Language
Country/Area
No result found
لغز محطات الطاقة الحرارية: كيفية تحويل البخار عالي الحرارة إلى كهرباء؟
باعتبارها مصدرًا مهمًا لإمدادات الكهرباء العالمية، تعد محطات الطاقة الحرارية مسؤولة عن إنتاج حوالي 70% من كهرباء العالم. تستخدم محطات الطاقة هذه الطاقة الحرارية المولدة من أنواع مختلفة من الوقود (مثل الفحم والغاز الطبيعي والوقود النووي) وتنقلها إلى معدات توليد الطاقة لتحقيق تحويل الطاقة الكهربائية. ومع ذلك، فإن المبادئ العلمية والتقنيات الهندسية المستخدمة في هذه العملية لا تزال غير معروفة إلى حد كبير.
في محطة الطاقة الحرارية، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ثم إلى طاقة كهربائية، وهي عملية تتبع سلسلة من الدورات الحرارية الديناميكية.
يمكن تبسيط مبدأ عمل محطة الطاقة الحرارية إلى بضع خطوات رئيسية. أولاً، يحترق الوقود في الغلاية لإنتاج غازات عالية الحرارة، والتي بدورها تقوم بتسخين الماء في الغلاية لتشكيل بخار عالي الضغط. يتم بعد ذلك توجيه هذا البخار عالي الضغط إلى التوربين، حيث يقوم بتدوير شفرات التوربين. يتم توصيل الحركة الدورانية للتوربين بمولد وتحويلها إلى كهرباء. وتعتمد كفاءة هذه العملية على دقة تحويل الطاقة الحرارية، وكذلك على جودة وخصائص الوقود المستخدم.
تتمتع الدورات الحرارية الديناميكية المختلفة بكفاءات مختلفة، وفي الترتيب، تكون دورة رانكين أكثر كفاءة بشكل عام من الدورات الأخرى.
على سبيل المثال، تتضمن دورة رانكين ضخ الغاز منخفض الضغط إلى مكثف، حيث يتم تبريده ثم إعادته إلى عملية التسخين لإنتاج المزيد من البخار عالي الضغط. يعتمد تصميم محطات الطاقة الحرارية بشكل كبير على مصدر الطاقة الذي تستخدمه. بالإضافة إلى الوقود الأحفوري والطاقة النووية، بدأت المزيد والمزيد من محطات الطاقة في استكشاف استخدام الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الشمسية والوقود الحيوي.
لا تقوم محطات الطاقة التي تعمل بالفحم بتوليد الكهرباء فحسب، بل يستخدم بعضها أيضًا الحرارة المهدرة للتدفئة الصناعية أو تحلية مياه البحر، وهي ما يسمى بتكنولوجيا الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)، والتي تعمل على تحسين الكفاءة الإجمالية. مع تقدم التكنولوجيا، ظهرت محطات الطاقة الحرارية فوق الحرجة وفوق الحرجة للغاية، مما يسمح لمحطات الطاقة بالعمل في درجات حرارة وضغوط أعلى لتحسين الكفاءة وتقليل الانبعاثات.ومع ذلك، فإن تشغيل محطات الطاقة الحرارية التقليدية يجلب معه أيضًا تحديات للبيئة: إذ لا تزال الغازات المسببة للاحتباس الحراري والمواد الضارة الناجمة عن حرق الوقود الأحفوري تؤثر على المناخ العالمي.
في مواجهة القضايا البيئية، اكتسبت تقنية التقاط الكربون وتخزينه اهتمامًا تدريجيًا على الرغم من تكاليف تنفيذها المرتفعة. وتعمل الحكومات والمنظمات الدولية أيضًا على تعزيز السياسات الرامية إلى الحد من الانبعاثات الضارة وتشجيع توليد الطاقة النظيفة لمواجهة تحديات تغير المناخ.
تاريخ وحالة توليد الطاقة الحرارية الحالية
إذا نظرنا إلى التاريخ، نجد أن محركات البخار المكبسية كانت تستخدم لتوليد الطاقة الميكانيكية منذ القرن الثامن عشر، كما أدى تطوير التوربينات البخارية إلى تحسين كفاءة توليد الطاقة بشكل كبير. في ثمانينيات القرن التاسع عشر، ومع حصول توربينات البخار على براءة اختراع، تحسنت كفاءة محطات الطاقة بشكل كبير، وأصبحت آلات المكبس التقليدية عتيقة.
في الوقت الحالي، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة التي تعتمد على الطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح أيضًا جزءًا مهمًا من شبكة الطاقة الحديثة.
في حين لا تزال محطات الطاقة الحرارية تهيمن على إنتاج الكهرباء في العالم، فإن الطلب المجتمعي على الطاقة المتجددة يتزايد. ويساهم هذا أيضًا في تحويل محطات الطاقة القديمة وتكييفها إلى نظام طاقة أنظف.
على المستوى التقني، تطورت الغلايات التقليدية ودورات البخار إلى أشكال مختلفة لتناسب احتياجات مختلفة. على سبيل المثال، في محطة الطاقة النووية، تم تصميم مولد البخار خصيصًا لتبادل الحرارة لربط نظامين: المفاعل وتوليد الطاقة.
لا تعمل هذه الابتكارات التصميمية على تحسين الكفاءة التشغيلية فحسب، بل تعمل أيضًا على تعزيز السلامة.
في محطة الطاقة الحرارية، يعتبر المرجل أحد المكونات الأساسية. تعتمد عملية تشغيلها على سلسلة من الأنابيب الفولاذية ذات الضغط العالي التي تقوم بتحويل الوقود من خلال تقنية الاحتراق الفعالة، وتحويل الماء إلى بخار عالي الحرارة، والذي يقوم بدوره بتحريك التوربين.
بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تصميم المكثف أيضًا على كفاءة محطة الطاقة. وظيفتها هي تبريد البخار المنطلق من التوربين وتحويله إلى ماء مما يسمح له بالعودة إلى الغلاية. تؤثر درجة حرارة مياه التبريد بشكل مباشر على كفاءة تكثيف البخار، وبالتالي تؤثر على استخدام الطاقة في محطة الطاقة بأكملها.
تختار العديد من محطات الطاقة الحرارية الآن أيضًا استخدام أنظمة التبريد الدائرية، والتي تسحب الماء البارد من الخزانات أو المحيط لتقليل درجة حرارة تشغيل المكثف، مما يحسن الكفاءة بشكل أكبر.
خاتمةمع تزايد أهمية الطاقة المتجددة والسياسات البيئية، تواجه محطات الطاقة الحرارية ضغوطاً للتحول. وسوف يشكل الكيفية التي سيحقق بها هيكل الطاقة في المستقبل التوازن بين الطلب على الطاقة وأهداف حماية البيئة اختباراً لإمدادات الكهرباء العالمية. في هذا التحول، ما هو الدور الذي سيلعبه الابتكار التكنولوجي وتعزيز السياسات؟
