آموزشی

نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتینیروگاه حراتی 

نیروگاه حرارتی

یک نیروگاه حرارتی نیروگاهی است که در آن انرژی گرما به برق تبدیل می شود. در بسیاری از مناطق جهان توربین با نیروی بخار حرکت میکند. آب گرم می شود، تبدیل به بخار می شود و بخار توربین را می چرخاند که آن نیز یک ژنراتور الکتریکی را در خود جابجا می کند.پس از عبور بخار از توربین، بخار در یک چگالساز (دستگاه تقطیر) فشرده می شود و به قسمتی که در آن حرارت داده شده بود، برگردانده می شود؛ این تحت عنوان چرخه رانکین شناخته می شود.بزرگترین تغییر در طراحی نیروگاه های حرارتی به خاطر منابع مختلف برای گرم کردن آب است؛سوخت فسیلی در اینجا غالب است، گرچه انرژی گرمایی هسته ای و انرژی گرمایی خورشیدی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. بعضی ترجیح می دهند از دوره انرژی متمرکز استفاده کنند زیرا این امکانات فرم های تبدیل انرژی های گرما به انرژی الکتریکی است.بعضی دیگر از نیروگاه های حرارتی برای تولید انرژی گرمایی برای اهداف صنعتی، یا گرمایش مرکزی یا شیرین کردن آب، علاوه بر تولید برق، طراحی شده اند.

انواع انرژی حرارتی

تقریبا تمام ذغال سنگ، نفت، هسته ای، زمین گرمایی، برق حرارتی خورشیدی و تاسیسات سوزاندن زباله، و نیز بسیاری از نیروگاه های گاز طبیعی، حرارتی هستند.گاز طبیعی اغلب در توربین های گاز و همچنین دیگ های بخار سوزانده میشوند.گرمای زباله از یک توربین گاز، به شکل گاز خروجی داغ، می تواند برای افزایش بخار استفاده شود، بوسیله عبور این گاز از طریق یک مولد بخار بازیافت حرارت (HRSG)، بخار برای حرکت دادن توربین بخار در یک چرخه نیروگاه ترکیب میشود که کارایی کلی را بهبود می بخشد.نیروگاه های سوخت زغال سنگ، سوخت های نفتی یا گاز طبیعی اغلب به نام نیروگاه های سوخت فسیلی شناخته می شوند.برخی از نیروگاه های حرارتی با سوخت زیست توده نیز ایجاد شدند. نیروگاه های حرارتی غیر هسته ای، بویژه نیروگاه های سوخت فسیلی که در تولید دو نوع انرژی استفاده نمی شوند، قبلا به عنوان نیروگاه های متعارف شناخته می شدند.نیروگاه های برق صنعتی تجاری معمولا در مقیاس وسیع ساخته می شوند و برای عملیات مداوم طراحی شده اند. تقریبا تمام نیروگاه های برق از ژنراتورهای الکتریکی سه فاز برای تولید برق الکتریکی متناوب (AC) در فرکانس 50 هرتز یا 60 هرتز استفاده می کنند.شرکت های بزرگ یا موسسات ممکن است دارای نیروگاه های مختص خود برای تامین حرارت یا برق بسته به امکانات خود، به خصوص اگر بخار به هر طریق برای اهداف دیگر ایجاد میشوند داشته باشند. نیروگاه های که با نیروی بخار کار میکنند بیشتر برای راندن کشتی ها از قبل از قرن 20 تا اخیرا استفاده شده است.نیروگاه نیروی بخار در حال حاضر تنها در کشتی های دریایی بزرگ هسته ای استفاده می شوند. موتور ها در هر دو طرف کشتی معمولا به طور مستقیم به وسیله ی گیربکس توربین ها به پروانه های کشتی متصل می شوند.موتورها در چنین کشتی هایی بخار را به توربین های کوچکتر هدایت می کنند که نیرو را برای تامین برق فراهم می کنند. پیشران هسته ای، به استثنای چند مورد، فقط در کشتی های دریایی استفاده می شود. بسیاری از کشتی های توربو الکتریکی وجود دارد که در آن یک توربین با بخار حرکت میکند یک ژنراتور الکتریکی دارد که یک نیرو را از یک موتور الکتریکی برای پیش رانش در اختیار قرار می دهد.نیروگاههای دو منظوره، اغلب به نام تاسیسات ترکیب گرما و برق (CH & P) شناخته میشوند، تولید برق و گرما را برای فرایند گرم کردن فضا یا گرم کردن برای ایجاد بخار و آب گرم انجام میدهند.

تاریخچه

از ابتدای توسعه موتور بخار دو سو رو (دارای حرکات متناوب) که برای تولید قدرت مکانیکی از قرن هجدهم استفاده می شده است، با پیشرفت قابل توجهی توسط جیم وات ساخته شده است.هنگامی که اولین تأسیسات برق مرکزی توسعه یافته در سال 1882 در ایستگاه پریل خیابان نیویورک و نیروگاه نیروی ویداکت هولبورن در لندن ایجاد شد، از موتورهای بخار دو سو رو استفاده شده بود. توسعه توربین بخار در سال 1884، طراحی ماشین آلات بزرگ و کارآمدتری را برای ایستگاه های تولید مرکزی ارائه داد.تا سال 1892 توربین جایگزین بهتر برای موتورهای دو سو رو بود. توربین های با سرعت بالا، ماشین های جمع و جورتر و تنظیمات پایدار با سرعت بالا ارائه می دهند که اجازه می دهد تا کنش همزمان سازی هم راستا ژنراتورها در یک اتوبوس مشترک انجام شود. بعد از سال 1905 توربین ها به طور کامل جایگزین موتورهای مجزا در نیروگاه های مرکزی بزرگ شدند.بزرگترین مجموعه موتورهای مجزا ساخته شده در سال 1901 برای راه آهن منهتن تکمیل شد. هر کدام از 17 واحد حدود 500 تن وزن داشتند و قدرت آن 6000 کیلووات ارزیابی شدند؛ یک مجموعه توربین که در زمان معاصر موجود است با امتیاز مشابه می تواند حدود 20 درصد وزن داشته باشد.

کارایی تولید انرژی حرارتی

بهره وری انرژی یک نیروگاه حرارتی متعارف، انرژی قابل عرضه که به صورت یک درصد از ارزش حرارت سوخت مصرف شده تولید می شود، معمولا 33 تا 48 درصد است. همانند تمام موتورهای گرما، کارایی آنها محدود است و تحت قوانین ترمودینامیک قرار دارد.سایر انواع نیروگاه ها دارای محدودیت های کارآیی مختلف هستند، اکثر نیروگاه های برق آبی در ایالات متحده حدود 90 درصد در تبدیل انرژی از آب به برق کار می کنند در حالی که بهره وری توربین بادی که توسط قانون بتز محدود شده است، به حدود 59.3 درصد میرسد .

انرژی

انرژی که در یک نیروگاه حرارتی که در تولید برق مورد استفاده قرار نمی گیرد باید به شکل گرما به محیط زیست برگردانده شود. این گرمازدایی می تواند بصورت عبور از یک کندانسور (چگال ساز) و با آب خنک کننده یا برج های خنک کننده انجام شود.اگر گرمازدایی به جای آن برای گرمایش مورد استفاده قرار گیرد، کل انرژی مورد استفاده قرار می گیرد. یک طبقه مهم از نیروگاه حرارتی با امکانات آب شیرین کن ارتباط دارد. اینها معمولا در کشورهای بیابانی که دارای منابع زیادی از گاز طبیعی هستند یافت میشوند و در این نیروگاهها، تولید آب شیرین و برق به اندازه هم مهم هستند.کارایی کارنوت به این معنا است که با افزایش دمای بخار، راندمان بالاتر می تواند به دست آید. نیروگاه های سوخت فسیلی زیر حد بحرانی میتوانند به 36-40٪ بازدهی دست یابند.طرح های فوق بحرانی در مقیاس پایین تا میانه 40٪، با طرح های جدید فوق العاده بحرانی با استفاده از فشار 4400 پیکسل (30.3 MPa) و بازده چند مرحله ای تا حدود 48٪ بهره وری را در اختیار دارد. بالاتر از نقطه بحرانی برای آب 705 درجه فارنهایت (374 درجه سانتیگراد) و 3212 psi (22.06 مگاپاسکال، انتقال فاز از آب به بخار وجود ندارد، بلکه تنها کاهش تدریجی چگالی است.در حال حاضر اکثر نیروگاه های هسته ای باید زیر دما و فشارهای کار کنند که نیروگاه های زغال سنگ کار میکنند تا بتوانند حاشیه ایمنی محافظتی را در سیستم هایی که گرما را از میله های هسته ای حذف می کنند، فراهم کنند.این، به نوبه خود، بازده ترمودینامیکی آن را به 30-32٪ محدود می کند. برخی از طرح های مربوط به راکتور پیشرفته که مورد مطالعه قرار گرفته اند، مانند راکتور با درجه حرارت بسیار بالا، راکتور پیشرفته ایی هستند که با گاز خنک می شوند و راکتور آب فوق بحرانی، در دمای و فشار مشابه نیروگاه های زغال سنگ کار می کنند و کارایی ترمودینامیکی مشابهی را تولید می کنند.

نوشته های مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *