การผลิตไฟฟ้าจากความร้อน

นิยามของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนคือสถานที่ที่ผลิตไฟฟ้าโดยใช้พลังงานความร้อน โดยส่วนใหญ่มาจากการเผาถ่านหิน เพื่อสร้างไอน้ำที่ขับเคลื่อนกังหัน

ทฤษฎีของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

ทฤษฎีของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนเป็นเรื่องง่าย โรงไฟฟ้าเหล่านี้ใช้กังหันไอน้ำที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า ไอน้ำถูกสร้างขึ้นในหม้อไอน้ำแรงดันสูง

โดยทั่วไปในอินเดีย ถ่านหินบิทูมินัส ถ่านหินสีน้ำตาล และพีทถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับหม้อไอน้ำ ถ่านหินบิทูมินัสที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงมีสารระเหยจาก 8 ถึง 33% และมีเถ้า 5 ถึง 16% เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน ถ่านหินถูกใช้ในรูปแบบผงในหม้อไอน้ำ

ในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากถ่านหิน ไอน้ำถูกสร้างขึ้นด้วยแรงดันสูงในหม้อไอน้ำเนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง (ถ่านหินผง) ในเตาเผา ไอน้ำนี้ถูกทำให้ร้อนขึ้นอีกในซุปเปอร์ฮีทเตอร์

ไอน้ำที่ร้อนจัดนี้เข้าสู่กังหันและหมุนใบพัดของกังหัน กังหันถูกเชื่อมโยงอย่างกลไกกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนตามการหมุนของใบพัดกังหัน

เมื่อไอน้ำเข้าสู่กังหัน แรงดันของไอน้ำลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ปริมาณไอน้ำเพิ่มขึ้น หลังจากให้พลังงานแก่โรเตอร์กังหัน ไอน้ำไหลออกจากใบพัดกังหันเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ในคอนเดนเซอร์ น้ำเย็นถูกหมุนเวียนด้วยปั๊มเพื่อควบแน่นไอน้ำความดันต่ำ

น้ำที่ควบแน่นแล้วถูกส่งต่อไปยังฮีทเตอร์น้ำความดันต่ำ ซึ่งไอน้ำความดันต่ำเพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อนนี้ น้ำนี้ถูกทำให้ร้อนอีกครั้งด้วยความดันสูง ในการทำความเข้าใจดีขึ้น ลองแยกแยะขั้นตอนการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน:

• แรกเริ่ม ถ่านหินผงถูกเผาในเตาเผาของหม้อไอน้ำ

• ไอน้ำความดันสูงถูกสร้างขึ้นในหม้อไอน้ำ

• ไอน้ำนี้ถูกส่งผ่านซุปเปอร์ฮีทเตอร์ ซึ่งทำให้ร้อนขึ้นอีก

• ไอน้ำที่ร้อนจัดนี้เข้าสู่กังหันด้วยความเร็วสูง

• ในกังหัน แรงของไอน้ำทำให้ใบพัดกังหันหมุน หมายความว่าที่นี่พลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ในไอน้ำความดันสูงถูกแปลงเป็นพลังงานกล

แผนผังของโรงไฟฟ้า

หลังจากใบพัดกังหันหมุน ไอน้ำที่เสียความดันสูงออกจากรอยใบพัดกังหันและเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ในคอนเดนเซอร์ น้ำเย็นถูกหมุนเวียนด้วยปั๊มเพื่อควบแน่นไอน้ำความดันต่ำ

น้ำที่ควบแน่นแล้วถูกส่งต่อไปยังฮีทเตอร์น้ำความดันต่ำ ซึ่งไอน้ำความดันต่ำเพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อนนี้ น้ำนี้ถูกทำให้ร้อนอีกครั้งในฮีทเตอร์ความดันสูง ซึ่งใช้ไอน้ำความดันสูงเพื่อการทำความร้อน กังหันในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทำหน้าที่เป็นเครื่องขับเคลื่อนหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ภาพรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่วไปทำงานบนวงจรซึ่งแสดงไว้ด้านล่าง

สารทำงานคือน้ำและไอน้ำ ซึ่งเรียกว่าวัฏจักรน้ำป้อนและไอน้ำ วงจรเทอร์โมไดนามิกที่การทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนคล้ายคลึงกับมากที่สุดคือวงจรแรนกีน

ในหม้อไอน้ำ น้ำถูกทำให้ร้อนด้วยการเผาเชื้อเพลิงในอากาศในเตาเผา และหน้าที่ของหม้อไอน้ำคือให้ไอน้ำแห้งที่ร้อนจัดตามความต้องการ ไอน้ำที่สร้างขึ้นใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ

กังหันนี้เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส (โดยทั่วไปเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับเฟสสามเฟส) ซึ่งสร้างพลังงานไฟฟ้า

ไอน้ำที่ออกมาจากกังหันถูกปล่อยให้ควบแน่นเป็นน้ำในคอนเดนเซอร์ของกังหัน ซึ่งสร้างแรงดูดที่ความดันต่ำมากและอนุญาตให้ไอน้ำขยายตัวในกังหันจนถึงความดันต่ำ

ข้อดีหลักของการทำงานแบบควบแน่นคือ การสกัดพลังงานเพิ่มขึ้นต่อกิโลกรัมของไอน้ำ ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพ และน้ำที่ควบแน่นซึ่งถูกป้อนกลับเข้าหม้อไอน้ำลดปริมาณน้ำป้อนใหม่

น้ำที่ควบแน่นพร้อมกับน้ำป้อนใหม่บางส่วนถูกป้อนกลับเข้าหม้อไอน้ำโดยปั๊ม (เรียกว่าปั๊มน้ำป้อนหม้อไอน้ำ)

ในคอนเดนเซอร์ ไอน้ำถูกควบแน่นด้วยน้ำเย็น น้ำเย็นถูกหมุนเวียนผ่านหอระบายความร้อน ซึ่งประกอบเป็นวงจรน้ำเย็น

อากาศแวดล้อมถูกอนุญาตให้เข้าสู่หม้อไอน้ำหลังจากการกรองฝุ่น นอกจากนี้ ควันจากเตาเผายังถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศผ่านทางปล่อง ซึ่งประกอบเป็นวงจรอากาศและควัน

การไหลของอากาศและแรงดันสถิตภายในหม้อไอน้ำ (เรียกว่าดราฟท์) ถูกควบคุมโดยสองพัดลม คือ พัดลมดราฟท์บังคับ (FD) และพัดลมดราฟท์เหนี่ยวนำ (ID) แผนภาพรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนทั่วไปพร้อมวงจรต่างๆ แสดงไว้ด้านล่าง

ภายในหม้อไอน้ำ มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลายชนิด เช่น เอโคโนไมเซอร์ อีวาโพเรเตอร์ (ไม่แสดงในรูปด้านบน เป็นท่อน้ำลง-ขึ้น) ซุปเปอร์ฮีทเตอร์ (บางครั้งมีเรฮีทเตอร์และแอร์พรีฮีทเตอร์)

ในเอโคโนไมเซอร์ น้ำป้อนถูกทำให้ร้อนขึ้นอย่างมากโดยความร้อนคงเหลือของควัน ดรัมหม้อไอน้ำรักษาศักย์สำหรับการไหลเวียนธรรมชาติของสารผสมสองเฟส (ไอน้ำ + น้ำ) ผ่านท่อน้ำ นอกจากนี้ยังมีซุปเปอร์ฮีทเตอร์ซึ่งรับความร้อนจากควันและเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำตามความต้องการ

ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

ประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานเทียบเท่าไฟฟ้าที่ผลิตได้กับพลังงานความร้อนจากการเผาไหม้ถ่านหิน ประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนมีตั้งแต่ 20% ถึง 26% และขึ้นอยู่กับกำลังผลิตของโรงไฟฟ้า

ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน ได้แก่:

• ประหยัดต้นทุนเริ่มต้นต่ำกว่าโรงไฟฟ้าประเภทอื่นๆ

• ใช้พื้นที่น้อยกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

• เนื่องจากถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหลักและมีราคาถูกกว่าน้ำมัน/ดีเซล ทำให้ต้นทุนการผลิตถูก

• การบำรุงรักษาง่าย

• โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนสามารถติดตั้งได้ในสถานที่ใดก็ตามที่มีการขนส่งและน้ำจำนวนมาก

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน ได้แก่:

• ต้นทุนการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนสูงกว่าเนื่องจากเชื้อเพลิง การบำรุงรักษา ฯลฯ

• ควันที่เกิดขึ้นในปริมาณมากทำให้เกิดมลพิษทางอากาศ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน

• น้ำที่ถูกทำให้ร้อนจากโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนมีผลกระทบต่อชีวิตทางน้ำและทำลายระบบนิเวศ

• ประสิทธิภาพโดยรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนต่ำ น้อยกว่า 30%