أسباب تسرب المياه من الثلاجة

 محطات التوليد البخارية

تستخدم محطات الطاقة البخارية (Steam Power Station) على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم لتوليد الكهرباء ، وغالبًا ما يستخدم الفحم لتزويد هذه المحطات بالوقود. على الرغم من أن احتياطيات الفحم الموجودة في العالم ستكون كافية لحوالي قرنين من الزمان ، إلا أن التكنولوجيا المستخدمة بشكل كبير اليوم لإنتاج الكهرباء من الفحم تسبب آثارًا بيئية سلبية كبيرة

محطات التوليد البخاريةSteam Power Station

تعرف محطات توليد الكهرباء البخارية ( توربينات البخار) وذلك لأنها تعتمد علي ضغط البخار في تحريك التوربينات محطة توليد الكهرباء البخارية ،هي محطة طاقة يتم فيها تشغيل المولد الكهربائي بالبخار. حيث يتم تسخين المياه ، وتحويلها إلى بخار وتدور التوربينات البخارية التي تشغل المولد الكهربائي. بعد أن يمر عبر التوربين ، يتكثف البخار في مكثف. 

يرجع أكبر اختلاف في تصميم محطات توليد الطاقة البخارية والكهربائية إلى مصادر الوقود المختلفة حيث تستعمل هذه المحطات الأنواع المتوفرة من الوقود مثل ( الفحم أو الغاز الطبيعي أو البترول). ويتم إنتاج معظم الطاقة الكهربائية في جميع أنحاء العالم بواسطة محطات توليد الكهرباء البخارية نظرًا لوفرة الوقود (الفحم).

مبدأ عمل محطات التوليد البخارية

 مخطط تحويل الطاقة داخل محطات التوليد البخارية

تتكون محطة توليد الطاقة البخارية من غلاية وتوربينات بخارية ومولد وغيرها من الملحقات. تقوم الغلاية بتوليد البخار عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية. تعمل التوربينات البخارية على تحويل الطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية. يقوم المولد بعد ذلك بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.

عوامل تحديد موقع محطة الطاقة البخارية

يتم اختيار موقع محطة الطاقة البخارية في المواقع التي تتوفر فيها الشروط التالية:

• يجب وضع محطة الطاقة البخارية بالقرب من مناجم الفحم لتقليل تكلفة نقل الوقود. حيث ان محطة توليد الطاقة البخارية التي تستخدم الفحم كوقود تحتاج إلى كمية كبيرة جدًا من الوقود سنويًا. لذا يجب وضع محطة توليد الطاقة البخارية بالقرب من مناجم الفحم بحيث تكون تكلفة نقل الوقود في أدنى مستوياتها.
• توفر المياه المبردة الباردة لتبريد البخار داخل المكثف وتأمين دورة البخار، لذلك تبنى المحطات الحرارية بالقرب من البحار والأنهار حيث تستخدم محطة توليد الطاقة البخارية الماء كحل عملي على مدار العام ، والذي يتم تبخيره وتكثيفه بانتظام
• طبيعة الأرض حيث يجب أن يتمتع الموقع المختار بقدرة تحمل عالية لا تقل عن 10 نيوتن / مم مربع لتحمل الوزن الساكن للمصنع. سيقلل من تكلفة قاعدة المصنع.
• تسهيلات النقل: يجب أن تكون المحطة متصلة جيدًا بمسارات النقل المهمة مثل السكك الحديدية أو الطرق. غالبًا ما تحتاج محطة توليد الطاقة البخارية الجديدة إلى نقل المواد والآلات. لذلك ، يجب أن توجد مرافق نقل كافية ، أي يجب أن يكون المصنع مرتبطًا جيدًا بأجزاء أخرى من الأرض عن طريق السكك الحديدية والطرق. إلخ.
• تكلفة ونوع الأرض: يجب أن تتمتع الأرض بقدرة تحمل كبيرة للآلات الثقيلة ومع ذلك تكون ميسورة التكلفة بما يكفي للشراء. يجب أن تكون محطة توليد الطاقة البخارية موجودة في نقطة يكون فيها العقار رخيصًا ويمكن إجراء المزيد من التوسعات ، إذا لزم الأمر. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون سعة النقل في المنطقة كافية بحيث يمكن تركيب الآلات الثقيلة.
• يجب إنشاء المحطة بعيدًا عن المناطق المأهولة بالسكان قدر الإمكان بسبب تلوث الهواء.
• لتقليل تكلفة النقل ، يجب وضع المصنع بالقرب من مراكز التحميل. موقع المصنع في مركز الأحمال يقلل من تكلفة قنوات النقل والخسائر التي تحدث فيها.

مكونات محطات التوليد البخارية

تتكون محطات التوليد البخارية من عده مكونات رئيسية(Main Component on Steam Power Plant) وهي :

فرن الاحتراقFurnace

الفرن عبارة عن نظام لحرق الوقود المستخدم داخل وعاء كبير يتصل بخزان الوقود ويختلف هذا الفرن باختلاف نوع الوقود المستخدم وطريقة الاشتعال ، وتلحق بهذا النظام وسائل إمداد ونقل الوقود والتخلص من المواد الناتجة من الاحتراق.

المرجل Boiler

عبارة عن وعاء كبير يحتوي على ماء نقي يتم تسخينه ورفع درجة حرارته لتحويله إلى بخار ويتصل المرجل بفرن الاحتراق وخزانات الماء مباشرة ويختلف المرجل باختلاف نوع الوقود وكمية البخار المنتج في وحدة الزمن وقدرة المحطة المطلوبة، وفي كثير من الأحيان
يكون الفرن والمرجل في حيز واحد تحقيقا للاتصال المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه.

تتميز الغلاية بالقدرة على تحويل الماء إلى بخار. حيث تتم عملية تحويل الماء إلى بخار عن طريق تسخين الماء في الأنابيب بالطاقة الناتجة من حرق الوقود.
و تتم عملية الاحتراق بشكل مستمر في غرفة الاحتراق بالوقود وتدفق الهواء من السطح. والبخار الناتج هو أبخرة شديدة الحرارة ذات درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. يعتمد حجم إنتاج البخار على مساحة سطح نقل الحرارة ، ومعدل التدفق. و نظام الغلايات المكون من أنابيب مملوءة بالماء يسمى غلاية أنبوب الماء(water tube boiler).

التوربين Turbine

تصنع التوربينة من الصلب على شكل أسطواني مثبت به لوحات مقعرة يصطدم بها البخار فيعمل على دوران المحور حيث تعمل التوربينات البخارية على تغيير الطاقة الحرارية المنقولة في البخار إلى حركة دورانية و ينتقل هذا البخار بعد ذلك إلى المكثف ، بينما يتم استخدام قوة الدوران لتشغيل المولد. اليوم تقريبًا كل التوربينات البخارية هي نوع من توربينات التكثيف(condensing turbine). وتختلف التوربينة باختلاف حجم وضغط ودرجة حرارة البخار.

المكثف (Condensers)

وهو وعاء كبير يدخل إليه البخار الآتي من التوربينة من أعلى بعد أن يكون قد قام بتدويرها وفقد الكثير من ضغطه ودرجة حرارته. ويدخل له من أسفل تيار من ماء التبريد داخل أنابيب حلزونية وذلك لتحويل البخار إلى ماء حيث يعود إلى المرجل مرة أخرى بواسطة المضخات. فالمكثفات هي أدوات لتحويل البخار إلى ماء.

مدخنة المحطة Power Plant Chimney

وهي من الطوب الحراري أسطوانية الشكل مرتفعة جدا تعمل على طرد البواعث الناتجة عن حرق الوقود، مخلفات الاحتراق الغازية إلى الجو على ارتفاع شاهق للإسراع في طرد غازات الاحتراق والتقليل من تلوث البيئة المحيطة بالمحطة.

المولدAlternator

ويتكون من عضو ثابت وعضو دوار، يحمل العضو الدوار أقطابا مغناطيسية ( لتوليد المجال المغناطيسي). بينما يحمل العضو الثابت الملفات التي يتولد فيها القوة الدافعة الكهربائية (EMF). والعضو الدوار مربوط مباشرة بمحور التوربينة.
و عندما يدير التوربين المولد ، يتم إنتاج طاقة كهربائية. يتم بعد ذلك السير على هذا الجهد الكهربائي المتولد بمساعدة محول ثم يتم نقله إلى حيث سيتم استخدامه.

الآلات والمعدات المساعدة

وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات والمعدات الميكانيكية والكهربائية منظمات السرعة ومعدات تحميص البخار التي تساعد على إتمام العمل في محطات التوليد.

تشغيل محطات التوليد البخارية

دورة مائع العمل لمحطة توليد الطاقة البخارية هي دورة نهائية تستخدم نفس السائل بانتظام. أولاً ، يتم تحميل الماء في الغلاية لملء مساحة السطح بالكامل لنقل الحرارة. في الغلاية ، يتم تسخين الماء بواسطة الغازات الساخنة لوقود الاحتراق بالهواء بحيث يتحول إلى مرحلة البخار.
يتم توجيه البخار المتولد عن الغلاية مع الضغط ودرجة الحرارة للقيام بالعمل على التوربين لتوفير الطاقة الميكانيكية بترتيب الدوران. يخرج البخار السابق من التوربين ثم ينتقل إلى المكثف ليتم تجميده بماء تبريد يتحول إلى ماء.
ثم يتم استخدام الماء المتكثف مرة أخرى كمياه تغذية للغلايات. وهكذا تستمر الدورة وتتكرر. يتم استخدام دوران التوربين لتشغيل المولد المرتبط مباشرة بالتوربين. لذلك عندما يدور التوربين ، تنتج محطات خرج المولد الكهرباء. وعلى الرغم من أن سلسلة سائل العمل عبارة عن دورة مغلقة فإن كمية الماء في الدورة ستنخفض.

كفاءة محطات الطاقة البخارية

الكفاءة الكلية لمحطة الطاقة البخارية متوسطة جدًا (حوالي 29٪) ويرجع ذلك أساسًا إلى سببين.

أولاً ، يتم فقد قدر كبير من الحرارة في المكثف وثانيًا ، تحدث خسائر الحرارة في مراحل مختلفة من النبات. لا يمكن سحب فقد الحرارة في المكثف. ذلك لأن الطاقة الحرارية لا يمكن تحويلها إلى طاقة ميكانيكية بدون اختلاف في درجة الحرارة. كلما زاد التباين في درجة الحرارة ، زادت الطاقة الحرارية التي تتحول إلى طاقة ميكانيكية. هذا يتطلب البخار في المكثف عند درجة حرارة معتدلة. لكننا نعلم أنه كلما زاد اختلاف درجة الحرارة ، زادت قيمة فقد الحرارة. هذا يوضح متوسط كفاءة هذه المحطة.

مميزات وعيوب المحطات البخارية

تستخدم محطات التوليد البخارية علي نطاق واسع في اغلب بلدان العالم وذلك لأنها تعتمد علي الوقود الارخص مثل الفحم أو الغاز الطبيعي أو البترول مقارنه بمحطات التوليد الأخرى، وفيما يلي توضيح لمميزاتها وعيوبها.

مميزات المحطات البخارية Advantages of Steam Power Station

• إمكانية الحصول على طاقة كهربائية عالية لكميات وقود أقل من تلك المطلوبة للحصول على نفس الطاقة بواسطة المحطات الغازية. أي أن تكاليف إنتاج الكيلوات ساعة اقل.
• رخص الوقود المستخدم مقارنة بالوقود المستخدم في المحطات النووية والغازية.
• التكاليف الأولية أقل وأيضا تحتاج لوقت قليل لتشغيل المحطة.
• تكاليف الصيانة والتشغيل ليست مرتفعة.
• المساحة المطلوبة للمحطة أقل من تلك المطلوبة للمحطات المائية.
• الوحدات البخارية تكون عادة ذات قدرات عالية لذلك تستخدم كوحدات لتشغيل الأحمال المستمرة.
• إمكانية استعمالها لتحلية المياه المالحة ، الأمر الذي يجعلها ثنائية الإنتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبة.
• تكلفة محطة الطاقة البخارية أقل من العديد من محطات الطاقة.

عيوب المحطات البخاريةDisadvantages of Steam Power Plant

• التلوث البيئي الناشئ من تلك المحطات.
• ارتفاع تكاليف التشغيل الدورية.
• انخفاض الكفاءة وذلك نتيجة المفاقيد المتعددة في المراحل المختلفة.
• يجب بناء تلك المحطات بعيدا عن التجمعات السكنية (مسافة واحد كم على الأقل).
• تحتاج إلى كميات كبيرة من مياه التبريد.
• يعتبر نقل الوقود مشكلة كبيرة.
• تكلفة توليد الطاقة أعلى من الطاقة الكهرومائية.
• قد يتم استنفاد الفحم عن طريق الاستخدام التدريجي.

مصادر 

Steam-electric power station

Steam Power Station: Components, Application, and Working Mechanism

كتاب محطات التوليد وطرق الحماية ( المناهج السعودية)