3.1: Основи виробництва електроенергії з парових турбін

Last updated
Save as PDF

Page ID: 31943

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

3.1 Основи виробництва електроенергії з парових турбін

Історія

Було кілька людей, які намагалися використовувати тиск пари для отримання якоїсь механічної енергії, але вони насправді не змогли цього досягти (включаючи Ватт, 1769; фон Кемпелен, 1784; Тревітік, початок 1800-х років). Перша парова турбіна була розроблена де Лавалем в 1870-х роках - його пристрій використовувалося для відділення вершків від молока. Однак Чарльз Парсонс першим використав пар як робочу рідину для виробництва електроенергії.

Механіка

Загальна мета полягає в тому, щоб рухати електричний генератор круговим способом, що можна зробити за допомогою турбіни. Для того щоб турбіна була приведена в дію, необхідно використовувати робочу рідину. Вода може використовуватися для приводу турбіни для електрики - вона відома як гідроелектроенергія. На малюнку 3.1а показана схема водяного колеса і як воно працює, а на малюнку 3.1б показано зображення сучасної турбіни. Турбіна використовує силу води (і вітряки теж працюють за цим принципом) для повороту колеса (або турбіни). Поворотну турбіну можна використовувати для переміщення чогось іншого, на зразок чогось, що буде подрібнювати пшеницю в борошно.

Схема водяного повороту водяного колеса. Колесо повертається за годинниковою стрілкою, вода тече справа наліво — Малюнок 3.1a: Схема повороту води водяного колеса. Вода - це робоча рідина для повороту колеса, яка також відома як турбіна.

*Кредит: топ-альтернативна енергія-джерела.com*

колесо повертається водою, що виливається зверху — Кредит: *Пермакультурування в Португалії Блог*

Робоча рідина повинна відповідати певним критеріям. Вона повинна бути:

дешеві;
наявні, або здатні вироблятися у великих кількостях;
досить безпечний і екологічно чистий.

Одне з небагатьох речовин, яке відповідає цим критеріям, - вода. Однак, оскільки у нас немає необмежених водоспадів для виробництва гідроелектроенергії, наступне найкраще - це «газова вода» або пара. І щоб виробляти електроенергію, ми хочемо, щоб турбіна оберталася дуже швидко, і спосіб зробити це за допомогою пари високого тиску.

Спосіб отримання пари високого тиску заснований на законі Бойла: Для фіксованої кількості газу, що утримується при постійній температурі, тиск разів об'єм дорівнює постійній (P* V = постійна). Для цього застосування Закон Бойля стає важливим при поєднанні з роботою Чарльза і Гей-Люссака, де обсяг пропорційний температурі. Тому для фіксованої кількості газу при постійному тиску, то P* V = (постійний) * T. якщо обсяг утримується постійним, а температура збільшується, то тиск також буде збільшуватися. Ключем до виробництва пари високого тиску є отримання високотемпературної пари. Якщо пар високого тиску і високої температури подається в турбіну, пара може розширюватися по всій турбіні, і обсяг збільшується. Під час розширення, у міру збільшення обсягу, тиск падає, що в свою чергу призводить до зниження температури. Малюнок 3.2а являє собою схему, яка підсумовує, як пара відіграє певну роль в турбіні.

Схема того, як пара грає роль в турбіні. Описано в добре в підписі — Малюнок 3.2a: Схема високотемпературної пари високого тиску як робочої рідини для турбіни. Коли пара проходить через турбіну, обсяг води збільшується, а температура і тиск падають; пар потім конденсується у воду і знову використовується в процесі.

*Кредит: Д-р Керолайн Кліффорд*

Та ж схема, що і вище, але до турбіни кріпиться генератор. Підпис добре описує — Малюнок 3.2б: Та ж схема, але з генератором, прикріпленим до турбіни. У міру повороту турбіни відбувається поворот генератора, який потім виробляє електроенергію.

*Кредит: Д-р Керолайн Кліффорд*

Коли турбіна підключена до генератора, то виробляється електроенергія. Генератор - це котушка дроту, яка дуже швидко обертається навколо набору магнітів. Отже, якщо додати генератор в турбіну... (Див. Рис. 3.2b) Як видно на малюнку 3.1, воду можна використовувати для повороту турбіни, яка потім повертає генератор на електрику. Прикладом гідроелектростанції є гідроелектростанція на греблі Гувера в штаті Невада (див. Рис.

Малюнок 3.3: Гребля Гувера вночі.

*Кредит: Бюро Меліорації, Андрій Перник, Фотограф*

Майже 99% нашої електроенергії надходить від генераторів. Раніше 12-15% електроенергії вироблялося на гідроелектростанціях, але ця кількість знизилася до 6-9%. Гідроелектроенергія обмежена місцем розташування (водоспади), тому електроенергія повинна надходити з іншого джерела. Решта 85-94% надходять від електростанцій, в яких в якості робочої рідини в турбіні використовується пар. Отже, як нам це зробити так дешево і надійно, наскільки можемо? Пар - це робоча рідина, яка використовується, тому зараз ми перейдемо до того, як ми це робимо.