭）を燃焼させることで高圧の蒸気が生成されます。この蒸気はさらに過熱器で加熱されます。

この過熱蒸気は次にタービンに入り、タービンの羽根を回転させます。タービンは交流発電機と機械的に連結されており、タービンの羽根が回転すると交流発電機のローターも回転します。

蒸気がタービンに入るとき、その圧力は急速に低下し、蒸気の体積が増加します。タービンローターにエネルギーを与えた後、蒸気はタービンの羽根からコンデンサーへと流れ出ます。コンデンサーでは、ポンプによって循環される冷水が低圧の湿った蒸気を凝縮します。

この凝縮水はさらに低圧給水ヒーターに供給され、低圧蒸気によりこの給水の温度が上昇します。その後、再び高圧で加熱されます。よりよく理解するために、熱力発電所の動作ステップを以下に分解して説明します：

• まず、微粉末化された石炭が蒸気ボイラーの炉内で燃焼されます。

• ボイラーで高圧の蒸気が生成されます。

• この蒸気は次に過熱器を通じてさらに加熱されます。

• この過熱蒸気は高速でタービンに入ります。

• タービン内では、この蒸気の力がタービンの羽根を回転させ、つまり高圧蒸気の潜在エネルギーが機械エネルギーに変換されます。

発電所の線図

タービンの羽根を回転させた後、蒸気は高圧を失い、タービンの羽根から出てコンデンサーに入ります。コンデンサーでは、ポンプによって循環される冷水が低圧の湿った蒸気を凝縮します。

この凝縮水はさらに低圧給水ヒーターに供給され、低圧蒸気によりこの給水の温度が上昇します。その後、再び高圧ヒーターで高圧蒸気を使用して加熱されます。熱力発電所のタービンは交流発電機の原動機として機能します。

熱力発電所の概要

典型的な熱力発電所は以下のサイクルで動作します。

作動流体は水と蒸気です。これは給水・蒸気サイクルと呼ばれます。熱力発電所の動作に近い理想的な熱力学サイクルはランキンサイクルです。

蒸気ボイラーでは、燃料を空気中で燃焼させて水を加熱し、ボイラーの役割は必要な温度の乾燥過熱蒸気を生成することです。生成された蒸気は蒸気タービンを駆動するために使用されます。

このタービンは同期発電機（通常は三相同期交流発電機）に結合されており、電気エネルギーを生成します。

タービンからの排気蒸気は、タービンの蒸気コンデンサーで水に凝縮されます。これにより非常に低い圧力で吸引が行われ、タービン内の蒸気の膨張が非常に低い圧力まで可能になります。

凝縮運転の主要な利点は、kgあたりの蒸気から抽出されるエネルギー量が増加し、効率が向上すること、および再利用される凝縮水が新鮮な給水量を減らすことです。

凝縮水と一部の新鮮な補給水は、ポンプ（ボイラ給水ポンプ）によって再びボイラーに供給されます。

コンデンサーでは、冷却水によって蒸気が凝縮されます。冷却水は冷却塔を介して循環します。これが冷却水回路です。

大気中の空気はダストフィルターを通ってボイラーに導入されます。また、ボイラーからの排ガスは煙突を通じて大気に排出されます。これらが空気回路と排ガス回路を構成します。

ボイラー内の空気の流れと静圧（ドラフト）は、強制ドラフト（FD）ファンと誘導ドラフト（ID）ファンという2つのファンによって維持されます。典型的な熱力発電所の全体的なスキームと異なる回路は以下の通りです。

ボイラー内部には、様々な熱交換器があります。例えば、エコノマイザー、エバポレータ（上記の図には示されていませんが、基本的にダウンコマーサーキット）、スーパーヒーター（時には再熱器や空気予熱器も存在します）。

エコノマイザーでは、給水が排ガスの残余熱によってかなりの程度加熱されます。ボイラードラムは、二相混合物（蒸気+水）の自然循環のために頭部を維持します。また、スーパーヒーターは排ガスからの熱を取り込み、必要に応じて蒸気の温度を上昇させます。

熱力発電所またはプラントの効率

蒸気発電所の総合効率は、電力出力の熱当量と石炭の燃焼熱の比として定義されます。熱力発電所またはプラントの総合効率は20%から26%の範囲で、プラント容量によって異なります。

熱力発電所の利点

熱力発電所の利点には以下があります：

• 他の発電プラントよりも初期コストが安価です。

• 水力発電所よりも必要な土地が少ないです。

• 主燃料である石炭はガソリンやディーゼルよりも安価なので、発電コストが経済的です。

• メンテナンスが容易です。

• 輸送と大量の水が利用できる場所であればどこでも熱力発電所を設置できます。

熱力発電所の欠点

熱力発電所の欠点には以下があります：

• 燃料やメンテナンスなどのため、熱力発電所の運転コストは比較的高いです。

• 大量の煙が大気汚染を引き起こし、熱力発電所は地球温暖化の一因となります。

• 熱力発電所から放出される温水は水中の生物に悪影響を与え、生態系を乱します。

• 熱力発電所の総合効率は低く、30%未満です。