هناك طرق عديدة لإنتاج الطاقة تعتمد على نوع الوقود الذي نستخدمه والمكان أو الطريقة المستخدمة للقيام بذلك. تستخدم محطات الطاقة الحرارية التقليدية، والتي تسمى أيضًا محطات الطاقة الحرارية، الوقود الأحفوري لتوليد الطاقة الكهربائية. كثير من الناس لا يعرفون ما هي محطة الطاقة الحرارية.
سنخصص هذا المقال لنخبرك ما هي محطة الطاقة الحرارية، وما هي خصائصها وكيف تولد الطاقة الكهربائية.
ما هي محطة الطاقة الحرارية؟
ال محطات الطاقة الحرارية التقليديةتستخدم محطات الطاقة الحرارية، المعروفة أيضًا باسم محطات الطاقة الحرارية، الوقود الأحفوري (الغاز الطبيعي أو الفحم أو زيت الوقود) لتوليد الكهرباء من خلال دورة بخار الماء الحراري. ويستخدم مصطلح "التقليدية" لتمييزها عن غيرها من المحطات الحرارية، مثل الدورة المركبة أو المحطات النووية. تقوم هذه المحطات بتوليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية، والتي تتحول بعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية وأخيراً إلى كهرباء.
مكوناته الرئيسية هي:
- سخان مياه: الفضاء الذي يحول الماء إلى بخار من خلال احتراق الوقود. وفي هذه العملية، يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية.
- لفائف: الأنابيب التي يدور من خلالها الماء، حيث يتحول إلى بخار. ينقل غاز الاحتراق حرارته إلى الماء.
- توربينات البخار: آلة تجمع بخار الماء، مما يتسبب في تحرك العمود الذي يمر عبر التوربين بسبب نظام الضغط ودرجة الحرارة. تحتوي هذه التوربينات عادة على عدة أجسام (ضغط مرتفع ومتوسط ومنخفض) للاستفادة القصوى من البخار.
- مولد كهرباء: آلة تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية المولدة إلى كهرباء عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. يتم توصيل عمود التوربين بالمولد الذي ينتج تيارًا متناوبًا ثلاثي الطور.
تشغيل محطة طاقة حرارية
تشغيل أ محطة الطاقة الحرارية التقليدية يمكن تقسيمها إلى عدة مراحل. أولا وقبل كل شيء، وقود يتم حرقه في غلاية لتوليد كمية كبيرة من الحرارة. يتم استخدام هذه الحرارة ل لتسخين الماء، والذي يتحول إلى بخار عالي الضغط ودرجة الحرارة العالية.
يتم إرسال هذا البخار إلى التوربينات، حيث يمارس ضغطًا على ريش التوربينات، مما يؤدي إلى دوران التوربين. هو حركة التوربينات فهو يولد طاقة ميكانيكية، والتي تتحول في النهاية إلى طاقة كهربائية في المولد.
وتمر الكهرباء المولدة عبر محول، حيث يزداد جهدها ليتم توزيعها على مسافات طويلة عبر الشبكة الكهربائية.
يتم إرسال البخار، بمجرد استخدامه في التوربين، إلى مكثف حيث يتم تبريده وتحويله مرة أخرى إلى ماء، مما يؤدي إلى دورة إنتاج بخار مغلقة. وهذه العملية شائعة في جميع محطات الطاقة الحرارية، بغض النظر عن نوع الوقود المستخدم.
أنواع الدورات في محطة الطاقة الحرارية
- دورة رانكين: يتم استخدامه في معظم محطات الطاقة الحرارية التقليدية. تستغل هذه الدورة الطاقة الحرارية للوقود لتوليد بخار الماء، والذي يقوم بعد ذلك بتشغيل التوربين.
- دورة هيرن: إنها نسخة مختلفة من دورة رانكين، مع مرحلة إضافية من إعادة التسخين بالبخار. تعمل هذه العملية على تحسين كفاءة الطاقة.
التأثيرات البيئية لمحطة الطاقة الحرارية
تولد محطات الطاقة الحرارية تأثيرات سلبية على البيئة بسبب الانبعاثات الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري وإطلاق كميات كبيرة من الحرارة المهدرة.
ومن حيث الانبعاثات، تنتج هذه المصانع ثاني أكسيد الكربون (CO2)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وأكاسيد النيتروجين (NOx)، وثاني أكسيد الكبريت (SO2)، التي تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري وتلوث الهواء. ويمكن إطلاق عناصر سامة أخرى مثل الزئبق والرصاص.
تُستخدم المرشحات لتقليل كمية الجزيئات المنبعثة في الغلاف الجوي، وعادةً ما تكون المداخن طويلة بما يكفي لتفريق الجزيئات في الهواء بشكل أفضل.
انتقال الحرارة والتلوث الحراري
والمشكلة الأخرى المرتبطة بذلك هي التلوث الحراري بسبب إطلاق الحرارة المتبقية في المسطحات المائية القريبة. وهذا يرفع درجة حرارة الماء، مما يؤثر على النظام البيئي المحلي. وتطبق محطات توليد الطاقة أنظمة تبريد للتخفيف من هذا التأثير، حيث تقوم بتبريد المياه قبل إعادتها إلى مصدرها.
التأثير على صحة الإنسان
تؤثر الملوثات المنبعثة من محطات الطاقة الحرارية سلباً على صحة الإنسان. يمكن أن تسبب الجسيمات والغازات السامة الناتجة عن الاحتراق أمراض الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية. وعلى المدى الطويل، يزيد التعرض لهذه المواد من خطر الإصابة بالسرطان.
لقد تحسنت المرشحات والأنظمة الحالية، على الرغم من أنه لا تزال هناك حاجة إلى تطوير تقنيات جديدة لتقليل التأثير على الصحة والبيئة.
أنواع محطات الطاقة الحرارية
هناك أنواع مختلفة من محطات الطاقة الحراريةاعتمادًا على الوقود المستخدم وتصميم المصنع.
محطات الطاقة الحرارية التقليدية
يستخدمون الوقود الأحفوري مثل الفحم وزيت الوقود أو الغاز الطبيعي. وعلى الرغم من شيوعها في جميع أنحاء العالم، إلا أن تأثيرها البيئي كبير بسبب انبعاث الغازات الملوثة.
محطات توليد الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبة
ال مصانع الدورة المركبة فهي أكثر كفاءة من تلك التقليدية. يستخدمون توربينات الغاز لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية عن طريق حرق الغاز الطبيعي. تُستخدم الغازات الساخنة الزائدة لتوليد البخار الذي يعمل على تشغيل توربين بخاري آخر، مما يقلل الانبعاثات.
محطات الطاقة الحرارية النووية
أنها تولد الطاقة من خلال الانشطار النووي في المفاعل الذي يطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتحويل الماء إلى بخار. وعلى الرغم من أنها لا تنبعث منها غازات دفيئة، إلا أنها تشكل مخاطر بسبب النفايات المشعة والحوادث النووية المحتملة.
البدائل والطاقات المتجددة
ال الطاقات المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية، تكتسب المزيد من الأرض. ولا تنتج هذه المصادر انبعاثات غازات الدفيئة وهي أكثر استدامة على المدى الطويل.
توفر محطات الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الحرارية الأرضية بدائل مماثلة للمحطات الحرارية التقليدية، مع الاستفادة من المصادر الطبيعية دون الآثار السلبية المرتبطة بالوقود الأحفوري.
تعمل التحسينات التكنولوجية على زيادة الكفاءة وخفض التكاليف، وتسريع اعتمادها في جميع أنحاء العالم.
محطة لتوليد الطاقة البخارية
ال محطات توليد الطاقة البخارية يستخدمون دورة يمر فيها الماء بمرحلة بخار ويعود إلى حالته السائلة. ومن الشائع في الحراريات التقليدية.
اكتسبت التكنولوجيا فوق الحرجة أهمية، مما أدى إلى تحسين الكفاءة وتقليل فقدان الطاقة من خلال القضاء على تغييرات الطور.
وهي إحدى التقنيات الرئيسية في إنتاج الكهرباء، على الرغم من أن نمو الطاقات المتجددة بدأ يحل محلها تدريجياً.
يمر قطاع الطاقة بتحول عميق. ولا تزال محطات الطاقة الحرارية ذات أهمية، ولكن الطاقات المتجددة أخذت بالفعل زمام المبادرة في العديد من البلدان، وذلك بفضل تأثيرها البيئي المنخفض وإمكانات نموها العالية.