الثلاثاء، 21 أبريل 2020

محطات التوليد الحرارية وأنواعها

الشرح السابق:توزيع القدرة الفعالة بين المولد والشبكة العامة

 محطات التوليد الحرارية وأنواعها.

هناك أربعة أنواع رئيسية لهذه المحطات : 
   2 .المحطات الغازية البسيطة. 
   3 .المحطات الغازية المركبة. 
   4 .محطات الديزل. 

     يمكن اعتبار النوع الأول (البخارية) هو الأهم والأضخم ضمن منظومة التوليد ، أما الغازية بنوعيها (بسيطة ومركبة) فهى الأكثر انتشارا.
    و المحطة البخارية تتداخل فيها مكونات تنتمي لثلاثة أقسام (ميكانيكى وكيميائى وكهربائي) . وهذا الفصل مقسم إلى جزئين: 

    • الجزء الأول ، وفيه ندرس بالتفصيل المحطات البخارية (القسمين الميكانيكى والكيميائى فقط). 
   • الجزء الثانى ، يخصص للأنواع الثلاثة الباقية من أنواع المحطات الحرارية (الغازية البسيطة و الدورة المركبة ومحطات الديزل).

   أما القسم الكهربائي فى المحطات الكهربائية عموما فنخصص له الفصل التالى مباشرة (الثالث).

   علما بأنه يمكن تصنيف المحطات النووية على أنها محطات بخارية ، ولكن حيث أن مصدر الحرارة فيها مختلف تماما عن الأنواع السابقة لذا سنفرد لها فصلا خاصا وهو الفصل الرابع.

 محطات التوليد البخارية.

     تسمى هذه المحطات بمحطات توربينات البخار لإعتمادها على ضغط البخار لتحريك التوربينات. و تستعمل هذه المحطات أنواع ا مختلفة من الوقود حسب الأنواع المتوفرة ، مثل الفحم الحجري أو البترول السائل أو الغاز الطبيعي أو الصناعي.

   تمتاز المحطات البخارية بكبر مساحتها وكبر حجم إنتاجها (يمكن أن تنتج الوحدة الواحدة 600 ميجا وات)، و تتميز أيضا برخص تكاليفها مقارنة ب إمكاناتها الضخمة ، وعمرها الافتراضى الكبير ، كما تمتاز بإمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمر الذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة. 

  ولكن أبرز عيوبها أن تكلفة الإنشاء عالية ، وأنها تحتاج لمساحة كبيرة ، إضافة إلى بطء دخولها على الشبكة (7-5 ساعات) .

أساسيات المحطات البخارية:

   تعتمد محطات التوليد البخارية على اسـتعمال نوع الوقود المتوفر، وحرقه في أفران خاصـة لتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ، ثم اسـتعمال الطاقة الحرارية في تسـخين المياه في غاليات خاصـة (Boilers) لتحويل الماء المقطر إلى بخار في درجة حرارة وضــغط مرتفعين (تصــل درجة الحرارة إلى 540 درجة وقيمة الضــغط 160 بار) ، ثم يتم تســليط هذا البخار على ريش توربينات بخارية صــممت لهذه الغاية ، فيقوم البخار المندفع بتـدوير محور التوربينـات ، وبـذلـك تتحول الطـاقـة الحراريـة إلى طـاقـة ميكـانيكيـة على محور هـذه التوربينات.

    يربط عمود المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع عمود التوربينات البخارية فيدور الجزء الدوار فى المولد الذى يسمى ب الـ Rotor و هو الذى يحمل منظومة المجال المغناطيسي للمولد Electric - field.بنفس سـرعة دوران التربينة ، فيقطع هذا المجال ملفات الجزء الثابت (Stator ، (وبذلك تتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية .

     لا توجد فوارق أساسية بين محطات التوليد البخارية التي تســتعمل أنواعا مختلفة من الوقود إلا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود . وقد كان اسـتعمال الفحم الحجري شـــائعا في أواخر القرن الماضي وأوائل هذا القرن ، إلا أن اكتشاف واستخراج البترول ومنتجاته أحدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية ، حيث أصبح يستعمل بنسـبة تسـعين بالمئة لسهولة نقله وتخزينه وحرقه سواء كان بصورة وقود سائل أو غازي . 

   وقد يبدو غريبا أن الفحم لا يزال يسـتخدم عالميا على نطاق واسـع في توليد الكهرباء ، ففي بريطانيا يسـهم الفحم بــأكثر من الثلــث في توليــد الطــاقــة الكهربائيــة ، وتبلغ هــذه النسـبة نحو 50 % في الولايات المتحدة ، %59 في الهند ، ونحو 78 % في الصين .
   ولكن يجب ملاحظة أن السـبب فى ارتفاع نسـبة اسـتخدام الفحم فى هذه الدول تحديدا هو أن لديها احتياطيات ضـخمة جدا من الفحم.

 ملخص الدورة البخارية:

    يمكن مبدئيا متابعة هذه الدورة بصــورة مبســطة من خلال الشــكل أسفله الذى يمثل محطة فى ولاية جورجيا بأمريكا. وكما هو واضـح فى الشـكل ، فإن مصـدر الطاقة الأسـاسـية فى هذا المثال تحديدا هو الفحم ، الذى يحترق بالغلاية لإنتاج الحرارة المستخدمة فى إنتاج البخار الذى يندفع لتدوير التربينة ، التى تتصـــل بالمولد كما ذكرنا ســـابقا. ويظهر بالشـــكل بعض المكونات المســـاعدة إلتمام هـذه الـدورة مثـل المكثف الـذى يـدخـل عليـه البخـار الخـارج من التربينـة فيتكثف ويتحول لمـاء مرة أخرى لبدء دورة جديدة. كما يظهر برج التبريد الذى يســـــــتخدم فى عملية التكثيف الســـــــابقة ســـــــاحبا الماء من النهر الموجود هناك.

 اختيار مواقع المحطات البخارية :


   يتحكم في اختيار المواقع المناسبة لمحطات التوليد الحرارية عدة عوامل مؤثرة نذكر منها :
      1 .القرب من مصادر الوقود وسهولة نقله إلى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصادية . 
      2 .القرب من مصادر مياه التبريد لأن المكثف يحتاج إلى كميات كبير ة من مياه التبريد . لذلك تبنى هذه المحطات عادة على شواطئ البحار أو بالقرب من الأنهار ، كما في الصورة. 
      3 .القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائية لتوفير تكاليف إنشاء خطوط النقل . و مراكز الاستهلاك هي عادة المدن والمناطق السكنية والمجمعات التجارية والصناعية.

 كفاءة المحطات البخارية:

   العيب الرئيسى لهذه المحطات هو انخفاض كفاءتها ، ويمكن توقع أو استنتاج ذلك بطريقتين:

• الأولى من خلال دراسة مخطط المحطة والتى يلخصها الشكل أسفله ، ومنه يتضح حجم الطاقة المفقودة سواء فى الهواء الساخن الناتج عن حرق الوقود ، أو خلال المكثفات التى تسترجع البخار لحالته السائلة تمهيدا لإعادة الدورة من جديد. 
• الطريقة الثانية وذلك من خلال دراسة طبيعة الآلات الحرارية ، فالكفاءة الحرارية للمحطة تساوى :

η = (1 − (𝑇2/ 𝑇1) ) × 100

      حيث T1 درجة حرارة البخار الداخل وT2 درجة حرارة البخار الخارج (كلاهما بمقياس كلفن) ، وحيث أنه حرارة الغازات الخارجة ال يمكن أن تكون أقل من حرارة الهواء الخارجى المحيط ) لاعتبارات تخص القانون الثانى للديناميكا الحرارية) ، وحرارة الغازات الداخلة لا يمكن أن تتجاوز 550 درجة مئوية لاعتبارات تصنيعية ، فبالتعويض فى المعادلة السابقة نجد أن أعلى كفاءة نظرية لا تتجاوز %64.

- T2 = 20+273 = 293 K 
- T1 = 550 + 273 = 823 K 
- Efficiency = ((1-293/823)*100 = 64.4 %

 الأقسام الرئيسية بالمحطات البخارية:

     تعتمد فكرة توليد الكهرباء في المحطات البخارية على التكامل بين أقسام المحطة الأساسية: 
   1 .القسم الكيميائي المسـئول أسـاسـا عن تجهيز ومراقبة منظومة المياه المستخدمة فى الدورة البخارية. 
   2 .القسـم الميكانيكي المسـئول عن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية بتدوير التربينة التى ستقوم بتدوير المولد. 
   3 .القسم الكهربائي المسئول عن تحويل الطاقة الميكانيكية (الحركية) إلى طاقة كهربية. فيما يلى نشرح بالتفصيل مهمات القسمين الكيميائى والميكانيكى فى المحطات البخارية. أما الجزء الكهربائي فيدرس لاحقا بالتفصيل .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق