مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية. مقارنة محطات الطاقة الحرارية الروسية مع الأجنبية

محطات الطاقة الحرارية هي جهاز يعتمد تخصصه على توليد الكهرباء. يتم إنتاج الكهرباء عن طريق تحويل ومعالجة الطاقة الحرارية. تتولد الحرارة عن طريق احتراق مورد الوقود ، والذي يمكن أن يكون أنواعًا مختلفة من الوقود الأحفوري. القدرة على تحويل طاقة الموارد الطبيعية إلى كهرباء تجعل من الشراكة عبر المحيط الهادئ جزءًا لا يتجزأ من حياة أي شخص حديث.

تستخدم محطات الطاقة الحرارية الصغيرة على نطاق واسع في مختلف المجالات. على سبيل المثال ، يمكنهم تدفئة وتزويد المدارس وأحواض السباحة والعيادات و مجمعات رياضية. يمكن استخدامها لتهيئة ظروف عمل عادية في الأكواخ والمقطورات المؤقتة أثناء البناء ، في مناطق أخرى من الاقتصاد الوطني.

محطات توليد الطاقة هذه لديها الكثير من الإيجابيات وعدد قليل جدًا من السلبيات. تتكون محطات الطاقة الحرارية الصغيرة من عدة أجهزة وتشغيلها آلي بالكامل. أيضا ، يمكن أن تعمل TPP على أي نوع من الوقودمما يسمح باستخدامه في أي ظروف.

يمكن اعتبار الميزة الرئيسية لهذه التقنية أنها يسمح لك بعدم الاعتماد على ارتفاع أسعار الحرارةوالكهرباء ولها محطة حرارية صغيرة مستقلة خاصة بها. هذه فرصة لتوفير المال المخصص لذلك بنسبة 100٪ تقريبًا.

إمكانيات المعدات لا حدود لها تقريبًا ، لأنها يمكن أن توفر ، في الواقع ، أي غرفة من حيث الفئة ليست أسوأ من الشبكات المركزية ، لكنها ستكلف أقل بكثير. ستؤتي ثمار التكاليف الأولية بسرعة وستكون التكاليف ضئيلة للغاية لوقود CHP فقط. علاوة على ذلك ، يمكن أيضًا أن تتنوع وفقًا لظروف التشغيل ، واختيار خيار أرخص.

مزايا TPP

مؤشر السعر المنخفض نسبيًا للمورد الحراري المستخدم في سياق عملية الشراكة عبر المحيط الهادئ مقارنة بفئات الأسعار لمورد مماثل مستخدم في محطات الطاقة النووية.
إن بناء محطة للطاقة الحرارية ، وكذلك جلب المنشأة إلى حالة التشغيل النشط ، ينطوي على جذب أصغر للأموال.
يمكن تحديد موقع TPP إقليمياً في أي نقطة جغرافية. تنظيم المحطة من هذا النوعلا يتطلب ربط موقع تركيب المحطة بالقرب من بعض الموارد الطبيعية. يمكن توصيل الوقود إلى المحطة من أي مكان في العالم باستخدام النقل البري أو السكك الحديدية.
يسمح النطاق الصغير نسبيًا لمحطات الطاقة الحرارية بتركيبها في البلدان التي تعتبر فيها الأرض مورداً قيماً بسبب أراضيها الصغيرة ، كما تقل نسبة الأراضي التي وقعت في منطقة الاستبعاد والانسحاب من الاحتياجات الزراعية بشكل كبير.
ستكون تكلفة الوقود الذي تنتجه محطات الطاقة الحرارية ، مقارنة بالديزل المماثل أرخص.
لا تعتمد الطاقة المولدة على التقلبات الموسمية في الطاقة ، وهو أمر نموذجي لمحطات الطاقة الكهرومائية.
تتميز صيانة وتشغيل TPPs بالبساطة.
لقد تم إتقان العملية التكنولوجية لبناء محطات الطاقة الحرارية بكميات كبيرة ، مما يجعل من الممكن بنائها السريع ، مما يوفر موارد الوقت بشكل كبير.
في نهاية العمر التشغيلي لمحطات الطاقة الحرارية ، يمكن إعادة تدويرها بسهولة. يعتبر تقسيم البنية التحتية لمحطة الطاقة الحرارية أكثر متانة من المعدات الرئيسية التي تمثلها الغلايات والتوربينات. أنظمة الإمداد بالمياه والتدفئة قادرة على الحفاظ على جودتها وخصائصها التكنولوجية لفترة طويلة من الزمن بعد انتهاء عمرها التشغيلي ؛ يمكنها الاستمرار في العمل بعد استبدال التوربينات والغلايات.
أثناء التشغيل ، يتم إطلاق الماء والبخار ، والذي يمكن استخدامه لتنظيم عملية التسخين أو في المهام التكنولوجية الأخرى.
من الشركات المصنعة حوالي 80٪ من الكهرباء في الدولة.
إن التوليد المتزامن للكهرباء وتنفيذ الإمداد الحراري مع عمر خدمة طويل يجعل أنظمة TPPs اقتصادية.

مساوئ TPP

اختلال التوازن البيئي وتلوث الهواءفي عملية إخراج الدخان والسخام فيه ، مركبات الكبريت والنيتروجين بكميات كبيرة. يمكن أن يثير نشاط محطات الطاقة الحرارية ظاهرة "تأثير الاحتباس الحراري" ومرور المطر الحمضي. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي توليد الكهرباء ونقلها إلى تلوث البيئة الكهرومغناطيسي.
فيما يتعلق باستخراج كمية كبيرة من الفحم لتشغيل وتشغيل محطات الطاقة الحرارية ، هناك حاجة للمناجم ، التي يحدث خلالها انتهاك للإغاثة الطبيعية.
انتهاك التوازن الحراري للمسطحات المائية، والذي يحدث في عملية تصريف مياه التبريد TPP ، مما يؤدي إلى زيادة مؤشرات درجة الحرارة.
جنبا إلى جنب مع الغازات الملوثة للغلاف الجوي ، تطلق محطة الطاقة الحرارية بعض المواد التي تنتمي إلى مجموعة المواد المشعة ، والتي يتم تتبع محتواها بدرجة أكبر أو أقل في الوقود.
أثناء تشغيل محطات الطاقة الحرارية ، يتم استخدام تلك الموارد الطبيعية ، والتي يستحيل تجديدها الطبيعي ، وبالتالي فإن كمية هذه الموارد تتناقص تدريجياً.
وجود ربحية منخفضة نسبيًا.
تجد TPP صعوبة في التعامل مع الحاجة إلى المشاركة في تغطية الجزء المتغير من جدول الحمل الكهربائي اليومي.
تحتوي قدرة TPPs على العمل على الوقود المستورد على مشكلة مرتبطة بالتنظيم الدقيق لعملية توريد موارد الوقود.
يتطلب تشغيل محطات الطاقة الحرارية تكاليف صيانة أعلى مقارنة بمحطات الطاقة الكهرومائية.

متى تختار هذه المعدات

عندما تكون تكاليف نقل أو توليد الكهرباء مرتفعة ولا تستطيع ميزانية منظمة أو فرد تحملها. إذا كانت الأنظمة المركزية للإمداد بالحرارة والكهرباء لا تستطيع التغلب على المباني الإضافية أو التي تم وضعها في مناطق التشغيل.

عندما تكون كمية الكهرباء غير كافية ببساطة للتشغيل السلس للمعدات والأجهزة الحديثة. أو أنها ذات نوعية رديئة. أيضًا ، يجب ألا ننسى المكون البيئي للمعدات ، والذي يسمح لك بإطلاق مواد ضارة في الغلاف الجوي.

براعة والاقتصاد

يمكن أن تعمل محطات الطاقة على الخشب أو الفحم أو الغاز أو وقود الديزل. عادة ، نادرًا ما يتم استخدام وقود الديزل بسبب تكلفته العالية وانبعاثاته الضارة. هناك عدة تعديلات على هذه التركيبات وتمييز بين:

التوربينات البخارية.
توربينات الغاز.
مولدات مكبس الغاز.

يعتمد اختيار TPP على الطاقة المطلوبة للمستهلك. تعتبر محركات مكبس الغاز هي الأكثر شيوعًا ، ومع ذلك ، فإن قوتها فقط 80 ميغاواط.

فوائد مطلقة على خلفية الأزمة

عمومًا الإيجابيات تفوق بكثير السلبياتوبالنسبة لبعض الشركات والمؤسسات ، فإن شراء محطة طاقة حرارية صغيرة يعد وسيلة ممتازة للخروج ، خاصة إذا كانت المدينة تنمو ، ولكن لا توجد فرص لمد شبكات التدفئة والكهرباء. أو يتم تحميلها كثيرًا بحيث لن يكون مصدر الحرارة أو الضوء كافياً على أي حال. يمكن أن يكون أيضًا حلاً ممتازًا في منطقة الضواحي ، حيث لا يوجد مصدر مركزي للتدفئة والكهرباء على الإطلاق ، ولكن يتم بناء المساكن رغم ذلك. سيتم تقدير قدرات هذه المنشآت بشكل خاص من قبل العمال الذين يقومون بإصلاح الطرق والطرق ، والحفارين ، وعمال النفط الذين يتنقلون في جميع أنحاء البلاد ، لكن لا تتاح لهم الفرصة للاتصال بمصدر مركزي للضوء والحرارة في كل مرة.

ربما تكون الشراكة عبر المحيط الهادئ مفيدة للحاميات العسكرية التي تخدم بعيدًا عن المدن ، مع توفير الظروف المريحة بشكل كامل. باختصار ، يمكن أن تصبح هذه المعدات لا غنى عنها في المناطق التي تكون فيها فرصة الحصول على التدفئة الكاملة والكهرباء وحتى الهواء البارد لمكيفات الهواء موضع تقدير خاص إذا لزم الأمر. يمكن نقل المعدات الصغيرة بسهولة بواسطة مركبات خاصة واستخدامها حسب الحاجة.

ستكون بيانات TPP مفيدة أيضًا لأصحاب المشاريع الذين يشغلون مساحة في المرائب والمستودعات ولا يرتبطون بالتدفئة المركزية ، لكنهم يستخدمون الضوء في التعريفات المرتفعة للمدينة. سيساعد هذا على توفير تكاليف المواد بشكل كبير أثناء العمل ويسمح لك بعدم الاعتماد على محتكرى الحرارة والضوء.

لا يمكن للقدرات المثالية لنسخة مصغرة من محطة الطاقة الحرارية أن تتنافس إلا مع عينات كبيرة من محطات الطاقة الحرارية أو محطات الطاقة الكهرومائية ، ومع ذلك ، فإن التنقل والتشغيل الآلي للمعدات الصغيرة يفوق في أي حال.

الموجودات

نظرًا لحقيقة أن مشكلة الطاقة مهمة اليوم ، تثار أسئلة حول تنظيم تزويد السكان بالكهرباء ، مع تجنب التكاليف المالية والوقتية الكبيرة مع الحفاظ على وضع بيئي مناسب. أحد الخيارات لحل هذه المشكلة هو بناء وتشغيل محطات الطاقة الحرارية.

وفقًا للتعريف المقبول عمومًا ، محطات توليد الطاقة الحرارية- هذه هي محطات توليد الكهرباء التي تولد الكهرباء عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية لدوران عمود المولد الكهربائي.

أولاً TPPظهرت في نهاية القرن التاسع عشر في نيويورك (1882) ، وفي عام 1883 تم بناء أول محطة للطاقة الحرارية في روسيا (سانت بطرسبرغ). منذ لحظة ظهورها ، أصبحت TPPs هي الأكثر انتشارًا ، نظرًا للطلب المتزايد باستمرار على الطاقة في العصر التكنولوجي القادم. حتى منتصف السبعينيات من القرن الماضي ، كان تشغيل محطات الطاقة الحرارية هو الطريقة السائدة لتوليد الكهرباء. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة الأمريكية واتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، كانت حصة محطات الطاقة الحرارية بين جميع الكهرباء المستلمة 80٪ ، وحول العالم - حوالي 73-75٪.

التعريف أعلاه ، على الرغم من كونه واسع النطاق ، إلا أنه ليس واضحًا دائمًا. سنحاول أن نشرح بكلماتنا الخاصة المبدأ العام لتشغيل محطات الطاقة الحرارية من أي نوع.

توليد الكهرباء في محطات الطاقة الحراريةتحدث بمشاركة العديد من المراحل المتتالية ، لكن المبدأ العام لعملها بسيط للغاية. أولاً ، يتم حرق الوقود في غرفة احتراق خاصة (غلاية بخار) ، بينما يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، والتي تحول الماء المتداول عبر أنظمة الأنابيب الخاصة الموجودة داخل الغلاية إلى بخار. يعمل ضغط البخار المتزايد باستمرار على تدوير دوار التوربين ، والذي ينقل طاقة الدوران إلى عمود المولد ، ونتيجة لذلك ، كهرباء.

نظام البخار / الماء مغلق. يتكثف البخار ، بعد مروره عبر التوربين ، ويتحول إلى ماء ، والذي يمر أيضًا عبر نظام السخان ويدخل مرة أخرى إلى غلاية البخار.

هناك عدة أنواع من محطات الطاقة الحرارية. في الوقت الحاضر ، بين محطات الطاقة الحرارية ، الأهم من ذلك كله محطات توليد الطاقة البخارية البخارية الحرارية (TPES). في محطات توليد الطاقة من هذا النوع ، تُستخدم الطاقة الحرارية للوقود المحروق في مولد البخار ، حيث يتم تحقيق ضغط عالٍ جدًا من بخار الماء ، مما يؤدي إلى تحريك دوار التوربين ، وبناءً عليه ، المولد. كوقود ، تستخدم محطات الطاقة الحرارية زيت الوقود أو الديزل ، وكذلك الغاز الطبيعي ، والفحم ، والجفت ، والصخر الزيتي ، وبعبارة أخرى ، جميع أنواع الوقود. يبلغ عامل كفاءة TPES حوالي 40٪ ، ويمكن أن تصل قوتها إلى 3-6 جيجاوات.

GRES (محطة كهرباء مقاطعة الولاية)- اسم معروف ومألوف إلى حد ما. هذا ليس أكثر من محطة طاقة توربينية بخارية حرارية مجهزة بتوربينات تكثيف خاصة لا تستخدم طاقة غازات العادم ولا تحولها إلى حرارة ، على سبيل المثال ، لتدفئة المباني. وتسمى محطات الطاقة هذه أيضًا محطات توليد الطاقة المتكثفة.

في نفس الحالة ، إذا TPESمزودة بتوربينات تسخين خاصة تقوم بتحويل الطاقة الثانوية لبخار العادم إلى طاقة حرارية تستخدم لاحتياجات المرافق العامة أو الخدمات الصناعية ، ومن ثم فهي محطات طاقة حرارية أو محطات طاقة حرارية. على سبيل المثال ، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، استحوذت GRES على حوالي 65 ٪ من الكهرباء المولدة عن طريق محطات توليد الطاقة البخارية ، وبالتالي ، 35 ٪ - لحصة محطات الطاقة الحرارية.

هناك أيضًا أنواع أخرى من محطات الطاقة الحرارية. في محطات توليد الطاقة بالغاز ، أو GTPPs ، يتم تدوير المولد بواسطة توربين غازي. كوقود لمحطات الطاقة الحرارية ، يتم استخدام الغاز الطبيعي أو الوقود السائل (الديزل وزيت الوقود). ومع ذلك ، فإن كفاءة هذه المحطات ليست عالية جدًا ، حوالي 27-29٪ ، لذا فهي تستخدم أساسًا كمصادر احتياطية للكهرباء لتغطية ذروة الحمل على الشبكة الكهربائية ، أو لتزويد الكهرباء للمستوطنات الصغيرة.

محطات توليد الطاقة الحرارية مع محطة توربينات الغاز ذات الدورة المركبة (PGES). هذه هي محطات توليد الطاقة المشتركة. مزودة بآليات التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ، وتصل كفاءتها إلى 41-44٪. تتيح محطات الطاقة هذه أيضًا استعادة الحرارة وتحويلها إلى طاقة حرارية تُستخدم لتدفئة المباني.

العيب الرئيسي لجميع محطات الطاقة الحرارية هو نوع الوقود المستخدم. جميع أنواع الوقود المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية هي موارد طبيعية لا يمكن الاستغناء عنها وهي تنفد ببطء ولكن بثبات. هذا هو السبب في الوقت الحاضر ، إلى جانب استخدام محطات الطاقة النووية ، يجري تطوير آلية لتوليد الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أو غيرها من مصادر الطاقة البديلة.

محطة توليد الكهرباء هي محطة طاقة تقوم بتحويل الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. الأكثر شيوعًا هي محطات الطاقة الحرارية (TPPs) التي تستخدم الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء احتراق الوقود الأحفوري (الصلب والسائل والغازي).

تولد محطات الطاقة الحرارية حوالي 76٪ من الكهرباء المنتجة على كوكبنا. هذا بسبب وجود الوقود الأحفوري في جميع مناطق كوكبنا تقريبًا ؛ إمكانية نقل الوقود العضوي من مكان الإنتاج إلى محطة توليد الكهرباء القريبة من مستهلكي الطاقة ؛ التقدم التقني في محطات الطاقة الحرارية ، مما يضمن بناء محطات طاقة حرارية عالية السعة ؛ إمكانية استخدام الحرارة المهدرة لسائل العمل وتزويد المستهلكين ، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية والحرارية (بالبخار أو ماء ساخن) إلخ.

لا يمكن ضمان مستوى تقني عالٍ لقطاع الطاقة إلا من خلال هيكل متناغم لقدرات التوليد: يجب أن يشمل نظام الطاقة كلاً من محطات الطاقة النووية التي تنتج كهرباء رخيصة ، ولكن مع قيود خطيرة على نطاق ومعدل تغيير الحمل ، والطاقة الحرارية المحطات التي تزود الحرارة والكهرباء ، والتي يعتمد مقدارها على الاحتياجات للحرارة ، ووحدات طاقة التوربينات البخارية القوية التي تعمل بالوقود الثقيل ، وتوربينات الغاز المتنقلة المستقلة التي تغطي قمم الحمل قصيرة الأجل.

1.1 أنواع TES وخصائصها.

على التين. يوضح الشكل 1 تصنيف محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالوقود الأحفوري.

رسم بياني 1. أنواع محطات الطاقة الحرارية على الوقود العضوي.

الشكل 2 رسم تخطيطي لمحطة الطاقة الحرارية

1 - غلاية بخار 2 - التوربينات 3 - مولد كهربائي. 4 - مكثف 5 - مضخة المكثفات ؛ 6 - سخانات الضغط المنخفض ؛ 7 - نزع الهواء. 8 - مضخة تغذية ؛ 9 - سخانات الضغط العالي ؛ 10- مضخة صرف.

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

تتميز محطات الطاقة الحرارية بتنوع كبير ويمكن تصنيفها وفقًا لمعايير مختلفة.

وفقًا للغرض ونوع الطاقة الموردة ، يتم تقسيم محطات الطاقة إلى إقليمية وصناعية.

محطات توليد الطاقة في المناطق عبارة عن محطات طاقة عامة مستقلة تخدم جميع أنواع المستهلكين في المناطق (المؤسسات الصناعية ، والنقل ، والسكان ، وما إلى ذلك). غالبًا ما تحتفظ محطات توليد الطاقة المتكثفة بالمناطق ، التي تنتج الكهرباء بشكل أساسي ، باسمها التاريخي - GRES (محطات توليد الطاقة في منطقة الولاية). محطات توليد الطاقة المحلية لتوليد الكهرباء والحرارة (على شكل بخار أو ماء ساخن) تسمى محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP). كقاعدة عامة ، تبلغ قدرة محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية ومحطات الطاقة الحرارية الإقليمية أكثر من مليون كيلوواط.

محطات الطاقة الصناعية هي محطات توليد الطاقة التي توفر التدفئة والكهرباء لمؤسسات صناعية محددة أو مجمعها ، على سبيل المثال ، مصنع لإنتاج المنتجات الكيميائية. محطات الطاقة الصناعية هي جزء من المؤسسات الصناعية التي تخدمها. يتم تحديد قدرتها من خلال احتياجات المؤسسات الصناعية للتدفئة والكهرباء ، وكقاعدة عامة ، فهي أقل بكثير من قدرة محطات الطاقة الحرارية في المناطق. في كثير من الأحيان ، تعمل محطات الطاقة الصناعية على شبكة كهربائية مشتركة ، ولكنها ليست تابعة لمدير نظام الطاقة.

وفقًا لنوع الوقود المستخدم ، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات طاقة تعمل بالوقود العضوي والوقود النووي.

لتكثيف محطات الطاقة العاملة على الوقود الأحفوري ، في وقت لم تكن فيه محطات للطاقة النووية (NPPs) ، تم تطوير الاسم الحراري (TPP - محطة الطاقة الحرارية) تاريخيًا. بهذا المعنى ، سيتم استخدام هذا المصطلح أدناه ، على الرغم من أن CHPPs و NPPs ومحطات الطاقة التوربينية الغازية (GTPPs) ومحطات الطاقة ذات الدورة المركبة (CCPPs) هي أيضًا محطات طاقة حرارية تعمل على مبدأ تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء طاقة.

يستخدم الوقود الغازي والسائل والصلب كوقود أحفوري لمحطات الطاقة الحرارية. تستهلك معظم TPPs في روسيا ، خاصة في الجزء الأوروبي ، الغاز الطبيعي كوقود رئيسي ، وزيت الوقود كوقود احتياطي ، ولا تستخدم الأخير إلا في الحالات القصوى بسبب تكلفته العالية ؛ تسمى محطات الطاقة الحرارية هذه التي تعمل بالزيت. في العديد من المناطق ، وخاصة في الجزء الآسيوي من روسيا ، يكون الوقود الرئيسي هو الفحم الحراري - الفحم منخفض السعرات الحرارية أو النفايات الناتجة عن استخراج الفحم عالي السعرات الحرارية (حمأة أنثراسايت - ASh). نظرًا لأن مثل هذه الأنواع من الفحم يتم طحنها في طواحين خاصة إلى حالة المسحوق قبل الاحتراق ، فإن محطات الطاقة الحرارية هذه تسمى الفحم المسحوق.

وفقًا لنوع محطات الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية من دوران دوارات وحدات التوربينات ، تتميز التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحطات الطاقة ذات الدورة المركبة.

أساس محطات توليد الطاقة من التوربينات البخارية هي محطات التوربينات البخارية (STP) ، والتي تستخدم أكثر آلات الطاقة تعقيدًا وقوة وتقدماً - توربينات بخارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. PTU هو العنصر الرئيسي لمحطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية.

PTU ، التي تحتوي على توربينات مكثفة كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين ، تسمى محطات توليد الطاقة التكثيف. PTU المجهزة بتوربينات تسخين وتطلق حرارة بخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو المحليين تسمى محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

محطات توليد الطاقة الحرارية للتوربينات الغازية (GTPPs) مجهزة بوحدات توربينات غازية (GTUs) تعمل بالوقود الغازي أو السائل (الديزل) في الحالات القصوى. نظرًا لأن درجة حرارة الغازات في اتجاه مجرى التوربينات الغازية مرتفعة جدًا ، فيمكن استخدامها لتزويد الطاقة الحرارية لمستهلك خارجي. تسمى محطات الطاقة هذه GTU-CHP. حاليًا ، هناك GTPP واحد يعمل في روسيا (GRES-3 سمي على اسم Klasson ، Elektrogorsk ، منطقة موسكو) بسعة 600 ميجاوات و GTU-CHPP واحد (في Elektrostal ، منطقة موسكو).

محطة التوربينات الغازية التقليدية الحديثة (GTU) عبارة عن مزيج من ضاغط الهواء وغرفة الاحتراق والتوربينات الغازية ، فضلاً عن الأنظمة المساعدة التي تضمن تشغيلها. يُطلق على مجموعة التوربينات الغازية والمولد الكهربائي وحدة التوربينات الغازية.

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبة بمحطات الدورة المركبة (CCGT) ، والتي هي مزيج من GTP و STP ، مما يسمح بكفاءة عالية. يمكن أن تتكاثف CCGT-TPPs (CCGT-CES) ومع خرج الحرارة (CCGT-CHP). في الوقت الحاضر ، تعمل أربع محطات جديدة لتوليد الكهرباء من طراز CCGT-CHPP في روسيا (Severo-Zapadnaya CHPP of St. في عام 2007 تم تشغيل Ivanovskaya CCGT-IES.

تتكون كتل TPP من منفصلة ، كقاعدة عامة ، من نفس النوع من محطات الطاقة - وحدات الطاقة. في وحدة الطاقة ، توفر كل غلاية البخار فقط لتوربيناتها الخاصة ، والتي تعود منها بعد التكثيف إلى المرجل الخاص بها فقط. وفقًا لمخطط الكتلة ، تم بناء جميع محطات توليد الطاقة القوية في المقاطعات الحكومية ومحطات الطاقة الحرارية ، والتي تحتوي على ما يسمى بالتسخين الفائق المتوسط للبخار. يتم توفير تشغيل الغلايات والتوربينات في TPPs ذات الوصلات العرضية بشكل مختلف: جميع غلايات TPPs تزود البخار بخط أنابيب بخار واحد مشترك (مجمّع) ويتم تغذية جميع التوربينات البخارية من TPPs منه. وفقًا لهذا المخطط ، يتم إنشاء محطات توليد الطاقة الكهروضوئية دون ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة ، كما تم تصميم جميع وحدات الطاقة الكهروستاتيكية تقريبًا لمعلمات البخار الأولية دون الحرجة.

وفقًا لمستوى الضغط الأولي ، يتم تمييز TPPs للضغط دون الحرج والضغط فوق الحرج (SKP) والمعلمات فوق الحرجة (SSCP).

الضغط الحرج 22.1 ميجا باسكال (225.6 ضغط جوي). في صناعة الطاقة الحرارية الروسية ، تم توحيد المعلمات الأولية: تم بناء محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الحرارية للضغط دون الحرج من 8.8 و 12.8 ميجا باسكال (90 و 130 ضغط جوي) ، و SKD - 23.5 ميجا باسكال (240 ضغط جوي). محطات توليد الطاقة الحرارية للمعلمات فوق الحرجة ، لأسباب فنية ، يتم تثبيتها مع إعادة التسخين ووفقًا لمخطط الكتلة. تتضمن المعلمات فوق الحرجة بشكل مشروط الضغط الذي يزيد عن 24 ميجا باسكال (حتى 35 ميجا باسكال) ودرجة الحرارة التي 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 CHPPs لمستويات مختلفة من المعلمات في عدة مراحل - في قوائم الانتظار ، والتي تزداد معلماتها مع إدخال كل قائمة انتظار جديدة.

النوع الرئيسي من محطات الطاقة في روسيا هو (TPP). تولد هذه المنشآت ما يقرب من 67٪ من الكهرباء في روسيا. يتأثر وضعهم بالوقود وعوامل المستهلك. توجد أقوى محطات توليد الطاقة في الأماكن التي يتم فيها استخراج الوقود. محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم وقودًا عالي السعرات الحرارية وقابلة للنقل موجهة نحو المستهلك.

تستخدم محطات الطاقة الحرارية موارد وقود على نطاق واسع ، وهي حرة نسبيًا في النشر ، وقادرة على توليد الكهرباء دون تقلبات موسمية. يتم تنفيذ بنائها بسرعة ويرتبط بانخفاض تكاليف العمالة والمواد. لكن اتفاقية الشراكة عبر المحيط الهادئ لها عيوب كبيرة. يستخدمون موارد غير متجددة ، وكفاءة منخفضة (30-35٪) ، ولها تأثير سلبي للغاية على الوضع البيئي. تنبعث TPPs حول العالم سنويًا 200-250 مليون طن من الرماد وحوالي 60 مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت 6 في الغلاف الجوي ، كما تمتص أيضًا كمية هائلة من الأكسجين. لقد ثبت أن الفحم في الجرعات الصغيرة يحتوي دائمًا تقريبًا على U 238 و Th 232 ونظير مشع للكربون. معظم TPPs في روسيا غير مجهزة بأنظمة فعالة لتنظيف غازات العادم من أكاسيد الكبريت والنيتروجين. على الرغم من أن المنشآت التي تعمل بالغاز الطبيعي أنظف بيئيًا بكثير من منشآت الفحم والصخر الزيتي وزيت الوقود ، إلا أن مد خطوط أنابيب الغاز يتسبب في إلحاق الضرر بالطبيعة (خاصة في المناطق الشمالية).

محطة طاقة حراريةهي مجموعة من المعدات والأجهزة التي تحول طاقة الوقود إلى طاقة كهربائية و (عامة) حرارية.

تتميز محطات الطاقة الحرارية بتنوع كبير ويمكن تصنيفها وفقًا لمعايير مختلفة.

1. وفقًا للغرض ونوع الطاقة التي يتم توفيرها ، يتم تقسيم محطات الطاقة إلى إقليمية وصناعية.

محطات توليد الطاقة في المناطق عبارة عن محطات طاقة عامة مستقلة تخدم جميع أنواع المستهلكين في المناطق (المؤسسات الصناعية ، والنقل ، والسكان ، وما إلى ذلك). غالبًا ما تحتفظ محطات توليد الطاقة المتكثفة بالمناطق ، التي تنتج الكهرباء بشكل أساسي ، باسمها التاريخي - GRES (محطات توليد الطاقة في منطقة الولاية). تسمى محطات توليد الطاقة المحلية التي تنتج الكهرباء والحرارة (على شكل بخار أو ماء ساخن) محطات توليد الحرارة والطاقة المشتركة (CHP). CHPs هي منشآت للإنتاج المشترك للكهرباء والحرارة. تصل كفاءتها إلى 70٪ مقابل 30-35٪ في IES. محطات CHP مرتبطة بالمستهلكين ، لأن يبلغ نصف قطر انتقال الحرارة (بخار ، ماء ساخن) 15-20 كم. السعة القصوى لـ CHPP أقل من IES.

كقاعدة عامة ، تبلغ قدرة محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية ومحطات الطاقة الحرارية الإقليمية أكثر من مليون كيلوواط.

محطات الطاقة الصناعية هي محطات توليد الطاقة التي توفر التدفئة والكهرباء لمحددين شركات التصنيعأو مجمعهم ، على سبيل المثال ، مصنع لإنتاج المنتجات الكيماوية. محطات الطاقة الصناعية هي جزء من المؤسسات الصناعية التي تخدمها. يتم تحديد قدرتها من خلال احتياجات المؤسسات الصناعية للتدفئة والكهرباء ، وكقاعدة عامة ، فهي أقل بكثير من قدرة محطات الطاقة الحرارية في المناطق. في كثير من الأحيان ، تعمل محطات الطاقة الصناعية على شبكة كهربائية مشتركة ، ولكنها ليست تابعة لمدير نظام الطاقة. فقط محطات الطاقة الإقليمية مذكورة أدناه.

2. حسب نوع الوقود المستخدم ، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات طاقة تعمل بالوقود العضوي والوقود النووي.

تسمى محطات الطاقة الحرارية التي تعمل على الوقود الأحفوري محطات توليد الطاقة التكثيف (CPP). تستخدم محطات الطاقة النووية الوقود النووي. بهذا المعنى ، سيتم استخدام هذا المصطلح أدناه ، على الرغم من أن CHPPs و NPPs ومحطات الطاقة التوربينية الغازية (GTPPs) ومحطات الطاقة ذات الدورة المركبة (CCPPs) هي أيضًا محطات طاقة حرارية تعمل على مبدأ تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء طاقة.

يتم لعب الدور الأساسي بين التركيبات الحرارية من خلال محطات توليد الطاقة المكثفة (CPPs). إنها تنجذب إلى كل من مصادر الوقود والمستهلكين ، وبالتالي فهي منتشرة على نطاق واسع. كلما زاد حجم IES ، زادت قدرته على نقل الكهرباء ، أي مع زيادة الطاقة ، يزداد تأثير عامل الوقود والطاقة.

يستخدم الوقود الغازي والسائل والصلب كوقود أحفوري لمحطات الطاقة الحرارية. يحدث التوجه نحو قواعد الوقود في وجود موارد وقود رخيص وغير قابل للنقل (فحم الليغنيت لحوض كانسك-آكينسك) أو في حالة محطات توليد الطاقة التي تستخدم الخث والصخر الزيتي وزيت الوقود (ترتبط مثل هذه المحولات عادةً بتكرير النفط المراكز). تستهلك معظم TPPs في روسيا ، خاصة في الجزء الأوروبي ، الغاز الطبيعي كوقود رئيسي ، وزيت الوقود كوقود احتياطي ، ولا تستخدم الأخير إلا في الحالات القصوى بسبب تكلفته العالية ؛ تسمى محطات الطاقة الحرارية هذه التي تعمل بالزيت. في العديد من المناطق ، وخاصة في الجزء الآسيوي من روسيا ، يكون الوقود الرئيسي هو الفحم البخاري - فحم منخفض السعرات الحرارية أو نفايات الفحم عالية السعرات الحرارية (حمأة أنثراسايت - ASh). نظرًا لأن مثل هذه الأنواع من الفحم يتم طحنها في طواحين خاصة إلى حالة المسحوق قبل الاحتراق ، فإن محطات الطاقة الحرارية هذه تسمى الفحم المسحوق.

3. وفقا لنوع محطات الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية من دوران دوارات وحدات التوربينات ، تتميز التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحطات الطاقة ذات الدورة المركبة.

محطات توليد الطاقة الحرارية للتوربينات الغازية (GTPP)مجهزة بوحدات توربينات غازية (GTU) تعمل على وقود غازي أو سائل (ديزل) في الحالات القصوى. نظرًا لأن درجة حرارة الغازات في اتجاه مجرى التوربينات الغازية مرتفعة جدًا ، فيمكن استخدامها لتزويد الطاقة الحرارية لمستهلك خارجي. تسمى محطات الطاقة هذه GTU-CHP. حاليًا ، هناك GTPP واحد يعمل في روسيا (GRES-3 سمي على اسم Klasson ، Elektrogorsk ، منطقة موسكو) بسعة 600 ميجاوات و GTU-CHPP واحد (في Elektrostal ، منطقة موسكو).

محطات توليد الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبةمجهزة بمحطات الدورة المركبة (CCGT) ، وهي مزيج من GTU و PTU ، مما يسمح بكفاءة عالية. يمكن أن تتكاثف CCGT-TPPs (CCGT-CES) ومع خرج الحرارة (CCGT-CHP). في روسيا ، يوجد واحد فقط يعمل بنظام CCGT-CHP (CCGT-450T) بسعة 450 ميجاوات. تقوم شركة Nevinnomysskaya GRES بتشغيل وحدة طاقة CCGT-170 بسعة 170 ميجاوات ، وتعمل وحدة طاقة CCGT-300 بسعة 300 ميجاوات في Yuzhnaya CHPP في سانت بطرسبرغ.

4. وفقًا للمخطط التكنولوجي لأنابيب البخار ، يتم تقسيم TPPs إلى كتل TPPs و TPPs ذات الوصلات المتقاطعة.

5. وفقًا لمستوى الضغط الأولي ، يتم تمييز TPPs للضغط دون الحرج والضغط فوق الحرج (SKP).

ضع في اعتبارك محطة طاقة حرارية تكثيف نموذجية تعمل على الوقود العضوي (الشكل 3.1).

أرز. 3.1 التوازن الحراري للنفط والغاز

الفحم المسحوق (الأرقام بين قوسين) TPP

يتم توفير الوقود للغلاية ولاحتراقها ، يتم أيضًا توفير عامل مؤكسد هنا - هواء يحتوي على أكسجين. الهواء مأخوذ من الغلاف الجوي. اعتمادًا على التكوين والحرارة للاحتراق ، يتطلب الاحتراق الكامل لـ 1 كجم من الوقود 10-15 كجم من الهواء ، وبالتالي ، يعد الهواء أيضًا "مادة خامًا" طبيعية لتوليد الكهرباء ، والتي يتم توصيلها إلى منطقة الاحتراق من الضروري أن يكون لديك شاحن فائق قوي وعالي الأداء. نتيجة لتفاعل الاحتراق الكيميائي ، حيث يتم تحويل الكربون C من الوقود إلى ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد ثاني أكسيد الكربون ، والهيدروجين H 2 إلى بخار ماء H 2 O ، والكبريت S إلى أكاسيد SO 2 و SO 3 ، وما إلى ذلك ، احتراق الوقود تتشكل المنتجات - خليط من غازات مختلفة ذات درجة حرارة عالية. هي الطاقة الحرارية لمنتجات احتراق الوقود التي هي مصدر الكهرباء المولدة من TPPs.

داخل الغلاية ، يتم نقل الحرارة من غازات المداخن إلى الماء المتحرك داخل الأنابيب. لسوء الحظ ، لا يمكن تحويل كل الطاقة الحرارية المنبعثة نتيجة احتراق الوقود إلى الماء لأسباب فنية واقتصادية. يتم تبريد منتجات احتراق الوقود (غازات المداخن) إلى درجة حرارة 130-160 درجة مئوية من خلال المدخنة. جزء من الحرارة التي تحملها غازات المداخن ، اعتمادًا على نوع الوقود المستخدم وطريقة التشغيل ونوعية التشغيل ، هي 5-15٪.

يضمن جزء من الطاقة الحرارية المتبقية داخل المرجل ويتم نقله إلى الماء تكوين بخار بمعايير أولية عالية. يتم إرسال هذا البخار إلى التوربينات البخارية. يتم الحفاظ على فراغ عميق عند مخرج التوربين بمساعدة جهاز يسمى المكثف: الضغط خلف التوربين البخاري هو 3-8 كيلو باسكال (تذكر أن الضغط الجوي عند مستوى 100 كيلو باسكال). لذلك ، بعد دخول البخار إلى التوربين بضغط مرتفع ، ينتقل إلى المكثف ، حيث يكون الضغط منخفضًا ، ويتمدد. إن تمدد البخار هو الذي يضمن تحويل طاقته الكامنة إلى عمل ميكانيكي. تم تصميم التوربين البخاري بطريقة يتم فيها تحويل طاقة التمدد للبخار إلى دوران دواره. يتم توصيل دوار التوربين بدوار المولد ، في لفات الجزء الثابت التي يتم توليد الطاقة الكهربائية منها ، وهو الأخير منتج مفيد(السلع) أداء TPP.

المكثف ، الذي لا يحافظ فقط على الضغط في اتجاه مجرى التوربين ولكنه يتسبب أيضًا في تكثيف البخار (يتحول إلى ماء) ، يتطلب كمية كبيرة من الماء البارد للعمل. هذا هو النوع الثالث من "المواد الخام" التي يتم توريدها إلى TPPs ، ولتشغيل TPPs فهي لا تقل أهمية عن الوقود. لذلك ، يتم بناء محطات الطاقة الحرارية إما بالقرب من مصادر المياه الطبيعية الموجودة (النهر ، البحر) ، أو يتم بناء المصادر الاصطناعية (بركة التبريد ، أبراج تبريد الهواء ، إلخ).

يحدث فقدان الحرارة الرئيسي في محطة توليد الطاقة الحرارية بسبب انتقال حرارة التكثيف إلى مياه التبريد ، والتي بدورها تتخلص منها. بيئة. مع حرارة مياه التبريد ، يتم فقد أكثر من 50٪ من الحرارة الموردة إلى TPP بالوقود. بالإضافة إلى ذلك ، نتيجة لذلك ، يحدث التلوث الحراري للبيئة.

يتم استهلاك جزء من الطاقة الحرارية للوقود داخل TPP إما في شكل حرارة (على سبيل المثال ، لتسخين زيت الوقود الذي يتم توفيره إلى CHPP في شكل سميك في خزانات السكك الحديدية) أو في شكل كهرباء (على سبيل المثال ، للقيادة محركات كهربائية للمضخات لأغراض مختلفة). هذا الجزء من الخسائر يسمى الاحتياجات الخاصة.

للتشغيل العادي لمحطة الطاقة الحرارية ، بالإضافة إلى "المواد الخام" (الوقود ، ومياه التبريد ، والهواء) ، هناك حاجة إلى الكثير من المواد الأخرى: زيت لتشغيل أنظمة التشحيم ، وتنظيم وحماية التوربينات والكواشف ( الراتنجات) لتنظيف سائل العمل ، مواد إصلاح عديدة.

أخيرًا ، يتم تقديم خدمات TPP القوية من قبل عدد كبير من الموظفين الذين يقدمون التشغيل المستمر ، وصيانة المعدات ، وتحليل المؤشرات الفنية والاقتصادية ، والإمداد ، والإدارة ، إلخ. تقريبًا ، يمكننا أن نفترض أن هناك حاجة إلى شخص واحد للحصول على 1 ميجاوات من السعة المركبة ، وبالتالي ، فإن طاقم عمل TPP القوي هو عدة آلاف من الأشخاص. تتضمن أي محطة طاقة توربينية بخارية مكثفة أربعة عناصر إلزامية:

· غلاية كهربائية ، أو مجرد غلاية ، يتم توفير مياه التغذية فيها تحت ضغط عالٍ ووقود وهواء جوي للاحتراق. تتم عملية الاحتراق في فرن الغلاية - يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية وإشعاعية. تتدفق مياه التغذية من خلال نظام الأنابيب الموجود داخل المرجل. يعتبر الوقود المحترق مصدرًا قويًا للحرارة ، والذي يتم نقله إلى مياه التغذية. يتم تسخين الأخير إلى درجة الغليان ويتبخر. يتم تسخين البخار الناتج في نفس الغلاية فوق نقطة الغليان. يتم تغذية هذا البخار عند درجة حرارة 540 درجة مئوية وضغط من 13-24 ميجا باسكال من خلال واحد أو أكثر من خطوط الأنابيب إلى التوربينات البخارية ؛

وحدة توربينية تتكون من توربين بخاري ومولد كهربائي ومثير. التوربينات البخارية ، التي يتمدد فيها البخار إلى ضغط منخفض جدًا (حوالي 20 مرة أقل من الضغط الجوي) ، تحول الطاقة الكامنة للضغط والمسخن إلى بخار بدرجة حرارة عالية إلى طاقة حركية لدوران التوربين الدوار. يدير التوربين مولدًا كهربائيًا يحول الطاقة الحركية لدوران دوار المولد إلى تيار كهربائي. يتكون المولد الكهربائي من الجزء الثابت ، في اللفات الكهربائية التي يتولد منها التيار ، والدوار ، وهو مغناطيس كهربائي دوار ، يتم تشغيله بواسطة المثير ؛

· يعمل المكثف على تكثيف البخار القادم من التوربين وخلق فراغ عميق. هذا يجعل من الممكن تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير للضغط اللاحق للمياه الناتجة وفي نفس الوقت زيادة كفاءة البخار ، أي الحصول على مزيد من الطاقة من البخار الناتج عن المرجل ؛

· مضخة تغذية لتزويد المرجل بمياه التغذية وخلق ضغط مرتفع أمام التوربين.

وبالتالي ، فإن الدورة المستمرة لتحويل الطاقة الكيميائية للوقود المحترق إلى طاقة كهربائية تحدث في PTU فوق سائل العمل.

بالإضافة إلى العناصر المدرجة ، تحتوي وحدة PTU الحقيقية أيضًا على عدد كبير من المضخات والمبادلات الحرارية والأجهزة الأخرى اللازمة لزيادة كفاءتها. تظهر العملية التكنولوجية لتوليد الكهرباء في محطة طاقة حرارية تعمل بالغاز في الشكل. 3.2

العناصر الرئيسية لمحطة توليد الطاقة قيد الدراسة (الشكل 3.2) هي محطة غلاية تنتج بخارًا ذو معايير عالية ؛ محطة التوربينات أو التوربينات البخارية التي تحول حرارة البخار إلى طاقة ميكانيكية لدوران وحدة التوربين والأجهزة الكهربائية (مولد كهربائي ، محول ، إلخ) التي توفر توليد الكهرباء.

العنصر الرئيسي لمصنع المرجل هو المرجل. يتم توفير الغاز لتشغيل الغلاية من محطة توزيع الغاز المتصلة بخط أنابيب الغاز الرئيسي (غير موضح في الشكل) إلى نقطة توزيع الغاز (GRP) 1. هنا يتم تقليل ضغطها إلى عدة أجواء ويتم توفيرها للشعلات 2 تقع في الجزء السفلي من المرجل (تسمى هذه الشعلات الشعلات السفلية).

أرز. 3.2 عملية تكنولوجية لإنتاج الكهرباء في محطة طاقة حرارية تعمل بالغاز

المرجل نفسه عبارة عن هيكل على شكل حرف U مع قنوات غاز مستطيلة. يسمى الجانب الأيسر صندوق النار. داخل الفرن مجاني ، ويحدث فيه احتراق للوقود ، الغاز في هذه الحالة. للقيام بذلك ، يتم تزويد الشعلات بالهواء الساخن باستمرار بواسطة مروحة سحب خاصة 28 ، يتم تسخينها في سخان الهواء 25. في الشكل. يوضح الشكل 3.2 ما يسمى بسخان الهواء الدوار ، حيث يتم تسخين عبوة تخزين الحرارة بواسطة غازات المداخن الخارجة في النصف الأول من الثورة ، وفي النصف الثاني من الثورة تقوم بتسخين الهواء القادم من الغلاف الجوي. لزيادة درجة حرارة الهواء ، يتم استخدام إعادة التدوير: جزء من غازات المداخن يغادر المرجل ، مع مروحة إعادة تدوير خاصة 29 يتم تزويده بالهواء الرئيسي ويخلط معه. يُمزج الهواء الساخن بالغاز ويُغذى من خلال مواقد المرجل إلى الفرن - الغرفة التي يُحرق فيها الوقود. عند الاحتراق ، يتم تشكيل شعلة ، وهي مصدر قوي للطاقة المشعة. وهكذا ، أثناء احتراق الوقود ، يتم تحويل طاقته الكيميائية إلى طاقة حرارية وإشعاعية للشعلة.

جدران الفرن مبطنة بشاشات 19 - الأنابيب التي يتم إمدادها بمياه التغذية من الموفر 24. يوضح الرسم التخطيطي ما يسمى بغلاية المرة الواحدة ، التي يمر فيها الماء المغذي عبر نظام أنابيب الغلاية مرة واحدة فقط ، يسخن ويتبخر ، ويتحول إلى بخار جاف مشبع. استخدام واسعاستقبل غلايات الأسطوانة ، في الشاشات التي يتم فيها تدوير مياه التغذية بشكل متكرر ، ويتم فصل البخار عن ماء الغلاية في الأسطوانة.

تمتلئ المساحة خلف فرن الغلاية بكثافة شديدة بالأنابيب التي يتحرك بداخلها البخار أو الماء. في الخارج ، يتم غسل هذه الأنابيب بغازات المداخن الساخنة ، والتي تبرد تدريجياً أثناء انتقالها إلى المدخنة 26.

يدخل البخار الجاف المشبع في السخان الرئيسي ، ويتكون من السقف 20 ، والشاشة 21 ، والحمل الحراري 22 عنصرًا. في السخان الرئيسي ، ترتفع درجة حرارته ، وبالتالي الطاقة الكامنة. يترك بخار المعلمات العالية الذي يتم الحصول عليه عند الخروج من سخان الحمل الحراري المرجل ويدخل عبر خط أنابيب البخار إلى التوربينات البخارية.

تتكون التوربينات البخارية القوية عادةً من عدة توربينات منفصلة - أسطوانات.

إلى الأسطوانة الأولى - يتم توفير بخار الضغط العالي (HPC) 17 مباشرة من المرجل ، وبالتالي فهي ذات معايير عالية (لتوربينات SKD - 23.5 ميجا باسكال ، 540 درجة مئوية ، أي 240 درجة مئوية / 540 درجة مئوية). عند مخرج HPC ، يكون ضغط البخار 3-3.5 ميجا باسكال (30-35 ضغط جوي) ، ودرجة الحرارة 300-340 درجة مئوية. إذا استمر البخار في التمدد في التوربين أكثر من هذه المعلمات إلى الضغط في المكثف ، فسيصبح رطبًا لدرجة أن تشغيل التوربين على المدى الطويل سيكون مستحيلًا بسبب التآكل التآكل لأجزائه في الأسطوانة الأخيرة. لذلك ، من HPC ، يعود البخار البارد نسبيًا إلى المرجل إلى ما يسمى بالتسخين المتوسط 23. وفيه ، يقع البخار مرة أخرى تحت تأثير الغازات الساخنة للغلاية ، وترتفع درجة حرارته إلى درجة حرارته الأصلية (540) درجة مئوية). يتم إرسال البخار الناتج إلى أسطوانة الضغط المتوسط (MPC) 16. بعد التمدد في MPC إلى ضغط من 0.2 - 0.3 ميجا باسكال (2-3 ضغط جوي) ، يدخل البخار واحدًا أو أكثر من أسطوانات الضغط المنخفض المتطابقة (LPC) 15.

وهكذا ، عند التمدد في التوربين ، يقوم البخار بتدوير دواره المتصل بدوار المولد الكهربائي 14 ، في لفات الجزء الثابت التي يتم توليد تيار كهربائي منها. يزيد المحول جهده لتقليل الخسائر في خطوط الطاقة ، وينقل جزءًا من الطاقة المولدة لتشغيل احتياجات TPP الخاصة ، ويطلق باقي الكهرباء إلى نظام الطاقة.

يمكن أن يعمل كل من المرجل والتوربين فقط بمياه تغذية عالية الجودة وبخار ، مما يسمح فقط بشوائب ضئيلة من المواد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استهلاك البخار هائل (على سبيل المثال ، في وحدة طاقة تبلغ 1200 ميجاوات ، يتبخر أكثر من 1 طن من الماء في ثانية واحدة ، ويمر عبر التوربين ويتكثف). لذلك ، لا يمكن التشغيل العادي لوحدة الطاقة إلا عند إنشاء دورة مغلقة لسوائل العمل عالية النقاء.

يدخل البخار الذي يخرج من LPC من التوربينات إلى المكثف 12 - مبادل حراري ، من خلال الأنابيب التي يتدفق منها ماء التبريد باستمرار ، والتي يتم توفيرها بواسطة مضخة الدوران 9 من نهر أو خزان أو جهاز تبريد خاص (برج التبريد).

برج التبريد عبارة عن برج عادم مجوف من الخرسانة المسلحة (الشكل 3.3) يصل ارتفاعه إلى 150 مترًا ويبلغ قطر مخرجه 40-70 مترًا ، مما ينتج عنه سحب ذاتي للهواء الداخل من الأسفل عبر دروع توجيه الهواء.

يتم تركيب جهاز ري (رشاش) داخل برج التبريد على ارتفاع 10-20 م. يتسبب تحرك الهواء لأعلى في تبخر بعض القطرات (حوالي 1.5-2٪) ، ونتيجة لذلك يتم تبريد الماء القادم من المكثف والمسخن فيه. يتم جمع الماء المبرد أدناه في البركة ، ويتدفق إلى الغرفة الأمامية 10 ، ومن هناك يتم توفيره بواسطة مضخة الدوران 9 إلى المكثف 12 (الشكل 3.2).

أرز. 3.3 برج التبريد الطبيعي

أرز. 3.4. مظهربرج التبريد

إلى جانب المياه المتداولة ، يتم استخدام إمدادات المياه ذات التدفق المباشر ، حيث تدخل مياه التبريد إلى المكثف من النهر ويتم تصريفها في اتجاه مجرى النهر. يتكثف البخار القادم من التوربين إلى الفضاء الحلقي للمكثف ويتدفق إلى أسفل ؛ يتم تغذية ناتج التكثيف الناتج عن طريق مضخة التكثيف 6 من خلال مجموعة من السخانات المتجددة منخفضة الضغط (LPH) 3 إلى جهاز نزع الهواء 8. في LPH ، ترتفع درجة حرارة المكثف بسبب حرارة تكثيف البخار المأخوذ من التوربين . هذا يقلل من استهلاك الوقود في الغلاية ويزيد من كفاءة محطة توليد الكهرباء. في جهاز نزع الهواء 8 ، يتم نزع الهواء - إزالة الغازات المذابة فيه من المكثفات التي تعطل تشغيل المرجل. في نفس الوقت ، خزان نزع الهواء عبارة عن حاوية لمياه تغذية الغلايات.

من جهاز نزع الهواء ، يتم توفير مياه التغذية عن طريق مضخة التغذية 7 ، التي يتم تشغيلها بواسطة محرك كهربائي أو توربين بخاري خاص ، إلى مجموعة من سخانات الضغط العالي (HPH).

التسخين المتجدد للمكثفات في HDPE و HPH هو الطريقة الرئيسية والمربحة للغاية لزيادة كفاءة TPPs. ولّد البخار ، الذي امتد في التوربين من المدخل إلى خط أنابيب الاستخراج ، طاقة معينة ، وبعد دخوله إلى السخان المتجدد ، قام بنقل حرارة تكثيفه إلى مياه التغذية (وليس إلى المبرد!) ، مما أدى إلى رفعه. درجة الحرارة وبالتالي توفير استهلاك الوقود في الغلاية. درجة حرارة مياه تغذية الغلايات في اتجاه مجرى HPH ، أي قبل دخول المرجل ، اعتمادًا على المعلمات الأولية ، 240-280 درجة مئوية. وبالتالي ، يتم إغلاق دورة الماء البخاري التكنولوجي لتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية لدوران وحدة التوربين.

الأول يولد طاقة حرارية وكهربائية ، والثاني - كهرباء فقط. في كلتا الحالتين ، نحن نتحدث عن محطات الطاقة الحرارية ، والاختلافات بينها كبيرة ، ولكنها ليست أساسية - في UES في روسيا ، توجد محطات طاقة حرارية تعمل في وضع التكثيف ، ومحطات توليد الطاقة في المقاطعات الحكومية ، "المتدهورة" في التدفئة النباتات.

أي محطة طاقة هي مجموعة من المعدات التي تنظم تحويل الطاقة من مصدر معين (طبيعي عادة) إلى طاقة كهربائية وحرارية. في الطاقة الكهرومائية ، هذا المصدر هو الماء ، في الطاقة النووية - اليورانيوم ، وفي محطات الطاقة الحرارية (TPPs) يمكن تطبيق مجموعة متنوعة من العناصر (من الغاز والفحم ومنتجات النفط إلى الوقود الحيوي والآبار الحرارية الأرضية). في روسيا ، يتم توفير حوالي 70٪ من الكهرباء عن طريق محطات الطاقة الحرارية.

يتم استخدام اختصارين كتسميات شائعة لـ TPPs - GRES و CHPP. بالنسبة للأشخاص العاديين ، غالبًا ما يكونون غامضين ، ويتم الخلط أيضًا بين الأول ومحطة الطاقة الكهرومائية ، على الرغم من حقيقة أن هذا بشكل عام أنواع مختلفةتوليد. تعمل محطة الطاقة الكهرومائية على أساس تدفق المياه ، وتقوم سدودها بإغلاق الأنهار (ولكن هناك استثناءات) ، ومحطة توليد الكهرباء في الولاية تعمل بالبخار ، على الرغم من أن هذه المحطة قد يكون لها خزان خاص بها. ومع ذلك ، فإن محطات الطاقة الحرارية ، مثل محطات الطاقة الكهرومائية ، تحتاج أيضًا إلى الماء بشكل حيوي ، قادرة على العمل بفعالية حتى بعيدًا عن الأنهار والخزانات - في هذه الحالة ، عادةً ما يتم بناء أبراج التبريد عليها ، وهي واحدة من أكثرها ضخامة وملاحظة ( بعد المداخن) العناصر التقنية في هندسة الطاقة الحرارية. خاصة في فصل الشتاء.

الشيء الرئيسي هو الكهرباء

تسمية "GRES" هي من مخلفات المشروع الصناعي السوفيتي الضخم ، والذي تم في مرحلته الأولى ، في إطار خطة GOELRO ، حل مهمة القضاء على النقص ، وخاصة الطاقة الكهربائية. يتم فك شفرته ببساطة - "محطة الكهرباء الإقليمية للدولة". كانت تسمى المقاطعات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية الاتحادات الإقليمية (الصناعات مع السكان) ، حيث كان من الممكن تنظيم إمدادات طاقة واحدة. وفي النقاط الجغرافية الرئيسية ، بالقرب من رواسب كبيرة من المواد الخام التي يمكن استخدامها كوقود ، تم تركيب محطة كهرباء تابعة للولاية. ومع ذلك ، يمكن أيضًا توفير الغاز لمثل هذه المحطات عبر خطوط الأنابيب ، بينما يمكن توصيل الفحم وزيت الوقود وأنواع الوقود الأخرى عبر سكة حديدية. وفي Berezovskaya GRES التابعة لشركة Unipro في Sharypovo ، كراسنويارسك ، يأتي الفحم عمومًا على طول ناقل طوله 14 كيلومترًا.

بالمعنى الحديث ، فإن GRES هي محطة لتكثيف الطاقة (CPP) ، بالمقارنة مع CHP ، فهي قوية جدًا. بعد كل شيء ، تتمثل المهمة الرئيسية لهذه المحطة في توليد الكهرباء ، وفي الوضع الأساسي (أي بالتساوي على مدار اليوم أو الشهر أو السنة).

لذلك ، تقع GRES ، كقاعدة عامة ، بعيدًا عن المدن الكبيرة - بفضل خطوط الطاقة ، تعمل مرافق التوليد هذه لنظام الطاقة بأكمله. وحتى للتصدير - مثل ، على سبيل المثال ، Gusinoozerskaya GRES في بورياتيا ، منذ إطلاقها في عام 1976 ، مما يوفر نصيب الأسد من الإمدادات إلى منغوليا. وأداء دور "المحمية الساخنة" لهذا البلد.

ومن المثير للاهتمام أنه ليست كل المحطات التي تحتوي على الاختصار "GRES" في أسمائها تتكاثف ؛ يعمل بعضها كمحطات حرارة وتوليد مشتركة لفترة طويلة. على سبيل المثال ، Kemerovo GRES التابع لشركة Siberian Generating Company (SGK). في البداية ، في الثلاثينيات ، كانت تنتج الكهرباء فقط. علاوة على ذلك ، كان العجز في الطاقة كبيرًا في ذلك الوقت. لكن عندما نشأت مدينة كيميروفو حول المحطة ، برز سؤال آخر - كيف يتم تدفئة المناطق السكنية؟ ثم أعيد تصميم المحطة لتصبح محطة تقليدية لتسخين وتوليد الكهرباء ، ولم يتبق سوى الاسم التاريخي - GRES. بحيث يمكن للموظف أن يقول بفخر: "أنا أعمل في محطة كهرباء منطقة الولاية!". يشرح أليكسي كوتريف أن استهلاك الفحم للكهرباء والتدفئة في المحطة اليوم بنسبة 50 إلى 50 ".

في الوقت نفسه ، في GRESs الأخرى المدرجة في SGC - على سبيل المثال ، في Tom-Usinskaya (1345.4 MW) و Belovskaya (1260 MW) في Kuzbass ، وكذلك في Nazarovskaya (1308 MW) في إقليم كراسنويارسك - 97 ٪ من الفحم المحروق لتوليد الكهرباء. وفقط 3٪ - لتوليد الحرارة. والصورة هي نفسها ، مع استثناءات نادرة ، عمليا في أي محطة كهرباء ولاية أخرى.

أليكسي كوتريف

رئيس قسم عمليات TPP لفرع Kuzbass

أكبر محطة لتوليد الطاقة في المناطق الحكومية في روسيا وثالث محطة للطاقة الحرارية في العالم هي محطة الطاقة في مقاطعة سورجوتسكايا -2 (جزء من Unipro) - تبلغ سعتها 5657.1 ميجاوات (فقط محطتان لتوليد الطاقة الكهرومائية هما Sayano-Shushenskaya و Krasnoyarskaya ، هما أقوى في بلادنا). مع عامل قدرة لائق إلى حد ما يزيد عن 64.5٪ ، أنتجت هذه المحطة ما يقرب من 32 مليار كيلووات ساعة من الكهرباء في عام 2017. تعمل GRES على النفط والغاز الطبيعي المصاحب. تعتبر Reftinskaya هي الأكبر من حيث قدرة محطة توليد الكهرباء في منطقة الولاية في البلاد ، والتي تعمل بالوقود الصلب (الفحم) - وهي تقع على بعد 100 كيلومتر من يكاترينبورغ. تتيح 3.8 جيجاوات من الطاقة الكهربائية توليد أحجام تغطي 40٪ من احتياجات منطقة سفيردلوفسك بأكملها. يستخدم فحم إيكيباستوز كوقود رئيسي في المحطة.

الدفء هو الأولوية

تعتبر محطة توليد الحرارة والطاقة المشتركة (CHP) نوعًا آخر من محطات الطاقة الحرارية ، ولكنها ليست محطة تكثيف ، ولكنها محطة توليد مشترك.تنتج CHPPs بشكل أساسي الحرارة - في شكل بخار معالجة وماء ساخن (بما في ذلك لتزويد الماء الساخن وتدفئة المنشآت السكنية والصناعية). لذلك ، تعد CHP عنصرًا أساسيًا في أنظمة تدفئة المناطق في المدن ، من حيث الاختراق الذي تعتبر روسيا واحدة من رواد العالم فيه. محطات الطاقة الحرارية المتوسطة والصغيرة هي أيضًا مرافق لا غنى عنها للمؤسسات الصناعية الكبيرة. السمة الرئيسية لنظام CHP هي التوليد المشترك للطاقة: الإنتاج المتزامن للحرارة والكهرباء. يعتبر هذا أكثر كفاءة وربحًا من توليد الكهرباء فقط (كما هو الحال في محطة توليد الكهرباء في الولاية) أو التدفئة فقط (كما هو الحال في بيوت الغلايات) ، على سبيل المثال. لذلك ، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في وقت واحد اعتمدوا على التطور الواسع النطاق لتدفئة المناطق.

الفرق الأساسي بين CHP و GRES ، على الرغم من حقيقة أن كل هذه هي محطات توليد الطاقة التوربينية البخارية والمراجل - أنواع مختلفة من التوربينات. تم تجهيز محطات الطاقة والحرارة المجمعة بتوربينات تسخين من العلامة التجارية "T" ، والتي تختلف عن توربينات التكثيف من النوع "K" (التي تعمل في محطة توليد الكهرباء في منطقة الولاية) في وجود عمليات استخراج بخار محكومة. في المستقبل ، يتم إرساله ، على سبيل المثال ، إلى سخانات المياه المتصلة بالشبكة ، ومن هناك يذهب إلى بطاريات الشقق أو صنابير المياه الساخنة. تاريخياً ، حظيت توربينات T-100 ، المسماة "مائة جزء" ، بأكبر توزيع في بلدنا. لكنهم يعملون أيضًا في CHP وتوربينات الضغط المعاكس من النوع "P" ، والتي تنتج بخار العملية (ليس لديهم مكثف والبخار ، بعد أن يولد الكهرباء في مسار التدفق ، ينتقل مباشرة إلى المستهلك الصناعي ). هناك أيضًا توربينات من النوع "PT" ، والتي يمكن أن تعمل في كل من الصناعة والتدفئة.

في التوربينات من النوع K ، تنتهي عملية تمدد البخار في مسار التدفق بتكثيفه (مما يجعل من الممكن الحصول على طاقة كبيرة في محطة واحدة - تصل إلى 1.6 جيجاوات أو أكثر).

أليكسي كوتريف

رئيس قسم عمليات TPP لفرع Kuzbass

"بالنسبة لمحطات الطاقة الحرارية ، على عكس GRES ، فإن الكهرباء هي منتج ثانوي ؛ تعمل مثل هذه المحطات في الاتحاد السوفياتي وروسيا بشكل أساسي لتسخين المبرد - وتوليد الحرارة ، والتي تذهب بعد ذلك إلى المباني السكنية أو المؤسسات الصناعية في شكل بخار. وكمية الكهرباء التي يتم الحصول عليها نتيجة لذلك ليست مهمة للغاية. من المهم إعطاء السعرات الحرارية اللازمة حتى يشعر المستهلكون ، ولا سيما السكان ، بالراحة ".

خلال موسم التدفئة ، تعمل CHPP وفقًا لما يسمى "الجدول الحراري" - فهي تحافظ على درجة حرارة مياه الشبكة الرئيسية ، اعتمادًا على درجة الحرارة الخارجية. في هذا الوضع ، يمكن أن تحمل CHPP أيضًا الحمل الأساسي للكهرباء ، مما يدل ، بالمناسبة ، على عوامل استخدام السعة المركبة عالية جدًا (ICUF). وفقًا للجدول الكهربائي ، تعمل CHPP عادةً خلال الأشهر الدافئة من العام ، عندما يتم إيقاف تشغيل الاستخراج للتدفئة من التوربينات. من ناحية أخرى ، تعمل GRES حصريًا وفقًا لجدول الكهرباء.

ليس من الصعب تخمين أن CHPPs في روسيا أكبر بكثير من GRESs - وكلها ، كقاعدة عامة ، تختلف اختلافًا كبيرًا في القوة. هناك أيضًا الكثير من الخيارات لعملهم. تعمل بعض محطات الطاقة الحرارية ، على سبيل المثال ، كمحطة طاقة في منطقة الولاية - مثل ، على سبيل المثال ، CHPP-10 لشركة Irkutskenergo. تعمل شركات أخرى في تعاون وثيق مع المؤسسات الصناعية - وبالتالي لا تقلل من قدرتها حتى في فصل الصيف. على سبيل المثال ، يتم تزويد Kazan CHPP-3 TGK-16 بالبخار من قبل عملاق الصناعة الكيميائية - Kazanorgsintez (كلا الشركتين جزء من مجموعة TAIF). يولد Novo-Kemerovskaya CHPP SGK البخار لتلبية احتياجات KAO Azot. توفر بعض المحطات الحرارة والماء الساخن بشكل أساسي للسكان - على سبيل المثال ، توقفت جميع محطات الطاقة الحرارية الأربعة في نوفوسيبيرسك عمليًا عن إنتاج بخار العملية منذ التسعينيات.

يحدث أن محطات الطاقة والحرارة المشتركة لا تنتج الكهرباء على الإطلاق - على الرغم من أن هذه هي الآن أقلية. هذا يرجع إلى حقيقة أنه ، على عكس gigacalories ، التي يتم تنظيم تكلفتها بإحكام من قبل الدولة ، فإن الكيلوات في روسيا هي منتج السوق. في ظل هذه الظروف ، حتى محطات الطاقة الحرارية التي لم تعمل سابقًا في سوق الكهرباء والسعة بالجملة حاولت الدخول إليها. في هيكل SGC ، على سبيل المثال ، ذهب Krasnoyarsk CHPP-3 ، الذي كان حتى مارس 2012 ينتج طاقة حرارية فقط ، بهذه الطريقة. ولكن في الأول من مارس من ذلك العام ، تم تشغيل أول وحدة طاقة تعمل بالفحم في روسيا بطاقة 208 ميغاواط ، تم بناؤها بموجب وكالة الفضاء الكندية ، عليها. منذ ذلك الحين ، أصبحت هذه المحطة بشكل عام نموذجية في SGC من حيث كفاءة الطاقة وصداقة البيئة.

تعمل أكبر محطات الطاقة الحرارية في روسيا على الغاز وتحت جناح Mosenergo. يمكن اعتبار أقوى CHP-26 ، الذي يقع في منطقة Biryulyovo Zapadnoye في موسكو - على الأقل من حيث الطاقة الكهربائية البالغة 1841 ميجاوات ، فهو يتقدم على جميع CHPs الأخرى في البلاد. توفر محطة الطاقة هذه تدفئة المناطق للمؤسسات الصناعية والمباني العامة والسكنية التي يبلغ عدد سكانها أكثر من 2 مليون شخص في مناطق Chertanovo و Yasenevo و Biryulyovo و Maryino. على الرغم من أن الطاقة الحرارية لـ CHPP عالية (4214 Gcal / ساعة) ، إلا أنها ليست رقماً قياسياً. يتمتع CHPP-21 لنفس Mosenergo بسعة حرارية أعلى - 4918 Gcal / h ، على الرغم من أنه من حيث الكهرباء أدنى قليلاً من "زميله" (1.76 GW).

من إعداد البوابة "Kislorod.LIFE"