كيف تعمل محطة الطاقة الحرارية (CHP)؟ بناء محطة توليد الطاقة الحرارية المرجل على مبدأ التشغيل المشترك لمحطة توليد الطاقة والحرارة

ملخص عن الانضباط "مقدمة في الاتجاه"

أكمله الطالب ميخائيلوف د.

جامعة نوفوسيبيرسك الحكومية التقنية

نوفوسيبيرسك، 2008

مقدمة

محطة الطاقة الكهربائية هي محطة توليد كهرباء تستخدم لتحويل الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. يتم تحديد نوع محطة الطاقة في المقام الأول حسب نوع الطاقة الطبيعية. وأكثرها انتشارًا هي محطات الطاقة الحرارية (TPPs)، التي تستخدم الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز وما إلى ذلك). تولد محطات الطاقة الحرارية حوالي 76% من الكهرباء المنتجة على كوكبنا. ويرجع ذلك إلى وجود الوقود الأحفوري في جميع مناطق كوكبنا تقريباً؛ إمكانية نقل الوقود العضوي من موقع الاستخراج إلى محطة توليد الكهرباء الواقعة بالقرب من مستهلكي الطاقة؛ التقدم التقني في محطات الطاقة الحرارية، وضمان بناء محطات الطاقة الحرارية ذات الطاقة العالية؛ إمكانية الاستفادة من الحرارة المهدرة من مائع العمل وتزويدها للمستهلكين، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية وأيضاً الطاقة الحرارية (بالبخار أو الماء الساخن) وغيرها. تسمى محطات الطاقة الحرارية المخصصة لإنتاج الكهرباء فقط بمحطات طاقة التكثيف (CPP). محطات توليد الطاقة المصممة لتوليد الطاقة الكهربائية وإمداد البخار، وكذلك الماء الساخن للمستهلكين الحراريين، لديها توربينات بخارية مع استخراج البخار المتوسط أو مع الضغط الخلفي. في مثل هذه المنشآت، يتم استخدام حرارة بخار العادم جزئيًا أو حتى كليًا لإمداد الحرارة، ونتيجة لذلك يتم تقليل فقدان الحرارة بمياه التبريد. ومع ذلك، فإن حصة الطاقة البخارية المحولة إلى كهرباء، بنفس المعلمات الأولية، في المنشآت المزودة بتوربينات التدفئة أقل منها في المنشآت المزودة بتوربينات التكثيف. تسمى محطات الطاقة الحرارية، التي يستخدم فيها بخار العادم، إلى جانب توليد الكهرباء، لتوفير الحرارة، محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

مبادئ التشغيل الأساسية لمحطات الطاقة الحرارية

يوضح الشكل 1 مخططًا حراريًا نموذجيًا لوحدة تكثيف تعمل بالوقود العضوي.

الشكل 1: رسم تخطيطي حراري لمحطة الطاقة الحرارية

1 – غلاية بخارية 2 - التوربينات. 3 – مولد كهربائي. 4 - مكثف. 5 – مضخة المكثفات. 6 – سخانات الضغط المنخفض. 7 - مزيل الهواء. 8 – مضخة التغذية . 9 – سخانات الضغط العالي. 10 – مضخة الصرف .

تسمى هذه الدائرة بالدائرة ذات التسخين الزائد للبخار. كما هو معروف من دورة الديناميكا الحرارية، فإن الكفاءة الحرارية لمثل هذه الدائرة التي لها نفس المعلمات الأولية والنهائية والاختيار الصحيح لمعلمات التسخين الزائد المتوسطة تكون أعلى مما كانت عليه في دائرة بدون ارتفاع درجة حرارة وسيطة.

دعونا ننظر في مبادئ تشغيل محطات الطاقة الحرارية. يتدفق الوقود والمؤكسد، والذي عادة ما يكون عبارة عن هواء ساخن، بشكل مستمر إلى فرن الغلاية (1). الوقود المستخدم هو الفحم أو الخث أو الغاز أو الصخر الزيتي أو زيت الوقود. تستخدم معظم محطات الطاقة الحرارية في بلادنا غبار الفحم كوقود. بسبب الحرارة المتولدة نتيجة احتراق الوقود، يتم تسخين الماء الموجود في الغلاية البخارية، ويتبخر، ويتدفق البخار المشبع الناتج عبر خط البخار إلى التوربين البخاري (2). والغرض منه هو تحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية.

ترتبط جميع الأجزاء المتحركة للتوربين بشكل صارم بالعمود وتدور معه. في التوربين، يتم نقل الطاقة الحركية للنفاثات البخارية إلى الدوار على النحو التالي. يدخل البخار ذو الضغط العالي ودرجة الحرارة، والذي يحتوي على طاقة داخلية عالية، إلى فوهات (قنوات) التوربين من المرجل. يتدفق تيار من البخار بسرعة عالية، غالبًا ما تكون أعلى من سرعة الصوت، بشكل مستمر من الفوهات ويدخل إلى شفرات التوربينات المثبتة على قرص متصل بشكل صارم بالعمود. في هذه الحالة، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية لتدفق البخار إلى طاقة ميكانيكية لدوار التوربين، أو بشكل أكثر دقة، إلى طاقة ميكانيكية لدوار المولد التوربيني، حيث أن أعمدة التوربين والمولد الكهربائي (3) مترابطة. في المولد الكهربائي، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

بعد التوربين البخاري، يدخل بخار الماء، الموجود بالفعل عند ضغط ودرجة حرارة منخفضين، إلى المكثف (4). هنا، يتم تحويل البخار، بمساعدة مياه التبريد التي يتم ضخها عبر الأنابيب الموجودة داخل المكثف، إلى ماء يتم إمداده إلى مزيل الهواء (7) بواسطة مضخة مكثفة (5) من خلال سخانات متجددة (6).

يستخدم جهاز نزع الهواء لإزالة الغازات الذائبة فيه من الماء؛ في الوقت نفسه، كما هو الحال في السخانات المتجددة، يتم تسخين مياه التغذية بالبخار المأخوذ لهذا الغرض من مخرج التوربينات. يتم إجراء عملية نزع الهواء من أجل إيصال محتوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الموجود فيه إلى قيم مقبولة وبالتالي تقليل معدل التآكل في مسارات الماء والبخار.

يتم توفير الماء منزوع الهواء إلى محطة الغلاية بواسطة مضخة تغذية (8) من خلال سخانات (9). يتم تمرير مكثف بخار التسخين المتكون في السخانات (9) بشكل متتالي إلى جهاز إزالة الهواء، ويتم توفير مكثف بخار تسخين السخانات (6) بواسطة مضخة التصريف (10) إلى الخط الذي يتم من خلاله المكثفات من المكثف (4) يتدفق.

الأصعب من الناحية الفنية هو تنظيم تشغيل محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم. وفي الوقت نفسه، فإن حصة محطات الطاقة هذه في قطاع الطاقة المحلي مرتفعة (~ 30٪) ومن المخطط زيادتها.

يظهر الرسم التخطيطي التكنولوجي لمحطة الطاقة التي تعمل بالفحم في الشكل 2.

الشكل 2: الرسم التخطيطي التكنولوجي لمحطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم المسحوق

1 – عربات السكك الحديدية. 2 – أجهزة التفريغ . 3 - المستودع. 4 – الناقلات الحزامية. 5 – مصنع التكسير. 6 – مخابئ الفحم الخام. 7 – مطاحن الفحم المسحوق . 8 - فاصل. 9 - الإعصار. 10 - مخبأ لغبار الفحم. 11 - مغذيات. 12 – مروحة الطاحونة. 13 - غرفة احتراق المرجل. 14 – مروحة منفاخ. 15 – جامعي الرماد. 16- عوادم الدخان. 17 - مدخنة. 18 – سخانات الضغط المنخفض. 19 – سخانات الضغط العالي. 20 - مزيل الهواء. 21 – مضخات التغذية . 22 - التوربينات. 23 - المكثف التوربيني. 24 - مضخة المكثفات. 25 – مضخات الدورة الدموية. 26 – حسن الاستقبال . 27- تهدر جيدًا؛ 28- محل كيماويات . 29 - سخانات الشبكة. 30 - خط الأنابيب. 31 - خط تصريف المكثفات. 32 - المفاتيح الكهربائية. 33 – المضخات الغاطسة.

يتم إمداد الوقود في عربات السكك الحديدية (1) إلى أجهزة التفريغ (2)، ومن حيث يتم إرساله إلى المستودع (3) باستخدام الناقلات الحزامية (4)، ومن المستودع يتم إمداد الوقود إلى محطة التكسير (5). من الممكن تزويد محطة التكسير بالوقود مباشرة من أجهزة التفريغ. من محطة السحق، يتدفق الوقود إلى مستودعات الفحم الخام (6)، ومن هناك عبر وحدات التغذية إلى مصانع الفحم المسحوق (7). يتم نقل غبار الفحم هوائيًا من خلال فاصل (8) وإعصار (9) إلى قادوس غبار الفحم (10)، ومن هناك عن طريق وحدات التغذية (11) إلى الشعلات. يتم امتصاص الهواء من الإعصار بواسطة مروحة الطاحونة (12) ويتم إمداده إلى غرفة الاحتراق الخاصة بالغلاية (13).

تمر الغازات المتكونة أثناء الاحتراق في غرفة الاحتراق، بعد خروجها، على التوالي عبر قنوات الغاز الخاصة بتركيب الغلاية، حيث يوجد في مسخن البخار (الابتدائي والثانوي، إذا تم تنفيذ دورة مع تسخين متوسط للبخار) والماء المقتصد يعطي الحرارة لسائل العمل، وفي سخان الهواء - يتم توفيره للغلاية البخارية للهواء. بعد ذلك، في مجمعات الرماد (15)، تتم تنقية الغازات من الرماد المتطاير وإطلاقها في الغلاف الجوي من خلال المدخنة (17) بواسطة عوادم الدخان (16).

يتم غسل الخبث والرماد المتساقط تحت غرفة الاحتراق وسخان الهواء ومجمعات الرماد بالماء ويتدفق عبر القنوات إلى مضخات التعبئة (33)، التي تضخها إلى مقالب الرماد.

يتم توفير الهواء اللازم للاحتراق إلى سخانات الهواء الخاصة بغلاية البخار بواسطة مروحة منفاخ (14). يتم أخذ الهواء عادة من أعلى غرفة الغلاية و (بالنسبة للغلايات البخارية ذات السعة العالية) من خارج غرفة الغلاية.

يدخل البخار المسخن من غلاية البخار (13) إلى التوربين (22).

يتم إمداد المكثف من مكثف التوربين (23) عن طريق مضخات التكثيف (24) من خلال سخانات تجديد الضغط المنخفض (18) إلى مزيل الهواء (20)، ومن هناك عن طريق مضخات التغذية (21) من خلال سخانات الضغط العالي (19) إلى مقتصد الغلاية.

في هذا المخطط، يتم تعويض فقدان البخار والمكثفات بالمياه منزوعة المعادن كيميائيًا، والتي يتم إمدادها إلى خط المكثفات خلف مكثف التوربين.

يتم توفير مياه التبريد للمكثف من بئر الاستقبال (26) لإمدادات المياه عن طريق مضخات التدوير (25). ويتم تصريف الماء الساخن إلى بئر صرف (27) من نفس المصدر على مسافة معينة من نقطة المدخول، بما يكفي لضمان عدم اختلاط الماء الساخن مع الماء المأخوذ. توجد أجهزة المعالجة الكيميائية لمياه المكياج في الورشة الكيميائية (28).

قد توفر المخططات تركيب شبكة تدفئة صغيرة لتدفئة المناطق في محطة توليد الكهرباء والقرية المجاورة. يتم إمداد البخار إلى سخانات الشبكة (29) الخاصة بهذه المنشأة من عمليات الاستخلاص التوربينية، ويتم تفريغ المكثفات من خلال الخط (31). يتم إمداد الشبكة بالمياه إلى السخان وإخراجها منه عبر خطوط الأنابيب (30).

تتم إزالة الطاقة الكهربائية المولدة من المولد الكهربائي إلى المستهلكين الخارجيين من خلال المحولات الكهربائية المتصاعدة.

لتزويد المحركات الكهربائية وأجهزة الإضاءة وأجهزة محطة توليد الكهرباء بالكهرباء، توجد مجموعة مفاتيح كهربائية مساعدة (32).

خاتمة

يعرض الملخص المبادئ الأساسية لتشغيل محطات الطاقة الحرارية. يتم النظر في المخطط الحراري لمحطة توليد الطاقة باستخدام مثال تشغيل محطة طاقة التكثيف، بالإضافة إلى مخطط تكنولوجي باستخدام مثال محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم. يتم عرض المبادئ التكنولوجية لإنتاج الطاقة الكهربائية والحرارة.

ما هو وما هي مبادئ تشغيل محطات الطاقة الحرارية؟ التعريف العام لمثل هذه الأشياء يبدو تقريبًا كما يلي - هذه محطات توليد الطاقة التي تعالج الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. ويستخدم الوقود ذو الأصل الطبيعي أيضًا لهذه الأغراض.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية. وصف قصير

اليوم، في مثل هذه المرافق على وجه التحديد، يكون الاحتراق هو الأكثر انتشارًا والذي يطلق الطاقة الحرارية. ومهمة محطات الطاقة الحرارية هي استخدام هذه الطاقة لإنتاج الطاقة الكهربائية.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية لا يقتصر على توليد الطاقة الحرارية فحسب، بل أيضًا على إنتاجها، والتي يتم توفيرها أيضًا للمستهلكين على شكل مياه ساخنة، على سبيل المثال. وبالإضافة إلى ذلك، تولد منشآت الطاقة هذه حوالي 76% من إجمالي الكهرباء. يرجع هذا الاستخدام الواسع النطاق إلى حقيقة أن توفر الوقود الأحفوري لتشغيل المحطة مرتفع جدًا. والسبب الثاني هو أن نقل الوقود من مكان استخراجه إلى المحطة نفسها عملية بسيطة ومبسطة إلى حد ما. تم تصميم مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية بحيث يمكن استخدام الحرارة المهدرة لسائل العمل لتزويده الثانوي بالمستهلك.

فصل المحطات حسب النوع

ومن الجدير بالذكر أنه يمكن تقسيم المحطات الحرارية إلى أنواع حسب نوع الحرارة التي تنتجها. إذا كان مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية هو إنتاج الطاقة الكهربائية فقط (أي أنها لا توفر الطاقة الحرارية للمستهلك)، فإنها تسمى محطة طاقة التكثيف (CES).

المنشآت المخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية، لتزويد البخار، وكذلك إمداد المستهلك بالمياه الساخنة، تحتوي على توربينات بخارية بدلاً من توربينات التكثيف. يوجد أيضًا في عناصر المحطة هذه جهاز استخلاص بخار وسيط أو جهاز ضغط خلفي. الميزة الرئيسية ومبدأ التشغيل لهذا النوع من محطات الطاقة الحرارية (CHP) هو أن بخار النفايات يستخدم أيضًا كمصدر للحرارة ويتم توفيره للمستهلكين. وهذا يقلل من فقدان الحرارة وكمية مياه التبريد.

مبادئ التشغيل الأساسية لمحطات الطاقة الحرارية

قبل الانتقال إلى النظر في مبدأ التشغيل نفسه، من الضروري أن نفهم ما هي المحطة التي نتحدث عنها. يشتمل التصميم القياسي لهذه المرافق على نظام مثل التسخين المتوسط للبخار. إنه ضروري لأن الكفاءة الحرارية للدائرة ذات التسخين الزائد المتوسط ستكون أعلى منها في النظام الذي لا يحتوي عليها. بكلمات بسيطة، فإن مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية بمثل هذا المخطط سيكون أكثر كفاءة مع نفس المعلمات الأولية والنهائية المحددة من دونه. ومن كل هذا يمكننا أن نستنتج أن أساس تشغيل المحطة هو الوقود العضوي والهواء الساخن.

مخطط العمل

تم بناء مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية على النحو التالي. يتم تغذية مادة الوقود، وكذلك المؤكسد، الذي يلعب دوره في أغلب الأحيان عن طريق الهواء الساخن، في تدفق مستمر إلى فرن الغلاية. يمكن أن تعمل مواد مثل الفحم والنفط وزيت الوقود والغاز والصخر الزيتي والجفت كوقود. إذا كنا نتحدث عن الوقود الأكثر شيوعا على أراضي الاتحاد الروسي، فهو غبار الفحم. علاوة على ذلك، تم إنشاء مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية بحيث تقوم الحرارة الناتجة عن حرق الوقود بتسخين الماء في المراجل البخارية. ونتيجة للتسخين، يتحول السائل إلى بخار مشبع، والذي يدخل إلى التوربين البخاري من خلال مخرج البخار. الغرض الرئيسي من هذا الجهاز في المحطة هو تحويل طاقة البخار الوارد إلى طاقة ميكانيكية.

ترتبط جميع عناصر التوربين التي يمكن أن تتحرك بشكل وثيق بالعمود، ونتيجة لذلك تدور كآلية واحدة. ولجعل العمود يدور، تنقل التوربينة البخارية الطاقة الحركية للبخار إلى الدوار.

الجزء الميكانيكي للمحطة

يرتبط تصميم ومبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية في الجزء الميكانيكي بتشغيل الدوار. البخار الذي يأتي من التوربين لديه ضغط ودرجة حرارة عالية جدًا. ولهذا السبب، يتم إنشاء طاقة داخلية عالية من البخار، والتي تتدفق من المرجل إلى فوهات التوربينات. تعمل نفاثات البخار، التي تمر عبر الفوهة بتدفق مستمر، وبسرعة عالية، والتي غالبًا ما تكون أعلى من سرعة الصوت، على شفرات التوربينات. يتم تثبيت هذه العناصر بشكل صارم على القرص، والذي بدوره يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالعمود. في هذا الوقت، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية للبخار إلى طاقة ميكانيكية للتوربينات الدوارة. إذا تحدثنا بشكل أكثر دقة عن مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية، فإن التأثير الميكانيكي يؤثر على دوار المولد التوربيني. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عمود الدوار التقليدي والمولد مرتبطان بإحكام ببعضهما البعض. ثم هناك عملية معروفة وبسيطة ومفهومة إلى حد ما لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في جهاز مثل المولد.

حركة البخار بعد الدوار

بعد أن يمر بخار الماء بالتوربين، ينخفض ضغطه ودرجة حرارته بشكل ملحوظ، ويدخل إلى الجزء التالي من المحطة - المكثف. داخل هذا العنصر، يتم تحويل البخار مرة أخرى إلى سائل. وللقيام بهذه المهمة يوجد داخل المكثف ماء تبريد يتم إمداده هناك من خلال أنابيب تجري داخل جدران الجهاز. بعد تحويل البخار مرة أخرى إلى ماء، يتم ضخه بواسطة مضخة مكثفة ويدخل إلى الحجرة التالية - جهاز إزالة الهواء. ومن المهم أيضًا ملاحظة أن المياه التي يتم ضخها تمر عبر سخانات متجددة.

وتتمثل المهمة الرئيسية لجهاز نزع الهواء في إزالة الغازات من المياه الواردة. بالتزامن مع عملية التنظيف، يتم تسخين السائل بنفس الطريقة كما في السخانات المتجددة. وتستخدم لهذا الغرض حرارة البخار المأخوذ مما يدخل إلى التوربين. الغرض الرئيسي من عملية نزع الهواء هو تقليل محتوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في السائل إلى قيم مقبولة. وهذا يساعد على تقليل معدل التآكل على المسارات التي يتم من خلالها إمداد الماء والبخار.

محطات الفحم

هناك اعتماد كبير لمبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية على نوع الوقود المستخدم. من وجهة نظر تكنولوجية، فإن المادة الأكثر صعوبة في التنفيذ هي الفحم. وعلى الرغم من ذلك، فإن المواد الخام هي المصدر الرئيسي للطاقة في هذه المرافق، والتي يبلغ عددها حوالي 30% من إجمالي حصة المحطات. بالإضافة إلى ذلك، من المخطط زيادة عدد هذه الكائنات. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن عدد الأجزاء الوظيفية المطلوبة لتشغيل المحطة أكبر بكثير من الأنواع الأخرى.

كيف تعمل محطات الطاقة الحرارية بوقود الفحم؟

ولكي تعمل المحطة بشكل مستمر، يتم جلب الفحم باستمرار على طول خطوط السكك الحديدية، ويتم تفريغه باستخدام أجهزة تفريغ خاصة. ثم هناك عناصر مثل التي يتم من خلالها توفير الفحم المفرغ إلى المستودع. بعد ذلك، يدخل الوقود إلى محطة التكسير. إذا لزم الأمر، فمن الممكن تجاوز عملية تسليم الفحم إلى المستودع ونقله مباشرة إلى الكسارات من أجهزة التفريغ. بعد اجتياز هذه المرحلة، تدخل المواد الخام المسحوقة إلى مستودع الفحم الخام. والخطوة التالية هي توريد المواد من خلال مغذيات لمطاحن الفحم المسحوق. بعد ذلك، يتم تغذية غبار الفحم، باستخدام طريقة النقل الهوائي، إلى مخبأ غبار الفحم. على طول هذا المسار، تتجاوز المادة عناصر مثل الفاصل والإعصار، ومن القادوس تتدفق بالفعل عبر وحدات التغذية مباشرة إلى الشعلات. يتم امتصاص الهواء الذي يمر عبر الإعصار بواسطة مروحة الطاحونة ثم يتم تغذيته في غرفة الاحتراق بالغلاية.

علاوة على ذلك، تبدو حركة الغاز تقريبًا كما يلي. تمر المادة المتطايرة المتكونة في غرفة غلاية الاحتراق بالتتابع عبر أجهزة مثل قنوات الغاز في محطة الغلاية، ثم، في حالة استخدام نظام إعادة التسخين بالبخار، يتم توفير الغاز إلى جهاز التسخين الأساسي والثانوي. في هذه الحجرة، وكذلك في موفر الماء، يتخلى الغاز عن حرارته لتسخين سائل التشغيل. بعد ذلك، يتم تثبيت عنصر يسمى سخان الهواء. هنا يتم استخدام الطاقة الحرارية للغاز لتسخين الهواء الوارد. وبعد المرور عبر كل هذه العناصر، تمر المادة المتطايرة إلى مجمع الرماد، حيث يتم تنظيفه من الرماد. بعد ذلك، تقوم مضخات الدخان بسحب الغاز إلى الخارج وإطلاقه في الغلاف الجوي باستخدام أنبوب غاز.

محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية

في كثير من الأحيان يُطرح السؤال حول ما هو مشترك بين محطات الطاقة الحرارية وما إذا كانت هناك أوجه تشابه في مبادئ تشغيل محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية.

إذا تحدثنا عن أوجه التشابه بينهما، فهناك العديد منها. أولاً، تم بناء كلاهما بطريقة تجعلهما يستخدمان في عملهما موردًا طبيعيًا أحفوريًا ومفرزًا. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الإشارة إلى أن كلا الجسمين يهدفان إلى توليد ليس فقط الطاقة الكهربائية، ولكن أيضا الطاقة الحرارية. تكمن أوجه التشابه في مبادئ التشغيل أيضًا في حقيقة أن محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية تحتوي على توربينات ومولدات بخار تشارك في عملية التشغيل. علاوة على ذلك لا يوجد سوى بعض الاختلافات. وتشمل هذه حقيقة أن تكلفة البناء والكهرباء التي يتم الحصول عليها من محطات الطاقة الحرارية، على سبيل المثال، أقل بكثير من محطات الطاقة النووية. لكن من ناحية أخرى فإن محطات الطاقة النووية لا تلوث الغلاف الجوي طالما يتم التخلص من النفايات بشكل صحيح وعدم وقوع أي حوادث. في حين أن محطات الطاقة الحرارية، بسبب مبدأ تشغيلها، تنبعث منها باستمرار مواد ضارة في الغلاف الجوي.

وهنا يكمن الاختلاف الرئيسي في تشغيل محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية. إذا كانت الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود يتم تحويلها في أغلب الأحيان في المنشآت الحرارية إلى ماء أو تحويلها إلى بخار، فإن الطاقة في محطات الطاقة النووية تؤخذ من انشطار ذرات اليورانيوم. تُستخدم الطاقة الناتجة لتسخين مجموعة متنوعة من المواد، ونادرًا ما يتم استخدام الماء هنا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن جميع المواد موجودة في دوائر مغلقة ومغلقة.

التدفئة المركزية

في بعض محطات الطاقة الحرارية، قد يتضمن تصميمها نظامًا يتعامل مع تدفئة محطة الطاقة نفسها، بالإضافة إلى القرية المجاورة، إذا كان هناك واحدة. إلى سخانات الشبكة لهذا التثبيت، يتم أخذ البخار من التوربينات، وهناك أيضا خط خاص لإزالة المكثفات. يتم توفير المياه وتصريفها من خلال نظام خطوط أنابيب خاص. تتم إزالة الطاقة الكهربائية التي سيتم توليدها بهذه الطريقة من المولد الكهربائي ونقلها إلى المستهلك، مروراً بمحولات تصاعدية.

المعدات الأساسية

إذا تحدثنا عن العناصر الرئيسية التي تعمل في محطات الطاقة الحرارية، فهي غرف الغلايات، وكذلك وحدات التوربينات المقترنة بمولد كهربائي ومكثف. والفرق الرئيسي بين المعدات الرئيسية والمعدات الإضافية هو أن لها معايير قياسية من حيث الطاقة والإنتاجية ومعلمات البخار وكذلك الجهد والتيار وما إلى ذلك. ويمكن أيضًا ملاحظة أن نوع وعدد العناصر الرئيسية يتم اختيارها اعتمادًا على مقدار الطاقة التي يجب الحصول عليها من محطة طاقة حرارية واحدة، بالإضافة إلى وضع التشغيل الخاص بها. يمكن أن تساعد الرسوم المتحركة لمبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية في فهم هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.

CHP هي محطة طاقة حرارية لا تنتج الكهرباء فحسب، بل توفر أيضًا الحرارة لمنازلنا في الشتاء. باستخدام مثال محطة كراسنويارسك للطاقة الحرارية، دعونا نرى كيف تعمل أي محطة للطاقة الحرارية تقريبًا.

توجد 3 محطات للطاقة الحرارية في كراسنويارسك، يبلغ إجمالي الطاقة الكهربائية فيها 1146 ميجاوات فقط (للمقارنة، تبلغ قدرة محطة Novosibirsk CHPP 5 وحدها 1200 ميجاوات)، ولكن ما كان رائعًا بالنسبة لي هو Krasnoyarsk CHPP-3 لأن المحطة جديدة - ولم يمر حتى عام واحد، حيث تم اعتماد وحدة الطاقة الأولى والوحيدة حتى الآن من قبل مشغل النظام ووضعها في التشغيل التجاري. لذلك، تمكنت من تصوير المحطة الجميلة التي لا تزال مليئة بالأتربة ومعرفة الكثير عن محطة الطاقة الحرارية.

في هذا المنشور، بالإضافة إلى المعلومات الفنية حول KrasTPP-3، أريد الكشف عن مبدأ تشغيل أي محطة حرارية وتوليد مشتركة تقريبًا.

1. ثلاث مداخن ارتفاع العليا 275 م والثانية 180 م

يشير اختصار CHP نفسه إلى أن المحطة لا تولد الكهرباء فحسب، بل تولد أيضًا الحرارة (الماء الساخن والتدفئة)، وقد يكون توليد الحرارة أولوية أعلى في بلدنا المعروف بفصول الشتاء القاسية.

2. تبلغ القدرة الكهربائية المركبة لمحطة كراسنويارسك CHPP-3 208 ميجاوات، والقدرة الحرارية المركبة 631.5 جيجا كالوري/ساعة

وبطريقة مبسطة يمكن وصف مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية على النحو التالي:

كل شيء يبدأ بالوقود. يمكن استخدام الفحم والغاز والخث والصخر الزيتي كوقود في محطات الطاقة المختلفة. في حالتنا، هذا هو الفحم البني B2 من منجم بورودينو المفتوح، الواقع على بعد 162 كم من المحطة. يتم نقل الفحم عن طريق السكك الحديدية. يتم تخزين جزء منه، والجزء الآخر يذهب عبر الناقلات إلى وحدة الطاقة، حيث يتم سحق الفحم نفسه أولاً إلى الغبار ثم يتم تغذيته في غرفة الاحتراق - غلاية البخار.

غلاية البخار هي وحدة لإنتاج البخار عند ضغط أعلى من الضغط الجوي من مياه التغذية التي يتم توفيرها لها بشكل مستمر. يحدث هذا بسبب الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود. تبدو الغلاية نفسها مثيرة للإعجاب للغاية. في KrasCHETS-3، يبلغ ارتفاع المرجل 78 مترًا (مبنى مكون من 26 طابقًا)، ويزن أكثر من 7000 طن.

6. غلاية بخارية ماركة Ep-670، مصنعة في تاغونروغ. قدرة الغلاية 670 طن بخار في الساعة

لقد استعرت رسمًا تخطيطيًا مبسطًا للغلاية البخارية لمحطة توليد الكهرباء من موقع الويب energoworld.ru حتى تتمكن من فهم هيكلها

1 - غرفة الاحتراق (الفرن)؛ 2 - قناة الغاز الأفقية. 3 - رمح الحمل الحراري. 4 - شاشات الاحتراق. 5 - شاشات السقف. 6 - أنابيب الصرف. 7 - طبل. 8 – مسخن الحمل الحراري الإشعاعي. 9 - مسخن الحمل الحراري. 10 - موفر المياه. 11 — سخان الهواء. 12 - مروحة منفاخ. 13 - مجمعات الشاشة السفلية؛ 14 - خزانة ذات أدراج الخبث. 15 - التاج البارد. 16- الشعلات. لا يُظهر الرسم التخطيطي مجمع الرماد و عادم الدخان.

7. وجهة نظر من فوق

10. أسطوانة الغلاية مرئية بوضوح. الأسطوانة عبارة عن وعاء أفقي أسطواني يحتوي على كميات من الماء والبخار، ويفصل بينها سطح يسمى مرآة التبخر.

نظرًا لإنتاج البخار العالي، فقد طورت الغلاية أسطح تسخين، سواء تبخرية أو شديدة الحرارة. صندوق الاحتراق الخاص به منشوري ورباعي الزوايا مع دوران طبيعي.

بضع كلمات حول مبدأ تشغيل المرجل:

يدخل ماء التغذية إلى الأسطوانة، ويمر عبر المقتصد، وينزل عبر أنابيب الصرف إلى المجمعات السفلية لشبكات الأنابيب، ومن خلال هذه الأنابيب يرتفع الماء، وبالتالي يسخن، حيث تحترق الشعلة داخل صندوق الاحتراق. يتحول الماء إلى خليط من الماء والبخار، ويذهب جزء منه إلى الأعاصير البعيدة والجزء الآخر يعود إلى البرميل. وفي كلتا الحالتين ينقسم هذا الخليط إلى ماء وبخار. يذهب البخار إلى أجهزة التسخين الفائقة، ويكرر الماء مساره.

11. تخرج غازات المداخن المبردة (حوالي 130 درجة) من الفرن إلى مرسبات كهربائية. في المرسبات الكهربائية، تتم تنقية الغازات من الرماد، ويتم إزالة الرماد إلى مكب الرماد، وتتسرب غازات المداخن المنقاة إلى الغلاف الجوي. الدرجة الفعالة لتنقية غاز المداخن هي 99.7%.
تظهر الصورة نفس المرسبات الكهروستاتيكية.

يمر البخار عبر سخانات فائقة، ويتم تسخينه إلى درجة حرارة 545 درجة ويدخل إلى التوربين، حيث يدور دوار مولد التوربين تحت ضغطه، وبالتالي يتم توليد الكهرباء. وتجدر الإشارة إلى أنه في محطات توليد الطاقة التكثيفية (GRES) يكون نظام تدوير المياه مغلقًا تمامًا. يتم تبريد وتكثيف كل البخار الذي يمر عبر التوربين. وبعد تحول الماء إلى الحالة السائلة مرة أخرى، يتم إعادة استخدامه. ولكن في توربينات محطة الطاقة الحرارية، لا يدخل كل البخار إلى المكثف. يتم استخراج البخار - الإنتاج (استخدام البخار الساخن في أي إنتاج) والتدفئة (شبكة إمدادات الماء الساخن). وهذا يجعل حزب الشعب الجمهوري أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية، ولكن له عيوبه. عيب محطات الحرارة والطاقة المشتركة هو أنه يجب بناؤها بالقرب من المستخدم النهائي. إن وضع أنابيب التدفئة يكلف الكثير من المال.

12. يستخدم Krasnoyarsk CHPP-3 نظام إمداد المياه الفني بالتدفق المباشر، مما يجعل من الممكن التخلي عن استخدام أبراج التبريد. أي أن الماء المستخدم لتبريد المكثف والمستخدم في الغلاية يتم أخذه مباشرة من نهر ينيسي، ولكن قبل ذلك يخضع للتنقية وتحلية المياه. بعد الاستخدام، يتم إرجاع المياه عبر القناة إلى نهر ينيسي، مروراً بنظام إطلاق تبديدي (خلط الماء الساخن بالماء البارد من أجل تقليل التلوث الحراري للنهر)

14. مولد توربيني

آمل أن أتمكن من وصف مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية بوضوح. الآن القليل عن KrasTPP-3 نفسه.

بدأ بناء المحطة في عام 1981، ولكن، كما يحدث في روسيا، بسبب انهيار الاتحاد السوفييتي والأزمات، لم يكن من الممكن بناء محطة للطاقة الحرارية في الوقت المحدد. ومن عام 1992 إلى عام 2012، عملت المحطة كمرجل للغلايات - حيث كانت تقوم بتسخين المياه، لكنها تعلمت توليد الكهرباء فقط في الأول من مارس من العام الماضي.

ينتمي Krasnoyarsk CHPP-3 إلى Yenisei TGC-13. توظف محطة الطاقة الحرارية حوالي 560 شخصًا. حاليًا، توفر Krasnoyarsk CHPP-3 إمدادات الحرارة للمؤسسات الصناعية والقطاع السكني والمجتمعي في منطقة سوفيتسكي في كراسنويارسك - على وجه الخصوص، مناطق سيفيرني وفزليوتكا وبوكروفسكي وإينوكنتيفسكي الصغيرة.

17.

19. وحدة المعالجة المركزية

20. توجد أيضًا 4 غلايات للمياه الساخنة في KrasTPP-3

21. ثقب الباب في صندوق الاحتراق

23. وهذه الصورة مأخوذة من سطح وحدة الطاقة. يبلغ ارتفاع الأنبوب الكبير 180 مترًا، أما الأنبوب الأصغر فهو أنبوب غرفة غلاية البداية.

24. محولات

25. يتم استخدام مجموعة المفاتيح الكهربائية المغلقة المعزولة بالغاز بجهد 220 كيلو فولت (GRUE) كمجموعة مفاتيح كهربائية في KrasTPP-3.

26. داخل المبنى

28. منظر عام للمفاتيح الكهربائية

29. هذا كل شئ. شكرًا لكم على اهتمامكم

الأول يولد الطاقة الحرارية والكهربائية، والثاني - الكهرباء فقط. في كلتا الحالتين، نحن نتحدث عن محطات الطاقة الحرارية، والاختلافات بينهما كبيرة، ولكنها ليست أساسية - في نظام الطاقة الموحد لروسيا هناك محطات طاقة حرارية تعمل في وضع التكثيف، ومحطات توليد الكهرباء في المناطق الحكومية، "تم تخفيض رتبتها" إلى محطات التدفئة.

أي محطة توليد كهرباء عبارة عن مجمع من المعدات التي تنظم تحويل الطاقة من مصدر معين (طبيعي عادة) إلى طاقة كهربائية وحرارية. في الطاقة الكهرومائية، هذا المصدر هو الماء، وفي الطاقة النووية هو اليورانيوم، وفي محطات الطاقة الحرارية (TPPs) يتم استخدام مجموعة واسعة من العناصر (من الغاز والفحم والمنتجات النفطية إلى الوقود الحيوي والجفت وآبار الطاقة الحرارية الأرضية). في روسيا، يتم توفير حوالي 70٪ من توليد الكهرباء عن طريق محطات الطاقة الحرارية.

يتم استخدام اختصارين كتسميات شائعة لمحطات الطاقة الحرارية - GRES وCHPP. بالنسبة للأشخاص العاديين، غالبًا ما تكون هذه الأمور غير واضحة، ويتم الخلط بين الأولى أيضًا ومحطات الطاقة الكهرومائية، على الرغم من أن هذه أنواع مختلفة بشكل عام من التوليد. تعمل محطة الطاقة الكهرومائية باستخدام تدفق المياه، وتسد سدودها الأنهار لهذا الغرض (ولكن هناك استثناءات)، وتعمل محطة توليد الطاقة في منطقة الولاية باستخدام البخار، على الرغم من أن مثل هذه المحطة قد يكون لها خزان خاص بها. ومع ذلك، فإن محطات الطاقة الحرارية، التي، مثل محطات الطاقة الكهرومائية، تحتاج بشدة إلى الماء، قادرة على العمل بفعالية حتى بعيدًا عن الأنهار والخزانات - في هذه الحالة، عادةً ما يتم بناء أبراج التبريد عليها، وهي واحدة من أكثر الأبراج الضخمة والملفتة للنظر (بعد المداخن) العناصر الفنية في الطاقة الحرارية. خاصة في فصل الشتاء.

الشيء الرئيسي هو الكهرباء

إن تسمية "GRES" هي من بقايا المشروع الصناعي السوفييتي العملاق، والذي في مرحلته الأولية، في إطار خطة GOELRO، تم حل مهمة القضاء على النقص في الطاقة الكهربائية في المقام الأول. إنها ببساطة تعني "محطة الطاقة الإقليمية التابعة للدولة". في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، كانت تسمى المناطق الجمعيات الإقليمية (الصناعة مع السكان)، والتي يمكن تنظيم إمدادات الطاقة الموحدة. وفي نقاط جغرافية رئيسية، عادة بالقرب من رواسب كبيرة من المواد الخام التي يمكن استخدامها كوقود، تم تركيب محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية. ومع ذلك، يمكن توفير الغاز لهذه المحطات عبر خطوط الأنابيب، كما يمكن توصيل الفحم وزيت الوقود وأنواع الوقود الأخرى عن طريق السكك الحديدية. وإلى محطة توليد الكهرباء في منطقة بيريزوفسكايا الحكومية التابعة لشركة يونيبرو في كراسنويارسك شاريبوفو، يصل الفحم بشكل عام عبر ناقل يبلغ طوله 14 كيلومترًا.

في الفهم الحديث، محطة توليد الكهرباء في منطقة الولاية هي محطة طاقة مكثفة (CPS)، وهي قوية جدًا مقارنة بمحطة الطاقة الحرارية. بعد كل شيء، فإن المهمة الرئيسية لهذه المحطة هي توليد الكهرباء، وفي الوضع الأساسي (أي بالتساوي طوال اليوم أو الشهر أو السنة).

ولذلك، فإن محطات توليد الكهرباء في مناطق الولاية، كقاعدة عامة، تقع بعيدا عن المدن الكبيرة - بفضل خطوط الكهرباء، تعمل مرافق التوليد هذه على نظام الطاقة بأكمله. وحتى بالنسبة للتصدير - مثل، على سبيل المثال، محطة توليد الكهرباء في مقاطعة جوسينوزيرسكايا الحكومية في بورياتيا، والتي قدمت منذ إطلاقها في عام 1976 نصيب الأسد من الإمدادات إلى منغوليا. والقيام بدور «الاحتياطي الساخن» لهذا البلد.

ومن المثير للاهتمام أنه ليست كل المحطات التي تحمل اختصار "GRES" في أسمائها هي محطات مكثفة؛ ويعمل بعضها كمحطات للطاقة الحرارية لفترة طويلة. على سبيل المثال، محطة توليد الكهرباء في مقاطعة كيميروفو التابعة لشركة توليد سيبيريا (SGK). "في الأصل، في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت تنتج الكهرباء فقط. علاوة على ذلك، كان النقص في الطاقة كبيرًا في ذلك الوقت. ولكن عندما نشأت مدينة كيميروفو حول المحطة، ظهر سؤال آخر - كيفية تسخين المناطق السكنية؟ ثم تم إعادة استخدام المحطة لتصبح محطة كلاسيكية مشتركة للحرارة والكهرباء، ولم يتبق سوى اسمها التاريخي - GRES. حتى يتمكن الموظف من القول بكل فخر: "أنا أعمل في محطة توليد الكهرباء بالمنطقة الحكومية!" يوضح أليكسي كوتيريف لـ Oxygen.LIFE SGK أن استهلاك الفحم للكهرباء والحرارة في المحطة اليوم يتراوح بين 50 إلى 50.

في الوقت نفسه، في محطات توليد الطاقة الأخرى في مناطق الولاية التي تعد جزءًا من SGC - على سبيل المثال، في Tom-Usinskaya (1345.4 ميجاوات) وبيلوفسكايا (1260 ميجاوات) في كوزباس، وكذلك في نزاروفسكايا (1308 ميجاوات) في كراسنويارسك الإقليم - 97% من الفحم المحروق مخصص لتوليد الكهرباء. و3% فقط تذهب لتوليد الحرارة. والصورة هي نفسها، مع استثناءات نادرة - في أي محطة كهرباء أخرى في الولاية تقريبًا.

أليكسي كوتيريف

رئيس قسم عمليات محطات الطاقة الحرارية فرع كوزباس

أكبر محطة للطاقة الحرارية في روسيا والمحطة الحرارية الثالثة في العالم هي Surgutskaya SDPP-2 (جزء من Unipro) - تبلغ قدرتها 5657.1 ميجاوات (فقط محطتان للطاقة الكهرومائية في بلدنا، Sayano-Shushenskaya وKrasnoyarsk، أكثر قوة) ). مع عامل قدرة لائق إلى حد ما يزيد عن 64.5٪، أنتجت هذه المحطة ما يقرب من 32 مليار كيلووات ساعة من الطاقة الكهربائية في عام 2017. تعمل محطة الطاقة هذه بالنفط والغاز الطبيعي المصاحب. أكبر محطة كهرباء في البلاد تعمل بالوقود الصلب (الفحم) هي ريفتينسكايا - وتقع على بعد 100 كم من يكاترينبرج. 3.8 جيجاوات من الطاقة الكهربائية تسمح بتوليد كميات تغطي 40% من احتياجات منطقة سفيردلوفسك بأكملها. يستخدم فحم إيكيباستوز كوقود رئيسي في المحطة.

الأولوية هي الدفء

تعد محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP) نوعًا آخر من محطات الطاقة الحرارية، ولكنها ليست محطة تكثيف، ولكنها محطة تدفئة.تنتج محطات CHP الحرارة بشكل أساسي - في شكل بخار معالجة وماء ساخن (بما في ذلك إمدادات المياه الساخنة وتدفئة المنشآت السكنية والصناعية). لذلك، تعد محطات الطاقة الحرارية المشتركة عنصرًا أساسيًا في أنظمة الإمداد الحراري المركزية في المدن، من حيث مستوى الاختراق الذي تعد روسيا واحدة من رواد العالم فيه. تعد محطات الطاقة الحرارية المتوسطة والصغيرة أيضًا بمثابة أقمار صناعية لا غنى عنها للمؤسسات الصناعية الكبيرة. السمة الرئيسية لـ CHP هي التوليد المشترك للطاقة: الإنتاج المتزامن للحرارة والكهرباء. يعد هذا أكثر كفاءة وأكثر ربحية من توليد الكهرباء فقط (كما هو الحال في محطات توليد الطاقة بالولاية) أو الحرارة فقط (كما هو الحال في بيوت الغلايات)، على سبيل المثال. ولهذا السبب اعتمد اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في وقت من الأوقات على التطور الواسع النطاق لتدفئة المناطق.

الفرق الأساسي بين محطات الطاقة الحرارية ومحطات توليد الطاقة في المناطق الحكومية، على الرغم من أن جميعها عبارة عن محطات توليد طاقة توربينات غلايات وتوربينات بخارية - أنواع مختلفة من التوربينات. يتم تركيب توربينات التوليد المشترك للطاقة من النوع "T" في محطات الطاقة الحرارية، والفرق بينها وبين توربينات التكثيف من النوع "K" (التي تعمل في محطات توليد الطاقة بالولاية) هو وجود استخراج بخار متحكم فيه. بعد ذلك، يتم إرساله، على سبيل المثال، إلى شبكة سخانات المياه، من حيث يذهب إلى مشعات الشقة أو صنابير الماء الساخن. تاريخيا، الأكثر انتشارا في بلدنا هي توربينات T-100، ما يسمى "المئات". لكن توربينات الضغط الخلفي من النوع "P" تعمل أيضًا في محطات الطاقة الحرارية، التي تنتج بخارًا صناعيًا (لا تحتوي على مكثف، ويذهب البخار، بعد توليد الكهرباء في جزء التدفق، مباشرة إلى المستهلك الصناعي). هناك أيضًا توربينات من النوع "PT"، والتي يمكن أن تعمل في كل من الصناعة وتدفئة المناطق.

في التوربينات من النوع "K"، تنتهي عملية تمدد البخار في مسار التدفق بتكثيفه (مما يجعل من الممكن الحصول على طاقة أكبر في تركيب واحد - ما يصل إلى 1.6 جيجاوات أو أكثر).

أليكسي كوتيريف

رئيس قسم عمليات محطات الطاقة الحرارية فرع كوزباس

"بالنسبة لمحطات الطاقة الحرارية، تعد الكهرباء، على عكس محطات توليد الطاقة في المناطق التابعة للدولة، منتجًا ثانويًا؛ تعمل مثل هذه المحطات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وروسيا في المقام الأول على تسخين المبرد - وتوليد الحرارة، والتي تذهب بعد ذلك إلى المباني السكنية أو المؤسسات الصناعية في شكل من البخار. وكمية الكهرباء التي سيتم إنتاجها في النهاية ليست مهمة جدًا. ومن المهم توفير السعرات الحرارية اللازمة حتى يشعر المستهلكون، وخاصة السكان، بالراحة.

خلال موسم التدفئة، تعمل محطات CHP وفقًا لما يسمى "الجدول الحراري" - حيث تحافظ على درجة حرارة مياه الشبكة بشكل رئيسي اعتمادًا على درجة حرارة الهواء الخارجي. في هذا الوضع، يمكن لمحطات الطاقة والحرارة المشتركة (CHP) أيضًا أن تحمل الحمل الأساسي من الكهرباء، مما يدل، بالمناسبة، على عوامل استخدام القدرة المركبة العالية جدًا (IUR). وفقًا للجدول الكهربائي، تعمل محطات الطاقة والحرارة والحرارة عادة في الأشهر الدافئة من العام، عندما يتم إيقاف إنتاج التدفئة من التوربينات. تعمل محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية حصريًا وفقًا لجدول كهربائي.

ليس من الصعب تخمين أن محطات الطاقة الحرارية في روسيا أكبر بكثير من محطات الطاقة الإقليمية الحكومية - وكلها، كقاعدة عامة، تختلف بشكل كبير في الطاقة. هناك أيضًا مجموعة كبيرة ومتنوعة من الخيارات لعملهم. تعمل بعض محطات توليد الطاقة الكهربائية CHPP، على سبيل المثال، كمحطات توليد كهرباء في المناطق الحكومية - مثل CHPP-10 التابعة لشركة Irkutskenergo. ويعمل البعض الآخر بشكل وثيق مع المؤسسات الصناعية - وبالتالي لا يقللون من طاقتهم حتى في فصل الصيف. على سبيل المثال، تقوم Kazan CHPP-3 TGK-16 بتزويد البخار لشركة الصناعة الكيميائية العملاقة Kazanorgsintez (كلا الشركتين جزء من مجموعة TAIF). وتقوم محطة Novo-Kemerovskaya CHPP التابعة لـ SGK بتوليد البخار لتلبية احتياجات KAO Azot. توفر بعض المحطات الحرارة والمياه الساخنة في المقام الأول للسكان - على سبيل المثال، توقفت جميع محطات الطاقة الحرارية الأربع في نوفوسيبيرسك عمليا عن إنتاج البخار العملي منذ التسعينيات.

ويحدث أن محطات الحرارة والطاقة مجتمعة لا تنتج الطاقة الكهربائية على الإطلاق - على الرغم من أنها أصبحت الآن أقلية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه، على عكس الجيجا كالوري، التي يتم تنظيم تكلفتها بشكل صارم من قبل الدولة، فإن الكيلووات في روسيا هي منتج سوقي. في ظل هذه الظروف، حاولت حتى محطات الطاقة الحرارية التي لم تكن تعمل من قبل في سوق الكهرباء بالجملة والقدرة أن تدخلها. في هيكل SGC، على سبيل المثال، ذهب Krasnoyarsk CHPP-3 بهذه الطريقة، والذي كان حتى مارس 2012 ينتج الطاقة الحرارية فقط. ولكن في الأول من مارس من ذلك العام، تم تشغيل أول وحدة طاقة تعمل بالفحم في روسيا بقدرة 208 ميجاوات، والتي تم بناؤها بموجب وكالة الفضاء الكندية. ومنذ ذلك الحين، أصبحت هذه المحطة بشكل عام محطة نموذجية في SGC من حيث كفاءة الطاقة والصداقة للبيئة.

تعمل أكبر محطات الطاقة الحرارية في روسيا بالغاز وتقع تحت جناح شركة Mosenergo. ربما يمكن اعتبار أقوى CHPP-26، الذي يقع في منطقة Biryulyovo Zapadnoye في موسكو - على الأقل من حيث الطاقة الكهربائية البالغة 1841 ميجاوات، فهو متقدم على جميع CHPPs الأخرى في البلاد. توفر محطة الطاقة هذه إمدادات حرارية مركزية للمؤسسات الصناعية والمباني العامة والسكنية التي يبلغ عدد سكانها أكثر من 2 مليون شخص في مناطق تشيرتانوفو وياسينيفو وبيريوليفو ومارينو. الطاقة الحرارية لمحطة الطاقة الحرارية هذه، على الرغم من ارتفاعها (4214 جيجا كالوري/ساعة)، إلا أنها ليست رقما قياسيا. يتمتع CHPP-21 من نفس Mosenergo بقدرة حرارية أعلى - 4918 جيجا كالوري / ساعة، على الرغم من أنه من حيث الكهرباء فهو أدنى قليلاً من "زميله" (1.76 جيجاوات).

من إعداد البوابة الإلكترونية "Oxygen.LIFE"

محطة الطاقة الكهربائية هي محطة توليد الطاقة التي تحول الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. وأكثرها شيوعًا هي محطات الطاقة الحرارية (TPPs)، التي تستخدم الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود العضوي (الصلب والسائل والغازي).

تولد محطات الطاقة الحرارية حوالي 76% من الكهرباء المنتجة على كوكبنا. ويرجع ذلك إلى وجود الوقود الأحفوري في جميع مناطق كوكبنا تقريباً؛ إمكانية نقل الوقود العضوي من موقع الاستخراج إلى محطة توليد الكهرباء الواقعة بالقرب من مستهلكي الطاقة؛ التقدم التقني في محطات الطاقة الحرارية، وضمان بناء محطات الطاقة الحرارية ذات الطاقة العالية؛ إمكانية الاستفادة من الحرارة المهدرة من مائع العمل وتزويدها للمستهلكين، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية وأيضاً الطاقة الحرارية (بالبخار أو الماء الساخن) وغيرها.

لا يمكن ضمان مستوى تقني عالٍ من الطاقة إلا من خلال هيكل متناغم لقدرات التوليد: يجب أن يشمل نظام الطاقة محطات الطاقة النووية التي تولد الكهرباء الرخيصة، ولكن مع وجود قيود خطيرة على نطاق ومعدل تغير الأحمال، ومحطات الطاقة الحرارية التي تزود الطاقة. الحرارة والكهرباء، والتي تعتمد كميتها على الطلب على الطاقة الحرارية، ووحدات الطاقة التوربينية البخارية القوية التي تعمل بالوقود الثقيل، ووحدات توربينات الغاز المتنقلة المستقلة التي تغطي قمم الأحمال قصيرة المدى.

1.1 أنواع محطات الطاقة الكهربائية وخصائصها.

في التين. يعرض 1 تصنيف محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الوقود الأحفوري.

رسم بياني 1. أنواع محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الوقود الأحفوري.

الشكل 2 رسم تخطيطي حراري لمحطة الطاقة الحرارية

محطة الطاقة الحرارية عبارة عن مجموعة من المعدات والأجهزة التي تحول طاقة الوقود إلى طاقة كهربائية و (بشكل عام) حرارية.

تتميز محطات الطاقة الحرارية بالتنوع الكبير ويمكن تصنيفها وفق معايير مختلفة.

بناءً على الغرض ونوع الطاقة الموردة، تنقسم محطات الطاقة إلى إقليمية وصناعية.

محطات توليد الطاقة بالمنطقة هي محطات كهرباء عامة مستقلة تخدم جميع أنواع المستهلكين في المنطقة (المؤسسات الصناعية، النقل، السكان، إلخ). غالبًا ما تحتفظ محطات توليد الطاقة بالتكثيف في المناطق، والتي تولد الكهرباء بشكل أساسي، باسمها التاريخي - GRES (محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية). تسمى محطات توليد الطاقة في المناطق التي تنتج الطاقة الكهربائية والحرارية (على شكل بخار أو ماء ساخن) بمحطات الطاقة والحرارة المشتركة (CHP). كقاعدة عامة، تبلغ قدرة محطات توليد الطاقة في المناطق الحكومية ومحطات الطاقة الحرارية في المناطق أكثر من مليون كيلوواط.

محطات الطاقة الصناعية هي محطات توليد الطاقة التي توفر الطاقة الحرارية والكهربائية لمؤسسات إنتاجية محددة أو مجمعاتها، على سبيل المثال مصنع إنتاج المواد الكيميائية. محطات الطاقة الصناعية هي جزء من المؤسسات الصناعية التي تخدمها. يتم تحديد قدرتها من خلال احتياجات المؤسسات الصناعية من الطاقة الحرارية والكهربائية، وكقاعدة عامة، فهي أقل بكثير من محطات الطاقة الحرارية بالمنطقة. في كثير من الأحيان تعمل محطات الطاقة الصناعية على الشبكة الكهربائية العامة، ولكنها ليست تابعة لمرسل نظام الطاقة.

بناءً على نوع الوقود المستخدم، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات تعمل بالوقود الأحفوري والوقود النووي.

محطات توليد الطاقة المكثفة التي تعمل بالوقود الأحفوري، في الوقت الذي لم تكن فيه محطات طاقة نووية (NPPs)، كانت تسمى تاريخياً محطات الطاقة الحرارية (TES - محطة الطاقة الحرارية). وبهذا المعنى سيتم استخدام هذا المصطلح أدناه، على الرغم من أن محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية ومحطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز (GTPP) ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP) هي أيضًا محطات طاقة حرارية تعمل على مبدأ التحويل الحراري الطاقة إلى طاقة كهربائية.

يستخدم الوقود الغازي والسائل والصلب كوقود عضوي لمحطات الطاقة الحرارية. تستهلك معظم محطات الطاقة الحرارية في روسيا، وخاصة في الجزء الأوروبي، الغاز الطبيعي كوقود رئيسي، وزيت الوقود كوقود احتياطي، ولا يستخدم الأخير بسبب تكلفته العالية إلا في الحالات القصوى؛ تسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بمحطات توليد الطاقة بالغاز والنفط. في العديد من المناطق، وخاصة في الجزء الآسيوي من روسيا، الوقود الرئيسي هو الفحم الحراري - الفحم منخفض السعرات الحرارية أو النفايات الناتجة عن استخراج الفحم عالي السعرات الحرارية (فحم الأنثراسيت - ASh). نظرًا لأنه قبل الاحتراق، يتم طحن هذا الفحم في مطاحن خاصة إلى حالة غبار، وتسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بالفحم المسحوق.

بناءً على نوع محطات الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوارات الوحدات التوربينية، يتم التمييز بين التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة.

أساس محطات توليد الطاقة التوربينية البخارية هي وحدات التوربينات البخارية (STU)، التي تستخدم آلة الطاقة الأكثر تعقيدًا وأقوى وتقدمًا للغاية - التوربينات البخارية - لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. PTU هو العنصر الرئيسي في محطات الطاقة الحرارية ومحطات الحرارة والطاقة المجمعة ومحطات الطاقة النووية.

تسمى محطات توليد الطاقة المتكثفة التي تحتوي على توربينات تكثيف كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين بمحطات طاقة التكثيف. تسمى وحدات STU المجهزة بتوربينات التدفئة وإطلاق حرارة البخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو البلديين بمحطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية لتوربينات الغاز (GTPPs) بوحدات توربينات غازية (GTUs) تعمل بالوقود الغازي، أو في الحالات القصوى، الوقود السائل (الديزل). نظرًا لأن درجة حرارة الغازات الموجودة خلف محطة توربينات الغاز مرتفعة جدًا، فيمكن استخدامها لتوفير الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين. تسمى محطات الطاقة هذه GTU-CHP. يوجد حاليًا في روسيا محطة واحدة لتوليد الطاقة بتوربينات الغاز (GRES-3 تحمل اسم كلاسون، إليكتروجورسك، منطقة موسكو) بقدرة 600 ميجاوات ومحطة توليد مشتركة لتوربينات الغاز (في مدينة إلكتروستال، منطقة موسكو).

وحدة توربينات الغاز التقليدية الحديثة (GTU) عبارة عن مزيج من ضاغط الهواء وغرفة الاحتراق وتوربينات الغاز، بالإضافة إلى الأنظمة المساعدة التي تضمن تشغيلها. يسمى الجمع بين وحدة توربينات الغاز والمولد الكهربائي بوحدة توربينات الغاز.

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبة بوحدات غازية ذات دورة مركبة (CCGs)، وهي عبارة عن مزيج من توربينات الغاز وتوربينات البخار، مما يسمح بكفاءة عالية. يمكن تصميم محطات CCGT-CHP كمحطات تكثيف (CCP-CHP) ومزودة بالطاقة الحرارية (CCP-CHP). حاليًا، تعمل أربع محطات جديدة تعمل بنظام CCGT-CHP في روسيا (شمال غرب CHPP في سانت بطرسبرغ وكالينينغراد وCHPP-27 في Mosenergo OJSC وSochinskaya)، كما تم بناء محطة توليد مشترك CCGT في Tyumen CHPP. في عام 2007، تم تشغيل Ivanovo CCGT-KES.

تتكون محطات الطاقة الحرارية المعيارية من محطات طاقة منفصلة، عادةً من نفس النوع، - وحدات طاقة. في وحدة الطاقة، تقوم كل غلاية بتزويد البخار إلى توربينها فقط، والذي يعود منه بعد التكثيف إلى غلايتها فقط. يتم بناء جميع محطات توليد الطاقة ومحطات الطاقة الحرارية القوية في منطقة الولاية، والتي تحتوي على ما يسمى بالتسخين الفائق للبخار، وفقًا لمخطط الكتلة. يتم ضمان تشغيل الغلايات والتوربينات في محطات الطاقة الحرارية ذات الوصلات المتقاطعة بشكل مختلف: جميع غلايات محطة الطاقة الحرارية تزود البخار بخط بخار مشترك واحد (المجمع) ويتم تشغيل جميع التوربينات البخارية لمحطة الطاقة الحرارية منه. وفقًا لهذا المخطط، يتم بناء محطات CES دون ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة وتقريباً جميع محطات CHP ذات معلمات البخار الأولية دون الحرجة.

بناءً على مستوى الضغط الأولي، يتم تمييز محطات الطاقة الحرارية للضغط دون الحرج والضغط فوق الحرج (SCP) والمعلمات فوق الحرجة (SSCP).

الضغط الحرج هو 22.1 ميجا باسكال (225.6 at). في صناعة الحرارة والطاقة الروسية، تم توحيد المعلمات الأولية: تم إنشاء محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة والحرارة المدمجة للضغط دون الحرج الذي يتراوح بين 8.8 و12.8 ميجا باسكال (90 و130 ضغط جوي)، وللضغط SKD - 23.5 ميجا باسكال (240 ضغط جوي) . لأسباب فنية، يتم تجديد محطات الطاقة الحرارية ذات المعلمات فوق الحرجة مع ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة ووفقا لمخطط كتلة. تشتمل المعلمات فوق الحرجة تقليديًا على ضغط أكثر من 24 ميجا باسكال (حتى 35 ميجا باسكال) ودرجة حرارة تزيد عن 5600 درجة مئوية (حتى 6200 درجة مئوية)، والتي يتطلب استخدامها مواد جديدة وتصميمات معدات جديدة. في كثير من الأحيان، يتم بناء محطات الطاقة الحرارية أو محطات توليد الطاقة والحرارة المشتركة لمستويات مختلفة من المعلمات على عدة مراحل - في قوائم الانتظار، والتي تزداد معلماتها مع إدخال كل قائمة انتظار جديدة.