محطات توربينات البخار

محطات توربينات البخار

طريقة عمل المحطة
تسمى بمحطات توربينات البخار لإعتمادها على ضغط البخار لتحريك التوربينات وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ويتم تولد البخار داخل مولد البخار أو ما يعرف بالفرن الذي يستخدم أنواع مختلقة من الوقود كالفـحم الحجري والزيت الثقيل والديزل لتسخين الماء وإنتاج البخار تحت ضغط عال.
ينقل الوقود عبر وسائل مختلفة كالناقلات البحرية أو القطارات أو خطوط أنا بيب مخصصة من مواقع الإنتاج إلى جوار المحطة.
تتمثل معالجة الوقود وتجهيزه في تصفيته وتسخينه لتسهيل عملية الإشعال داخل الفرن نظرا لرداءة هذا النوع من الوقود الذي يستخدم لرخص ثمنه وقلة تكلفته.
تحول الطاقة الحرارية داخل الغلاية الماء إلى كميات كبيرة من البخار تحت ضغط عال.
لا تتجاوز كفاءة محطات البخار30%, وذلك نتيجة لمفاقيد الطاقة المتعددة في المراحل المختلفة من دورة البخار(أي أن أقل من ثلث طاقة المحروقات فقط تحول إلى طاقة كهربائية).
- ويتكون المولد التوربين من:
الفرن أو الغلاية:
الفرن هو عبارة عن غلاية كبيرة للماء تسمى بمولدات البخار, وتعمل على إنتاج البخار تحت ضغط عال وذلك بحرق كميات كبيرة من الوقود. تختلف الأفران باختلاف الوقود المستخدم.

توربين البخار:
يتكون التوربين من عدد كبير من الريش صممت بشكل انسيابي يسمح لها بالحركة دائريا حول محورها عند تعرضها لضغط البخار.
يمكننا التحكم بسرعة دوران التوربين والموالد بالتحكم في ضغط البخار الداخل للتوربين وذلك عبر صمام يعمل بنظام ميكانيكــي بسيط مما يجعل السرعة ثابتة في المستوي المحدد لها مهما تغير العزم.

المكــثف:
حيث يتم خفض حرارته ليصبح ماء, ثم يضخ من جديد إلى داخل الفرن لتأمين دورة البخار يعتمد المكثف على مصدر للماء البارد لخفض درجة حرارة البخار.

المولد الكهربائي:
تستخدم لتحويل القدرة الميكانيكية إلى قدرة كهربائية ويوصل كل مولد كهربائي بتوربين بخار عبر عمود لنقل الحركة ليدور بنفس السرعة و تكون هذه السرعة ثابتة ولا تتغير مع تغير الأحمال نتيجة لو جود نظام التحكم في السرعة.
يتناسب التردد تناسباً طردياً مع سرعة دوران المولد أو التربين)(كما أن لذلك علاقة بعدد أقطاب المولد .
مثلا إذا كان التردد المطلوب Hz 60 كما هو الحال عندنا بالمملكة وعدد الأقطاب في المولد 2=p كما هو الحال في أغلب المحطات الحرارية فمن الضروري أن تكون سرعة المولدات في هذه المحطات 3600 دورة في الدقيقة.
أما إذا كان عدد الأقطاب أربعة فالسرعة تكون النصف أي 1800 دورة في الدقيقة.
وتعتمد المولدات ذات القدرة المنخفضة والمتوسطة على نظام التبريد بالهواء فيما يستخدم الهيدروجين السائل في المولدات الكبيرة ذات القدرة العالية وبعض هذه المولدات تستخدم نظام مزدوج للتبريد يعتمد على الهواء والهيدروجين في نفس الوقت.

النظم المستخدمة هي:

أ-نظام التحكم في التردد والقدرة للمولد التزامني:
وذلك بالتحكم في سرعة التوريين ويتم التحكم في هذه السرعة عن طريق ضغط البخار عبر صمام مخصص لذلك.
ب- نظام التحكم في الجهد ومعامل القدرة للمولد التزامني:
يحتاج المولد إلى مصدر للتيار المستمر لتأمين المجال المغناطيسي وتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية حسب نظرية لينز، ويسمى هذا المصدر بنظام الإثارة أو المثير و يؤمن هذا النطام عملية التحكم في قيمة الجهد الكهربائي عند خرج المولد وذلك بالتحكم في قيمة تيار المجال.
ج-نظم الإثارة للمولدات التزامنية: نظام الإثارة أو المستثير وهو عبارة عن مصدر متغير للتيار المستمر يوفر للمولد تيار المجال ويمكن.
تصنيفه إلى ثلاث أنوع:
- نظام الإثارة للتيار المستمرDC Exciter
- نظام الإثارة للتيار المترددAC Exciter
- نظام الإثارة الساكن Static Exciter

إختيار موقع المحطة:
يتم اختيار موقع المحطات الحرارية بعد الأخذ في الاعتبار المعطيات الفنية والاقتصادية والبيئية وغالبا ما تشيد هذه المحطات في المواقع التي تتوفر فيها الشروط التالية:

1- توفر كميات وافرة من المياه الباردة لتبريد البخار داخل المكثف وتأمين دورة البخار.
2- توفر وسائل نقل منخفضة التكلفة لجلب الوقود إلى المحطة.
3- توفر مساحات شاسعة من الأراضي تلبي حاجة المحطة حسب الخطة الآنية والمستقبلية.
4- يكون الموقع بعيدا عن المدن لتجنيب هذه المناطق التلوث الذي يصيب البيئة نتيجة الغازات المختلفة التي تنتج عن الاحتراق كظاهرة الانحباس الحراري.

المميزات والعيوب
هناك عدة مزايا أبرزها: قدرتها العالية مقارنة مع المحطات الحرارية الأخرى كالمحطات الغازية ومحطات الديزل .
- إمكانية تشغيلها لفترات طويلة دون نوقف.
- إمكانية إنشائها قرب المستهلك في مكان تتوفر فيه المياه اللازمة ويسهل جلب الوقود إليه دون أي ارتباط بمصدر الطاقة.
- إمكانية استخدام المحطة لأغراض أخرى كتحلية المياه.
لهذه المحطات عيوب أيضا أبرزها:
- التأثيرات المباشرة وغير المباشرة على البيئة, وذلك لما تنتجه المحروقات من ثاني أكسيد الكربون CO2 إضافة إلى الغازات السامة الأخرى كثاني أكسيد الكبريت و أكسيد النيتروس

نريد شرح مفصل عن التوربينة الغازية