Elektrownia parowo-elektryczna
Elektrownia parowo-elektryczna to elektrownia , w której generator elektryczny jest napędzany parą . Woda jest podgrzewana, zamienia się w parę i obraca turbinę parową , która napędza generator elektryczny . Po przejściu przez turbinę para skrapla się w skraplaczu . Największe różnice w konstrukcji elektrowni parowych wynikają z różnych źródeł paliwa.
Prawie wszystkie elektrownie węglowe , jądrowe , geotermalne , słoneczne , spalarnie odpadów , a także wiele elektrowni gazowych to elektrownie parowe. Gaz ziemny jest często spalany w turbinach gazowych oraz kotłach . Ciepło odpadowe z turbiny gazowej można wykorzystać do podniesienia pary w z cyklem kombinowanym , co poprawia ogólną wydajność.
Na całym świecie większość energii elektrycznej jest wytwarzana przez elektrownie parowe. Jedynymi szeroko stosowanymi alternatywami są fotowoltaika , bezpośrednia mechaniczna konwersja energii, jak w elektrowniach wodnych i turbinach wiatrowych, a także niektóre bardziej egzotyczne zastosowania, takie jak energia pływów lub energia fal, a wreszcie niektóre formy elektrowni geotermalnych. Niszowe zastosowania metod takich jak betawoltaika lub chemiczna konwersja energii (w tym elektrochemia ) mają znaczenie tylko w przypadku baterii i baterii atomowych . Ogniwa paliwowe są proponowaną alternatywą dla przyszłej gospodarki wodorowej .
Historia
Tłokowe silniki parowe były używane jako mechaniczne źródła zasilania od XVIII wieku, a znaczące ulepszenia zostały wprowadzone przez Jamesa Watta . Pierwsze komercyjne centralne elektrownie w Nowym Jorku i Londynie w 1882 r. Również wykorzystywały tłokowe silniki parowe. Wraz ze wzrostem rozmiarów generatorów ostatecznie przejęły turbiny ze względu na wyższą wydajność i niższe koszty budowy. W latach dwudziestych XX wieku każda stacja centralna o mocy większej niż kilka tysięcy kilowatów wykorzystywała główny napęd turbiny.
Efektywność
Sprawność konwencjonalnej elektrowni parowo-elektrycznej, zdefiniowana jako energia wytwarzana przez elektrownię podzielona przez wartość opałową zużywanego przez nią paliwa, wynosi zwykle od 33 do 48%, co jest ograniczone, ponieważ wszystkie silniki cieplne podlegają prawom termodynamiki ( zob . : Cykl Carnota ). Pozostała część energii musi opuścić roślinę w postaci ciepła. To ciepło odpadowe można usunąć za pomocą wody chłodzącej lub w wieżach chłodniczych . ( kogeneracja wykorzystuje ciepło odpadowe do ogrzewania miejskiego ). Ważna klasa elektrowni parowych jest związana z do odsalania , które zwykle znajdują się w krajach pustynnych z dużymi zasobami gazu ziemnego . W tych zakładach słodka woda i energia elektryczna są równie ważnymi produktami.
Ponieważ wydajność instalacji jest zasadniczo ograniczona stosunkiem temperatur bezwzględnych pary na wejściu i wyjściu turbiny, poprawa wydajności wymaga zastosowania pary o wyższej temperaturze, a zatem i ciśnieniu. W przeszłości inne płyny robocze, takie jak rtęć , były eksperymentalnie stosowane w elektrowniach z turbiną na opary rtęci , ponieważ mogą one osiągać wyższe temperatury niż woda przy niższych ciśnieniach roboczych. Jednak słabe właściwości przenoszenia ciepła i oczywiste zagrożenie toksycznością wykluczyły rtęć jako płyn roboczy.
Inną opcją jest użycie płynu nadkrytycznego jako płynu roboczego. Płyny nadkrytyczne pod pewnymi względami zachowują się podobnie do gazów, a pod innymi do cieczy. Wodę w stanie nadkrytycznym lub dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym można podgrzać do znacznie wyższych temperatur niż w konwencjonalnych obiegach parowych, co pozwala na uzyskanie wyższej sprawności cieplnej. Jednak substancje te muszą być utrzymywane pod wysokim ciśnieniem (powyżej ciśnienia krytycznego ), aby utrzymać stan nadkrytyczny i występują problemy z korozją.
Komponenty instalacji parowej
Skraplacz
Elektrownie parowe wykorzystują skraplacz powierzchniowy chłodzony wodą krążącą w rurach. Para, która była używana do obracania turbiny , jest odprowadzana do skraplacza i skrapla się, gdy wchodzi w kontakt z rurami wypełnionymi chłodną krążącą wodą. Skroplona para wodna, potocznie nazywana kondensatem . jest wyciągany z dna skraplacza. Sąsiednie zdjęcie to schemat typowego kondensatora powierzchniowego.
Aby uzyskać najlepszą wydajność, temperatura w skraplaczu musi być utrzymywana na możliwie najniższym poziomie, aby osiągnąć najniższe możliwe ciśnienie w skraplającej się parze. Ponieważ temperatura skraplacza prawie zawsze może być utrzymywana znacznie poniżej 100°C, gdy prężność pary wodnej jest znacznie mniejsza niż ciśnienie atmosferyczne, skraplacz na ogół działa w próżni . W ten sposób należy zapobiegać wyciekom nieskraplającego się powietrza do obiegu zamkniętego. Zakłady działające w gorącym klimacie mogą być zmuszone do zmniejszenia produkcji, jeśli ich źródło wody chłodzącej skraplacz stanie się cieplejsze; niestety zwykle zbiega się to z okresami wysokiego zapotrzebowania na energię elektryczną klimatyzacja . Jeśli dobre źródło wody chłodzącej nie jest dostępne, wieże chłodnicze mogą być używane do odprowadzania ciepła odpadowego do atmosfery. Dużą rzekę lub jezioro można również wykorzystać jako radiator do chłodzenia skraplaczy; wzrosty temperatury w naturalnie występujących wodach mogą mieć niepożądane skutki ekologiczne, ale w niektórych okolicznościach mogą również przypadkowo poprawić wydajność ryb. [ potrzebne źródło ]
Podgrzewacz wody zasilającej
W przypadku konwencjonalnej elektrowni parowo-elektrycznej wykorzystującej kocioł bębnowy skraplacz powierzchniowy usuwa utajone ciepło parowania z pary, która zmienia stan skupienia z pary na ciecz. Następnie pompa kondensatu pompuje kondensat przez podgrzewacz wody zasilającej , który podnosi temperaturę wody za pomocą pary ekstrakcyjnej z różnych stopni turbiny.
Wstępne podgrzewanie wody zasilającej zmniejsza nieodwracalność związaną z wytwarzaniem pary, a tym samym poprawia sprawność termodynamiczną systemu. Zmniejsza to koszty operacyjne instalacji, a także pomaga uniknąć szoku termicznego metalu kotła, gdy woda zasilająca jest ponownie wprowadzana do obiegu pary.
Bojler
Gdy ta woda znajdzie się w bojlerze lub generatorze pary , rozpoczyna się proces dodawania utajonego ciepła parowania . Kocioł przekazuje energię wodzie w wyniku reakcji chemicznej spalania pewnego rodzaju paliwa. Woda wpływa do kotła przez sekcję w przejściu konwekcyjnym zwaną ekonomizerem . Z ekonomizera przechodzi do bębna parowego, skąd schodzi opadami do dolnych kolektorów wlotowych ściany wodnej. Z kolektorów wlotowych woda podnosi się przez ściany wodne. Część z nich zamieniana jest w parę dzięki wytwarzaniu ciepła przez palniki umieszczone na przedniej i tylnej ściance wodnej (zwykle). Ze ścian wodnych mieszanina wody i pary wchodzi do bębna parowego i przechodzi przez szereg separatorów pary i wody, a następnie suszarki wewnątrz bębna parowego . Separatory pary a suszarki usuwają kropelki wody z pary; ciekła woda przenoszona do turbiny może powodować niszczącą erozję łopatek turbiny. i cykl przez ściany wodne jest powtarzany. Ten proces jest znany jako naturalne krążenie .
Elektrownie geotermalne nie potrzebują kotła, ponieważ wykorzystują naturalnie występujące źródła pary. Wymienniki ciepła mogą być stosowane tam, gdzie para geotermalna jest bardzo korozyjna lub zawiera nadmierną ilość zawiesin. Elektrownie jądrowe również gotują wodę w celu wytworzenia pary, albo bezpośrednio przepuszczając parę roboczą przez reaktor, albo za pomocą pośredniego wymiennika ciepła.
Przegrzewacz
Po kondycjonowaniu pary przez sprzęt suszący wewnątrz bębna jest ona odprowadzana z górnego obszaru bębna do skomplikowanego układu rur w różnych obszarach kotła, obszarach znanych jako przegrzewacz i przegrzewacz . Para wodna pobiera energię i jest przegrzewana powyżej temperatury nasycenia. Przegrzana para jest następnie kierowana głównymi przewodami parowymi do zaworów turbiny wysokociśnieniowej.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
| Krajowy | |
|---|---|
| Inny | |
