نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتی مطرح ترین روش برای تولید انرژی الکتریکی‌است.این واژه نیز به نیروگاه حرارتی ذغال سنگ اشاره‌دارد. قبل از رفتن به جزییات این موضوع ، باید نخست تلاش کنیم که دیاگرام این نیروگاه رادرک‌کنیم.

تئوری نیروگاه حرارتی :

تئوری نیروگاه حرارتی بسیار ساده‌است. یک نیروگاه حرارتی به صورت کلی شامل یک ژنراتور‌است که با کمک توربین بخار به حرکت درمی‌آید. بخار از طریق بویلرهای پرفشار به دست‌می‌اید.به صورت کلی ، ذغال سنگ طبیعی و ذغال سنگ قهوه ای  و یا گاز سوخت بویلرهااست. ذغال سنگ طبیعی به عنوان سوخت بویلر مورد استفاده‌قرار‌گرفته‌می‌شود که دارای 8 الی 33 درصد مواد فرار و 5 تا 16 درصد خاکستر‌است. برای بهبود بازده گرمایی ذغال به صورت پودر شده در بویلر قرارمیگیرد.

در نیروگاه‌حرارتی ذغال سنگ بخار در بویلر بخار با فشار بالا تولیدمی‌شود که این موضوع ناشی از احتراق سوخت‌است. مجدد این بخار از سوپر هیتر عبور‌می‌کند. این بخار داغ شده به توربین وارد شده و تیغه های آن را به گردش‌درمی‌آورد. توربین به صورت مکانیکی با موتور کوپل‌شده‌است و رتور با تیغه‌های توربین می‌چرخد. پس از ورود به توربین، فشار بخار ناگهان افت می‌کند و حجم مربوط به بخار افزایش‌می‌یابد. پس از اعمال انرژی به روتور توربین، بخار از تیغه های توربین عبور کرده و به کندانسور‌می‌رسد. در کندانسور ، آب سرد با کمک پمپ شروع به گردش‌می‌کند تا  بخار مرطوب با فشار پایین به مایع تبدیل‌شود. این آب خروجی سپس برای افزایش دمای آب تغذیه مورد‌استفاده‌قرارمی‌گیرد. مجدد در فشار بالا گرم‌می‌شود.

مطالب مرتبط:

نیروگاه هسته ای چیست و چگونه کار می کند

نیروگاه دیزلی

برای درک بهتر ما هر مرحله از عملکرد یک نیروگاه حرارتی را به شرح زیر ارائه‌می‌کنیم.

• ابتدا زغال سنگ پودر به کوره دیگ بخار سوخته‌است.
• بخار فشار بالا در بویلر ایجاد می‌شود.
• این بخار سپس از سوپرهیتر عبور می‌کند، جایی که آن را بیشتر گرم می‌شود.
• بخار با سرعت بالا وارد توربین می‌شود.
• در توربین این نیرو بخار تیغه توربین را چرخانده‌است که بدان معنی‌است که در اینجا در توربین انرژی ذخیره شده انرژی بخار با فشار بالا به انرژی مکانیکی تبدیل‌می‌شود.

دیاگرام تک خطی نیروگاه :

• پس از چرخش تیغه های توربین ، بخار فشار بالای خود را از دست‌می‌دهد، از تیغه های توربین عبور کرده و به چگالنده وارد می‌شود.
• در چگالنده آب سرد با کمک پمپ شروع به گردش‌می‌کند تا بتواند بخار مرطوب با فشار پایین ایجادکند.
• این آب خروجی سپس به گرمکن کم فشار تزریق‌می‌شود که در آن بخار فشار کم دمای آن آب تغذیه را افزایش می‌دهد، سپس در یک بخاری فشار بالا که در آن فشار بالا بخار برای گرم‌کردن استفاده می‌شود، دوباره حرارت‌داده‌می‌شود.
• توربین در نیروگاه حرارتی به عنوان اولین موتور مبدل کننده عمل‌می‌کند.

بررسی برق نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتی متداول به به شکل زیر نشان داده‌می‌شود :

در این چرخه آب و بخار وجوددارد. این موضوع با نام های آب تغذیه و سیکل بخار شناخته‌می‌شود. چرخه ترمودینامیکی ایده آل که عملیات یک نیروگاه حرارتی بسیار شبیه‌است، CYCLE RANKINE‌است.

در بویلر بخار ، آب با احتراق سوخت افزایش دما داده‌می‌شود و کارکرد بویلر ایجاد بخار پر حرارت در دمای دلخواه‌است. بخار تولید شده به منظور چرخش توربین مورد استفاده‌قرار‌می‌گیرد.

توربین با یک ژنراتور سنکرون کوپل‌شده‌است. بخار خروجی توربین در چگالنده به آب اجازه تراکم یافتن‌می‌دهد. مزایای اصلی عملیات خنک کننده افزایش مقدار انرژی استخراج شده در کیلوگرم بخار‌است و درنتیجه باعث افزایش کارایی‌می‌شود و همچنین میعانات گازی که در دیگ تغذیه‌می‌شود، مقدار آب تازه راکاهش‌می‌دهد.

میعانات گازی همراه با بعضی از آب های‌تغذیه تازه دوباره با یک پمپ (به نام پمپ تغذیه دیگ بخار) به دیگ بخار‌ارسال‌می‌شود. در چگالنده، بخار با آب‌خنک‌می‌شود.آب خنک کننده را از طریق برج خنک کننده بازیافت‌می‌کند. این یک مدار آب خنک کننده‌است.

هوای محیط پس از فیلتر شدن گرد و غبار اجازه ورود به دیگ بخار را به دست‌می‌اورد.

همچنین گاز دودکش از دیگ خارج‌می‌شود و از طریق پشته ها به اتمسفر‌می‌رسد. این مدار هوا و گاز دودکش را تشکیل‌می‌دهد. جریان هوا و همچنین فشار استاتیک داخل دیگ بخار (Draught) توسط دو فن با نام‌های Forced Draught (FD) fan و Induced Draught (ID) fan تشکیل‌شده‌است. طرح کل یک نیروگاه حرارتی معمولی همراه با مدارهای مختلف در زیر نشان داده‌شده‌است.

در داخل بویلر چندین مبدل دمایی وجوددارد .پیش گرم کن (Economiser) و سوپر هیتر رامی‌توان به عنوان قسمت‌های اصلی نام‌برد.

در اولیت قسمت آب تغذیه تا مقدار قابل توجهی دما داده‌می‌شود که این دماباقی مانده دمای گاز موجود در سیستم‌است.

درام بویلر گردش طبیعی یک مخلوط دو مرحله ای (بخار + آب) از طریق لوله‌های آب ایجاد‌می‌کند.

نمودار ساده‌شده‌ای از یک نیروگاه حرارتی

کارایی نیروگاه حرارتی

بهره‌وری کل نیروگاه بخار به صورت نسبت معادل گرمای خروجی الکتریکی به گرمای احتراق زغال سنگ تعریف‌می‌شود. کارایی کلی یک نیروگاه یا نیروگاه حرارتی از 20 تا 26 درصد متغیر‌است و بستگی به ظرفیت نیروگاه‌دارد.(این جدول برای نیروگاه های‌حرارتی با زغال سنگ‌می‌باشد)

موقعیت نیروگاه حرارتی

هدف نهایی از ساخت این نیروگاه کسب سود‌است. در نتیجه برای بهینه سازی سود ، موقعیت این نیروگاه بسیار پر اهمیت‌است. جایگاه نیروگاه حرارتی تاثیری اساسی در اقتصاد این نیروگاه‌دارد.

اقتصادی ترین مکان نیروگاه را می‌توان با روش گرافیکی تعیین کرد که در زیر توضیح‌داده‌شده‌است.

اقتصادی و ایده آل ترین نقطه برای این نیروگاه مرکز ثقل باراست، زیرا برای چنین نیروگاهی طول برق شبکه حداقل خواهد بود و بنابراین هزینه سرمایه کاهش‌می‌یابد.

برای توصیف این موضوع X وY را به عنوان دو عامل در نظربگیریم :

 Q₁(x₁, y₁), Q₂(x₂, y₂), Q₃(x₃, y₃), Q₄(x₄, y₄),……………………………………….and Q_n(x_n, y_n) و در آن n تعداد مراکز باراست. از شکل گرافیکی بالا می توان دریافت که بهترین جا برای نصب این نیروگاه :

خواهد‌بود. بدیهی‌است که بهترین محل نیروگاه حرارتی در مرکز  بار (CG)‌است،اما امکان انجام این موضوع برای همیشه وجودندارد. از آنجایی که اغلب CG در قلب شهرهااست باید نقاط دیگری رابه عنوان نقاط بهینه برای این موضوع یافت.

• نیروگاه تولید برق باید در بخشی ساخته شود که هزینه زمین معقول‌است.

• زمین باید‌چنین باشد که مالکیت خصوصی آن حداقل‌باشد.

• برای چگالنده حجم بالایی از آب مورد نیاز است از این رو نیروگاه بایددر اطراف منابع طبیعی آب مانند رودخانه‌ها تاسیس‌شود.
• دسترسی به مقدار زیادی سوخت در هزینه معقول یکی از معیارهای اصلی انتخاب محل نیروگاه‌است.
• نیروگاه باید در زمین مسطح احداث‌شود.
• خاک در محل تاسیس باید شرایط خاص‌داشته‌باشد.
• محل احداث نیروگاه حرارتی نباید به محدوده انبوه نزدیک باشد زیرا دود، بخار سر و صدا، بخار آب و غیره وجوددارد.
• باید شرایط توسعه آینده در آن وجود داشته‌باشد.
• محل برای انتقال خاکستر برای نیروگاه های‌حرارتی نیز باید بسیار نزدیک‌باشد.
• دودکش بالای نیروگاه نباید ترافیک هوایی را مختل‌کند.

مطالب مرتبط:

سوخت ژنراتور – چه سوخت ژنراتوري بهترین است؟

دیزل ژنراتور یا ژنراتور بنزینی

ژنراتورگاز طبیعی در مقابل ژنراتورهای دیزلی

مزایا و معایب نیروگاه حرارتی :

مزایا :

• هزینه اولیه اقتصادی نسبت به سایر نیروگاه‌ها
• نیاز به زمین کمتر در برابر نیروگاه برق آبی
• از انجایی که ذغال سوخت اصلی است ، آن از سوخت های‌دیگر ارزان‌تر‌است.
• نگه داری اسان‌تر‌است
• این نیروگاه می‌تواند در هر جایی که خطوط انتقال و آب موجود باشد احداث‌شود.

معایب:

• هزینه کار این نیروگاه ناشی از سوخت و نگه داری بالااست.
• الودگی هوای شدید که این نیروگاه را عامل پدیده گرم شدن جهانی‌کرده‌است .
• آب گرم که از نیروگاه‌های حرارتی‌می‌آید اثر منفی بر زندگی آبزیان در آب‌دارد و محیط زیست‌را مختل‌می‌کند.
• بهره وری کل نیروگاه حرارتی کمتر از 30 درصداست.