كتب different designs

كفاءة المحرك الحراري هي النسبة بين الشغل الناتج والطاقة الحرارية المضافة التي يُستخرج منها الشغل، وهي مرتبطة بفرق درجات الحرارة بين الحرارة المضافة إلي المحرك الحراري والحرارة التي تغادر المحرك الحراري.

في المحطات الحرارية تكون المياه هي المائع الأساسي في المحطة، ويتطلب البخار ذو الضغط المرتفع أجزاء قوية وتتحمل الإجهادات، بينما تتطلب الحرارة المرتفعة للبخار أجزء مصنعة من سبائك النيكل والكوبلت الثمينة بدلًا من استخدام الصلب الرخيص، وتكون تلك السبائك قادرة علي تحمل درجات حرارة مرتفعة تصل إلي 655 °C، بينما أقل درجة حرارة للبخار ثابتة نتيجة درجة حرارة مياه التبريد، وبتحديد درجات الحرارة كهذا فإن الكفاءة الحرارية للمحطة البخارية تكون 35% إلي 42%.

بينما تحتوي الدورة الغازية علي ضاغط هواء وغرفة احتراق وتوربينة غازية، في التوربينات الغازية فإن مقدار المعادن التي تتحمل درجات الحرارة والضغوط المرتفعة يجب أن تكون كبيرة ويتم استخدام الغالي منها لكي يتحمل لفترة أكبر، حيث تستقبل التوربينة الغازية الغازات بدرجات حرارة تترواح من 900 إلي 1400 °C وتكون درجة حرارة الغازات المغادرة من التوربينة بين 450:650 سيلزيوس، والتي تكون عالية بشكل كافي لإعادة استخدامها في الدورة البخارية والتي تستخدم البخار كمائع تشغيل.

في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالدورة المركبة، تُستخدم الطاقة الحرارية في الغازات المطرودة من التوربينة الغازية في توليد البخار في الدورة البخارية عن طريق غلاية استرداد الحرارة والتي تُنتج بخار تصل درجة حرارته إلي 580 سيلزيوس، والمكثف في الدورة البخارية يقوم بتريد البخار بواسطة مياه من الأنهار أو البحار أو حتي البحيرات أو بواسطة أبراج التبريد فتصل درجة الحرارة في النهاية إلي 15 درجة سليزيوس.

الحجم المثالي لمحطات الدورة المركبة

في عملية توليد الكهرباء بشكل موسع وتجاري، تكون قدرة المحطة الغازية 270 ميجاوات ويتم دمجها مع وحدة بخارية ثانوية بقدرة 130 ميجاوات ليشكلوا وحدة مركبة ويعطوا معًا قدرة إجمالية 400 ميجاوات، وتتكون المحطات المركبة من 1 إلي 6 من تلك الوحدات المركبة.

ويتدخل حجم المحطة في تكلفة المحطة حيث أن المحطات ذات المساحات الكبيرة تكون موفرة اقتصاديا.

غلايات بدون احتراق

غلاية استرداد الحرارة هي الجزء رقم 5 في الشكل السابق( علي اليسار)، وعندما لا يكون هناك حرق للوقود يعني أنه لا يكون هناك حاجة للوقود في المحطة البخارية، وتكون الغلاية هنا عبارة عن مبادل حراري، حيث تدخل الغازات الساخنة قادمة من التوربينة الغازية وتدخل علي لمحمص البخار ثم المبخر ومن ثم تدخل علي جزء الموفر، وتدخل مياه التغذية بمسار عكسي حيث تمر أولًا بالموفر لتخرج عند درجة حرارة التشبع ثم المبخر ثم لمحمص البخار، وبإزديات درجة حرارة الغازات القادمة تزداد درجة حرارة المغادرة أيضًا.

غلاية الضغط المزودج

يُفضل استخدام غلاية الضغط المزدوج عندكا تكون الطاقة الحرارية المستخرجة من الغازات مرتفعة، ويتم توظيف الغلاية للقيام بهذا الأمر حيث تحتوي علي، وعائين لفصل البخار عن الماء، ووعاء الضغط المنخفض لفص البخار يتصل بالموفر أو المبخر ذو الضغط المنخفض، حيث يتم إنتاج البخار عند ضغط منخفض في منطقة ذات درجات حرارة منخفضة، ويتم إمداد البخار ذو الضغط المنخفض إلي توربينة بخارية تعمل عند ضغط منخفض، ويتم إمرار بعض المياه من منطقة الضغط المنخفض إلي الموفر ذو الضغط العالي بواسطة مضخة، ويقوم الموفر بتسخين المياه إلي نقطة الغليان، وتمر المياه المشبعة بعد ذلك خلال منطقة في الغلاية ذات درجات حرارة مرتفعة ويتولد البخار عن ضغط مرتفع ومن ثم يتم إمراره علي توربينة بخارية ذات ضغوط مرتفعة.

الاحتراق الإضافي

من الممكن استخدام احتراق إضافي في الدورة المركبة (خلال غلاية استرداد الحرارة) وذلك لرفع درجة حرارة الغازات من 600 °C (درجة حرارة الخروج من التوربينة الغازية) إلي 800 وتصل أحيانًا إلي 1000 °C وذلك باستخدام احتراق الإضافي والذي لن يؤثر في كفاءة الدورة المركبة في معظم الأحوال، لكن في حالة استخدام غلاية واحدة في الدورة فإن رفع درجة حرارة الفازات إلي 700-750 درجة سيلزيوس من الممكن أن يرفع كفاءة الدورة، ويستخدم الاحتراق الإضافي في الغلايات المزدوجة لزيادة القدرة الكهربائية المنتجة من الوحدة أو لزيادة إنتاجية البخار من الغلاية لمعالجة فشل في إنتاج البخار في الوحدة الأخرى.

وأقصي احتراق مساعد أو إضافي يشير إلي أقصي كمية من الوقود من الممكن أن تحترق مع الاكسجين المتاح في عوادم التوربينة الغازية، حيث يُعتبر الغازات الساخنة هي هواء الاحتراق ولا يستلزم إستنزاف هواء من الالضاغط.

ويُستخدم الاحتراق المساعدة في الدورة المركبة في أضيق الحدود وعند الحاجة القصوي له وذلك لأن استخدامه بشكل كبير في الدورات المركبة يسبب انخفاض في الكفاءة الكلية للدورة وذلك لارتفاع درجة حرارة دخول التوربينة الغازية.

ومن الممكن تصميم غلاية استرداد الحرارة بغرفة احتراق إضافية للحرق المساعد بعد التوربينة الغازية مباشرة لزيادة درجة حرارة الغازات، وبدون استخدام الاحتراق الإضافي فإن الكفاءة الحرارية للدورة المركبة يكون أعلي لكن نضطر لاستخدامه وذلك لتلبية الاحتياجات المتغيرة من إنتاجية الكهرباء.

ويتم في بعض الأحيان إضافة وقود إلي الغازات الساخنة وذلك لأنها تظل محتفظة ببعض الأكسجين حيث أننا نضطر لإضافة هواء بكثرة أكثر من النسبة المفروضة في غرفة الاحتراق في التوربينة للتغلب علي قوة الهواء أثناء دخوله إلي التوربينة.