تاريخ
فضاي داخلي كارخانه بخار تولدو اديسون ، تولدو ، اوهايو ، تقريباً در سال 1900موتور بخار رفت و برگشتي از قرن هجدهم براي توليد نيروي مكانيكي مورد استفاده قرار گرفته است كه توسط جيمز وات پيشرفت هاي چشمگيري انجام شده است. هنگامي كه اولين ايستگاه هاي برق مركزي توسعه يافته تجاري در سال 1882 در ايستگاه خيابان پرل در نيويورك و نيروگاه هولبورن وياودت در لندن تاسيس شدند ، از موتورهاي بخار رفت و برگشتي استفاده شد. توسعه توربين بخار در سال 1884 طراحي هاي ماشين آلات بزرگتر و كارآمدتري را براي ايستگاه هاي توليد مركزي فراهم كرد. تا سال 1892 توربين جايگزين بهتري براي موتورهاي رفت و برگشتي در نظر گرفته شد. توربين ها سرعت بالاتري ، ماشين آلات جمع و جورتر و تنظيم سرعت پايدار را ارائه مي دهند كه امكان كار همزمان همزمان توليد كننده ها را روي يك گذرگاه مشترك فراهم مي كند. پس از حدود سال 1905 ، توربين ها تقريباً در تمام نيروگاه هاي بزرگ مركزي جايگزين موتورهاي رفت و برگشتي شدند.انجام پروژه انجام پروژه هاي دانشجويي انجام پروژه
بزرگترين مجموعه موتورهاي رفت و برگشتي ساخته شده تا به حال در سال 1901 براي راه آهن مرتفع منهتن تكميل شد. هر يك از هفده واحد حدود 500 تن وزن و 6000 كيلووات داشتند. يك مجموعه توربين معاصر با درجه مشابه تقريباً 20٪ وزن داشت.
راندمان توليد برق حرارتي
يك چرخه رانكين با يك توربين بخار دو مرحله اي و يك آبگرمكن تغذيه اي واحد.بازده انرژي يك نيروگاه حرارتي معمولي به عنوان انرژي قابل فروش توليد مي شود كه به عنوان درصد ارزش گرمايش سوخت مصرف شده توليد مي شود. يك چرخه توربين گاز ساده ، بازده تبديل انرژي را از 20 به 35 درصد مي رساند. نيروگاه هاي معمولي مبتني بر ذغال سنگ كه در فشار بخار 170 بار و 570 درجه سانتيگراد كار مي كنند با راندمان 35 تا 38 درصد كار مي كنند ، با پيشرفته ترين نيروگاه هاي سوخت فسيلي با بازده 46 درصد. سيستم هاي چرخه تركيبي مي توانند به مقادير بالاتر برسند. مانند تمام موتورهاي حرارتي ، كارايي آنها محدود است و تحت قوانين ترموديناميك تنظيم مي شود.
بازده كارنو حكايت از اين دارد كه با افزايش درجه حرارت بخار ، بازدهي بالاتري حاصل مي شود. نيروگاه هاي سوخت فسيلي تحت فشار بحراني مي توانند بازدهي 36-40٪ را بدست آورند. طرح هاي فوق بحراني داراي بازدهي در محدوده پايين تا متوسط 40٪ هستند ، با طرح هاي جديد "فوق العاده مهم" با استفاده از فشارهاي بالاتر از 4400 psi (30.3 MPa) و گرمايش چند مرحله اي به بازده 45-48٪ مي رسد. بالاتر از نقطه بحراني آب 705 درجه فارنهايت (374 درجه سانتيگراد) و 3212 psi (22.06 مگاپاسكال) ، هيچ انتقال فازي از آب به بخار وجود ندارد ، بلكه فقط كاهش تدريجي چگالي وجود دارد.
در حال حاضر اكثر نيروگاه هاي هسته اي براي تأمين حاشيه ايمني محافظه كارانه تر در سيستم هايي كه گرما را از سوخت هسته اي پاك مي كنند ، بايد زير دما و فشارهايي كه نيروگاه هاي زغال سنگ ايجاد مي كنند كار كنند. اين ، به نوبه خود ، كارايي ترموديناميكي آنها را به 30-32 محدود مي كند. برخي از طرح هاي پيشرفته راكتور مورد مطالعه ، مانند راكتور با دماي بسيار بالا ، راكتور با گاز خنك كننده پيشرفته و راكتور آب فوق بحراني ، در دما و فشارهاي مشابه نيروگاه هاي فعلي ذغال سنگ كار مي كنند و بازده ترموديناميكي قابل مقايسه اي توليد مي كنند.
انرژي يك نيروگاه حرارتي كه در توليد برق استفاده نمي شود ، بايد نيروگاه را به صورت گرما به محيط زيست منتقل كند. اين گرماي هدر رفته مي تواند از طريق يك كندانسور عبور كرده و با آب خنك كننده يا در برج هاي خنك كننده دفع شود. اگر به جاي آن از گرماي زائد براي گرمايش منطقه استفاده شود ، به آن توليد همزمان مي گويند. يك طبقه مهم از نيروگاه هاي حرارتي مربوط به امكانات آب شيرين كن است. اينها معمولاً در كشورهاي كويري با منابع زيادي از گاز طبيعي يافت مي شوند و در اين گياهان توليد آب شيرين و برق به همان اندازه از محصولات مشترك مهم هستند.
انواع ديگر نيروگاه ها با محدوديت هاي مختلف كارايي مواجه هستند. اكثر نيروگاه هاي برق آبي در ايالات متحده حدود 90 درصد در تبديل انرژي افتادن آب به برق كارآمد هستند در حالي كه بهره وري توربين بادي توسط قانون بتز محدود شده و به حدود 59.3 درصد رسيده است و توربين هاي بادي واقعي كارايي كمتري را نشان مي دهند.
راندمان توليد برق حرارتي
يك چرخه رانكين با يك توربين بخار دو مرحله اي و يك آبگرمكن تغذيه اي واحد.بازده انرژي يك نيروگاه حرارتي معمولي به عنوان انرژي قابل فروش توليد مي شود كه به عنوان درصد ارزش گرمايش سوخت مصرف شده توليد مي شود. يك توربين گازي ساده با بهره مندي از پيشرفته ترين سوخت فسيلي ، بازده تبديل انرژي را از 20 به 35٪ مي رساند. نيروگاه هاي معمولي مبتني بر ذغال سنگ كه در فشار بخار 170 بار و 570 درجه سانتيگراد كار مي كنند و در بازده 35 تا 38٪ كار مي كنند گياهان با كارايي 46٪. سيستم هاي چرخه تركيبي مي توانند به مقادير بالاتر برسند. مانند تمام موتورهاي حرارتي ، كارايي آنها محدود است و تحت قوانين ترموديناميك تنظيم مي شود.
بازده كارنو حكايت از اين دارد كه با افزايش درجه حرارت بخار ، بازدهي بالاتري حاصل مي شود. نيروگاه هاي سوخت فسيلي تحت فشار بحراني مي توانند بازدهي 36-40٪ را بدست آورند. طرح هاي فوق بحراني داراي بازدهي در محدوده پايين تا متوسط 40٪ هستند ، با طرح هاي جديد "فوق العاده مهم" با استفاده از فشارهاي بالاتر از 4400 psi (30.3 MPa) و گرمايش چند مرحله اي به بازده 45-48٪ مي رسد. [4] بالاتر از نقطه بحراني آب 705 درجه فارنهايت (374 درجه سانتيگراد) و 3212 psi (22.06 مگاپاسكال) ، هيچ انتقال فازي از آب به بخار وجود ندارد ، بلكه فقط كاهش تدريجي چگالي وجود دارد.
در حال حاضر اكثر نيروگاه هاي هسته اي براي تأمين حاشيه ايمني محافظه كارانه تر در سيستم هايي كه گرما را از سوخت هسته اي پاك مي كنند ، بايد زير دما و فشارهايي كه نيروگاه هاي زغال سنگ ايجاد مي كنند كار كنند. اين ، به نوبه خود ، كارايي ترموديناميكي آنها را به 30-32 محدود مي كند. برخي از طرحهاي پيشرفته راكتور مورد مطالعه ، مانند راكتور با دماي بسيار بالا ، راكتور با گاز خنك كننده پيشرفته و راكتور آب فوق بحراني ، در دما و فشارهاي مشابه نيروگاههاي فعلي ذغال سنگ كار مي كنند و بازده ترموديناميكي قابل مقايسه اي توليد مي كنند.
انرژي يك نيروگاه حرارتي كه در توليد برق استفاده نمي شود ، بايد نيروگاه را به صورت گرما به محيط زيست منتقل كند. اين گرماي هدر رفته مي تواند از طريق يك كندانسور عبور كرده و با آب خنك كننده يا در برج هاي خنك كننده دفع شود. اگر به جاي آن از گرماي زائد براي گرمايش منطقه استفاده شود ، به آن توليد همزمان مي گويند. يك طبقه مهم از نيروگاه هاي حرارتي مربوط به امكانات آب شيرين كن است. اينها معمولاً در كشورهاي كويري با منابع زيادي از گاز طبيعي يافت مي شوند و در اين گياهان توليد آب شيرين و برق به همان اندازه از محصولات مشترك مهم هستند.
انواع ديگر نيروگاه ها با محدوديت هاي مختلف كارايي مواجه هستند. اكثر نيروگاه هاي برق آبي در ايالات متحده حدود 90 درصد در تبديل انرژي افتادن آب به برق كارآمد هستند در حالي كه بهره وري توربين بادي توسط قانون بتز محدود شده و به حدود 59.3 درصد رسيده و توربين هاي بادي واقعي كارايي كمتري را نشان مي دهند.مطالب علمي