Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn của nhà máy điện nhiệt: Làm thế nào để chuyển đổi hơi nước ở nhiệt độ cao thành điện?
Là nguồn cung cấp điện quan trọng cho toàn cầu, các nhà máy điện nhiệt chịu trách nhiệm sản xuất khoảng 70% lượng điện của thế giới. Các nhà máy điện này sử dụng năng lượng nhiệt được tạo ra từ nhiều loại nhiên liệu khác nhau (như than, khí đốt tự nhiên và nhiên liệu hạt nhân) và truyền đến thiết bị phát điện để chuyển đổi năng lượng điện. Tuy nhiên, các nguyên tắc khoa học và kỹ thuật kỹ thuật liên quan đến quá trình này vẫn còn ít được biết đến.
Trong nhà máy điện nhiệt, năng lượng nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng cơ học và sau đó thành năng lượng điện, một quá trình tuân theo một loạt các chu trình nhiệt động lực học.
Nguyên lý hoạt động của nhà máy điện nhiệt có thể được đơn giản hóa thành một vài bước chính. Đầu tiên, nhiên liệu cháy trong nồi hơi để tạo ra khí nhiệt độ cao, sau đó khí này làm nóng nước trong nồi hơi để tạo thành hơi nước áp suất cao. Hơi nước áp suất cao này sau đó được dẫn đến tua-bin, nơi nó làm quay các cánh tua-bin. Chuyển động quay của tuabin được kết nối với máy phát điện và tiếp tục được chuyển đổi thành điện. Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào độ chính xác của quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt cũng như chất lượng và đặc tính của nhiên liệu được sử dụng.
Các chu trình nhiệt động lực học khác nhau có hiệu suất khác nhau và trong bảng xếp hạng, chu trình Rankine thường hiệu quả hơn các chu trình khác.
Ví dụ, chu trình Rankine liên quan đến việc xả khí áp suất thấp vào bộ ngưng tụ, tại đó khí được làm mát rồi đưa trở lại quá trình gia nhiệt để tạo ra nhiều hơi nước áp suất cao hơn. Thiết kế của các nhà máy điện nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn năng lượng mà chúng sử dụng. Ngoài nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân, ngày càng nhiều nhà máy điện bắt đầu khám phá việc sử dụng năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời và nhiên liệu sinh học.
Các nhà máy điện than không chỉ tạo ra điện mà một số còn sử dụng nhiệt thải để sưởi ấm công nghiệp hoặc khử muối nước biển, một công nghệ được gọi là công nghệ nhiệt điện kết hợp (CHP), giúp cải thiện hiệu suất tổng thể. Khi công nghệ tiến bộ, các nhà máy điện nhiệt siêu tới hạn và siêu siêu tới hạn đã xuất hiện, cho phép các nhà máy điện hoạt động ở nhiệt độ và áp suất cao hơn để cải thiện hiệu suất và giảm lượng khí thải.
Tuy nhiên, việc vận hành các nhà máy điện nhiệt truyền thống cũng mang đến những thách thức cho môi trường: khí nhà kính và các chất độc hại thải ra từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch tiếp tục ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu.
Trước các vấn đề về môi trường, công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) đã dần được chú ý mặc dù chi phí triển khai cao. Chính phủ và các tổ chức quốc tế cũng đang thúc đẩy các chính sách nhằm giảm phát thải độc hại và thúc đẩy sản xuất năng lượng sạch để giải quyết những thách thức của biến đổi khí hậu.
Lịch sử và tình hình hiện tại của sản xuất điện nhiệt
Nhìn lại lịch sử, động cơ hơi nước piston đã được sử dụng để tạo ra năng lượng cơ học từ thế kỷ 18 và sự phát triển của tua-bin hơi nước đã cải thiện đáng kể hiệu quả phát điện. Vào những năm 1880, với việc cấp bằng sáng chế cho tua-bin hơi nước, hiệu suất của nhà máy điện được cải thiện đáng kể và các máy piston truyền thống trở nên lỗi thời.
Hiện nay, các nguồn năng lượng tái tạo dựa vào thủy điện và năng lượng gió cũng đang dần trở thành một phần quan trọng của lưới điện hiện đại.
Trong khi các nhà máy điện nhiệt vẫn chiếm ưu thế trong sản xuất điện toàn cầu, nhu cầu về năng lượng tái tạo của xã hội đang tăng lên. Điều này cũng thúc đẩy việc chuyển đổi các nhà máy điện cũ và chuyển sang hệ thống năng lượng sạch hơn.
Về mặt kỹ thuật, các lò hơi và chu trình hơi nước truyền thống đã phát triển thành nhiều dạng khác nhau để phù hợp với nhiều nhu cầu khác nhau. Ví dụ, trong nhà máy điện hạt nhân, máy phát hơi nước được thiết kế chuyên biệt để trao đổi nhiệt nhằm kết nối hai hệ thống: lò phản ứng và hệ thống phát điện.
Những cải tiến thiết kế này không chỉ cải thiện hiệu quả hoạt động mà còn tăng cường tính an toàn.
Trong nhà máy điện nhiệt, nồi hơi là một trong những thành phần cốt lõi. Hoạt động của nó bao gồm một loạt các ống thép áp suất cao chuyển đổi nhiên liệu thông qua công nghệ đốt cháy hiệu quả, biến nước thành hơi nước nhiệt độ cao, từ đó làm quay tua-bin.
Ngoài ra, thiết kế của tụ điện cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của nhà máy điện. Chức năng của nó là làm mát hơi nước thải ra từ tua bin và chuyển hóa thành nước, cho phép hơi nước chảy trở lại nồi hơi. Nhiệt độ của nước làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả ngưng tụ hơi nước, từ đó ảnh hưởng đến việc sử dụng năng lượng của toàn bộ nhà máy điện.
Nhiều nhà máy điện nhiệt hiện nay cũng lựa chọn sử dụng hệ thống làm mát tuần hoàn, lấy nước lạnh từ các hồ chứa hoặc đại dương để giảm nhiệt độ hoạt động của bộ ngưng tụ, qua đó cải thiện hiệu quả hơn nữa.
Phần kết luậnVới tầm quan trọng ngày càng tăng của năng lượng tái tạo và các chính sách về môi trường, các nhà máy điện nhiệt đang phải đối mặt với áp lực phải chuyển đổi. Cấu trúc năng lượng trong tương lai sẽ cân bằng nhu cầu năng lượng và mục tiêu bảo vệ môi trường như thế nào sẽ là một phép thử đối với nguồn cung điện toàn cầu. Trong quá trình chuyển đổi này, đổi mới công nghệ và thúc đẩy chính sách sẽ đóng vai trò gì?
