כיצד מייצרים חשמל בתחנת כוח תרמית (CHP)

תחנות כוח תרמיות מחולקות לתחנות:

• לפי סוג מנוע ההנעה - טורבינת קיטור, טורבינת גז, עם מנועי בעירה פנימית;

• לפי סוג דלק - עם דלק אורגני מוצק (פחם, עצי הסקה, כבול), דלק נוזלי (נפט, בנזין, נפט, סולר), הפועל על גז.

בתחנות כוח תרמיות, האנרגיה של הדלק הנשרף מומרת לאנרגיה תרמית המשמשת לחימום המים בדוד ויצירת קיטור. אנרגיית קיטור מניעה טורבינת קיטור המחוברת לגנרטור.

תחנות כוח תרמיות שבהן הקיטור משמש כולו לייצור חשמל נקראות תחנות כוח עיבוי (CES). IES רב עוצמה ממוקמים ליד אזורי ייצור דלק, מרוחקים מצרכני חשמל, ולכן החשמל מועבר במתח גבוה (220 - 750 קילו וולט). תחנות כוח בנויות בבלוקים.

תחנות כוח קוגנרציה או תחנות חום וכוח משולבות (CHP) נמצאות בשימוש נרחב בערים.בתחנות כוח אלו, הקיטור שנפלט בחלקו בטורבינה משמש לצרכים טכנולוגיים, וכן לחימום ומים חמים בשירותי מגורים וקהילה. ייצור חשמל וחום בו זמנית מפחית את עלות אספקת החשמל והחום בהשוואה לייצור נפרד של חשמל וחום.

תחנות כוח תרמיות משתמשות בחום שנוצר משריפת דלקים מאובנים כגון נפט, גז, פחם או מזוט כדי להפיק כמויות גדולות של קיטור בלחץ גבוה ממים. כפי שאתה יכול לראות, הקיטור כאן, למרות שפועל כנוזל קירור מעידן מנועי הקיטור, עדיין מסוגל באופן מושלם להפוך מחולל טורבינה.

קיטור מהדוד מוזרם לטורבינה, עם פיר המחובר למחולל זרם חילופין תלת פאזי. האנרגיה המכנית של סיבוב הטורבינה מומרת לאנרגיה חשמלית של הגנרטור ומועברת לצרכנים במתח גנרטור או במתח עלייה באמצעות שנאים מדרגים.

הלחץ של הקיטור המסופק בטורבינה הוא כ-23.5 מגפ"ס, בעוד שהטמפרטורה שלו יכולה להגיע ל-560 מעלות צלזיוס. והמים משמשים בתחנת כוח תרמית בדיוק בגלל שהם מחוממים על ידי הדלק האורגני המאובנים האופייני למפעלים כאלה, שהעתודות שלהם. נמצאים במעמקי הפלנטה שלנו הם עדיין די גדולים, למרות שהם נותנים מינוס עצום בצורה של פליטות מזיקות המזהמות את הסביבה.

אז הרוטור המסתובב של הטורבינה מחובר כאן לאבזור של מחולל טורבינה בעל הספק עצום (מספר מגה וואט) שבסופו של דבר מייצר חשמל בתחנת הכוח התרמית הזו.

מבחינת יעילות אנרגטית, תחנות כוח תרמיות הן בדרך כלל כאלה שהמרת החום לחשמל מתבצעת עליהן בנצילות של כ-40%, בעוד שכמות גדולה מאוד של חום במקרה הגרוע פשוט נזרקת לסביבה. במקרה הרע - במקרה הטוב, הוא מסופק מיד לחימום ולמים החמים, אספקת המים לצרכנים הסמוכים. לפיכך, אם החום המשתחרר בתחנת כוח משמש מיד לאספקת חום, אזי היעילות של מפעל כזה מגיעה בדרך כלל ל-80%, והתחנה נקראת תחנת חום וכוח משולבת או TPP.

טורבינת הגנרטור הנפוצה ביותר של תחנת כוח תרמית מכילה על הפיר שלה מספר רב של גלגלים עם להבים מרווחים בשתי קבוצות נפרדות. הקיטור בלחץ הגבוה ביותר, זה שנפלט מהדוד, נכנס מיד לנתיב הזרימה של מערכת הגנרטור, שם הוא הופך את הסט הראשון של אימפלרים. בנוסף, אותו קיטור מחומם עוד יותר במחמם קיטור, ולאחר מכן הוא נכנס לקבוצת הגלגלים השנייה הפועלת בלחץ קיטור נמוך יותר.

כתוצאה מכך, הטורבינה, המחוברת ישירות לרוטור של הגנרטור, עושה 50 סיבובים בשנייה (השדה המגנטי של האבזור, שחוצה את פיתול הסטטור של הגנרטור, מסתובב גם הוא בתדר המקביל). למניעת התחממות יתר של הגנרטור במהלך פעולתו, לתחנה מערכת קירור לגנרטור המונעת ממנו להתחמם יתר על המידה.

מבער מותקן בתוך הדוד של תחנת כוח תרמית, שעליו נשרף הדלק ויוצר להבה בטמפרטורה גבוהה. לדוגמה, אבק פחם יכול להישרף עם חמצן.הלהבה מכסה שטח גדול של צינור בעל תצורה מורכבת עם מים העוברים דרכו, אשר בעת חימום הופכים לאדים הבורחים החוצה בלחץ גבוה.

אדי מים הזורמים החוצה בלחץ גבוה מוזנים ללהבי הטורבינה ומעבירים אליה את האנרגיה המכנית שלה. הטורבינה מסתובבת והאנרגיה המכנית מומרת לאנרגיה חשמלית. בהתגברות על מערכת להבי הטורבינה, הקיטור מופנה למעבה, שם, נופל על הצינורות עם מים קרים, הוא מתעבה, כלומר, הוא הופך שוב לנוזל - מים. תחנת כוח תרמית כזו נקראת תחנת כוח עיבוי (CES).

תחנות חום וכוח משולבות (CHP), בניגוד לתחנות כוח עיבוי (CES), מכילות מערכת להפקת חום מקיטור לאחר שעבר בטורבינה וכבר תרם לייצור חשמל.

הקיטור נלקח עם פרמטרים שונים, התלויים בסוג הטורבינה המסוימת, וגם כמות הקיטור הנלקחת מהטורבינה מווסתת. הקיטור הנלקח להפקת חום מתעבה בדודי הרשת, שם הוא נותן את האנרגיה שלו למי הרשת, והמים נשאבים לשיא דודי המים החמים ונקודות החימום. בנוסף, מוזנים מים למערכת החימום.

במידת הצורך, ניתן לכבות לחלוטין מיצוי חום מקיטור בתחנת הכוח התרמית, ואז תחנת החום והכוח המשולבת תהפוך ל-IES פשוט. כך, תחנת הכוח התרמית מסוגלת לפעול באחד משני מצבים: במצב תרמי - כאשר העדיפות היא לייצר חום, או במצב חשמלי - כאשר העדיפות היא חשמל, למשל בקיץ.