محطة توليد الطاقة الحرارية

تُستخدم مياه تغذية المرجل البخاري كوسيلة لنقل الطاقة الحرارية من احتراق الوقود إلى الطاقة الميكانيكية لتوربين البخار الدوار . تتكون مياه التغذية من مياه مكثفة مُعاد تدويرها ومياه مُعالجة مُنقّاة . ونظرًا لأن المواد المعدنية التي تلامسها هذه المياه عُرضة للتآكل عند درجات الحرارة والضغوط العالية، تُنقّى المياه المُعالجة بدرجة عالية قبل استخدامها. يُنتج نظام مُليّنات المياه ووحدات التبادل الأيوني لإزالة المعادن مياهًا نقية لدرجة أنها تُصبح عازلة للكهرباء ، حيث تتراوح موصليتها بين 0.3 و1.0 ميكروسيمنز لكل سنتيمتر.  تبلغ كمية المياه المُعالجة في محطة توليد طاقة بقدرة 500 ميغاواط حوالي 120 جالونًا أمريكيًا في الدقيقة (7.6 لتر/ثانية) لتعويض المياه المسحوبة من خزانات المرجل، وذلك لضمان نقاء المياه، ولتعويض الفاقد الطفيف الناتج عن تسربات البخار في النظام.

تبدأ دورة مياه التغذية بضخ مياه التكثيف من المكثف بعد مرورها عبر التوربينات البخارية.  ويبلغ معدل تدفق التكثيف عند الحمل الكامل في محطة توليد طاقة بقدرة 500 ميغاواط حوالي 6000 جالون أمريكي في الدقيقة (400 لتر/ثانية).

عادةً ما يتم ضغط الماء على مرحلتين، ويتدفق عادةً عبر سلسلة من ستة أو سبعة سخانات مياه تغذية وسيطة، حيث يتم تسخينه في كل مرحلة باستخدام البخار المستخرج من وصلة استخراج مناسبة على التوربينات، ويكتسب درجة حرارة أعلى في كل مرحلة. في منتصف سلسلة سخانات مياه التغذية هذه، وقبل المرحلة الثانية من الضغط، يتدفق المكثف بالإضافة إلى مياه التغذية عبر جهاز إزالة الهواء ^{[ 13 ] [ 14 ]} الذي يزيل الهواء المذاب من الماء، مما يزيد من نقائه ويقلل من قابليته للتآكل. بعد ذلك، يمكن إضافة الهيدرازين إلى الماء ، وهي مادة كيميائية تزيل الأكسجين المتبقي فيه إلى أقل من 5 أجزاء في المليار . كما يُضاف إليه عوامل للتحكم في درجة الحموضة ، مثل الأمونيا أو المورفولين، للحفاظ على انخفاض الحموضة المتبقية وبالتالي منع التآكل.

المرجل عبارة عن فرن مستطيل الشكل يبلغ طول ضلعه حوالي 15 مترًا (50 قدمًا) وارتفاعه 40 مترًا (130 قدمًا) . جدرانه مصنوعة من شبكة من أنابيب فولاذية عالية الضغط يبلغ قطرها حوالي 58 ملم (2.3 بوصة ) .   

يُضخ الوقود، كالفحم المسحوق ، إلى الفرن عبر مواقد موزعة في الزوايا الأربع، أو على طول أحد الجدران، أو على جدارين متقابلين، ثم يُشعل ليحترق بسرعة، مُشكلاً كرة نارية كبيرة في المركز. يُسخّن الإشعاع الحراري لهذه الكرة النارية الماء الذي يدور في أنابيب الغلاية بالقرب من محيطها. ويبلغ معدل دوران الماء في الغلاية من ثلاثة إلى أربعة أضعاف معدل التدفق.

▶

25 80 17

غلاية في محطة إيرو لتوليد الطاقة .

أثناء دوران الماء في المرجل ، يمتص الحرارة ويتحول إلى بخار. يُفصل البخار عن الماء الموجود داخل أسطوانة في أعلى الفرن. يُضخ البخار المشبع إلى أنابيب التسخين الفائق المعلقة في الجزء الأكثر سخونة من غازات الاحتراق عند خروجها من الفرن. هنا، يُسخن البخار إلى درجة حرارة فائقة تصل إلى 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) لتجهيزه للتوربين.  

تستخدم محطات توليد الطاقة التي تعتمد على التوربينات الغازية لتسخين المياه وتحويلها إلى بخار غلايات تُعرف باسم مولدات البخار لاستعادة الحرارة (HRSG). تُستخدم الحرارة المنبعثة من التوربينات الغازية لإنتاج بخار فائق التسخين، والذي يُستخدم بدوره في دورة توليد البخار والماء التقليدية، كما هو موضح في قسم محطات الدورة المركبة للتوربينات الغازية .

يدخل الماء إلى المرجل عبر قسم في مسار الحمل الحراري يُسمى المُقتصد . ومن المُقتصد، ينتقل الماء إلى أسطوانة البخار ، ومنها يمر عبر أنابيب هابطة إلى مداخل رئيسية في أسفل جدران الماء. من هذه المداخل، يرتفع الماء عبر جدران الماء في الفرن، حيث يتحول جزء منه إلى بخار، ثم يعود خليط الماء والبخار إلى أسطوانة البخار. قد تتم هذه العملية بفعل الدوران الطبيعي فقط (لأن كثافة الماء في الأنابيب الهابطة أعلى من كثافة خليط الماء والبخار في جدران الماء)، أو بمساعدة المضخات. في أسطوانة البخار، يُعاد الماء إلى الأنابيب الهابطة، ويمر البخار عبر سلسلة من فواصل البخار ومجففاته التي تزيل قطرات الماء منه. ثم يتدفق البخار الجاف إلى ملفات التسخين الفائق.

تشمل المعدات المساعدة لفرن الغلاية فوهات تغذية الفحم ومسدسات الإشعال، ومضخات نفخ السخام ، ومضخات رش الماء، وفتحات مراقبة (في جدران الفرن) لمراقبة داخل الفرن. ويتم تجنب انفجارات الفرن الناتجة عن تراكم الغازات القابلة للاشتعال بعد فصل التيار الكهربائي عن طريق طرد هذه الغازات من منطقة الاحتراق قبل إشعال الفحم.

تحتوي أسطوانة البخار (وكذلك ملفات التسخين الفائق والمجمعات) على فتحات تهوية ومصارف هواء ضرورية لبدء التشغيل الأولي.

تحتوي محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري عادةً على قسم تسخين فائق في فرن توليد البخار. يمر البخار عبر معدات تجفيف داخل أسطوانة البخار وصولاً إلى قسم التسخين الفائق، وهو عبارة عن مجموعة من الأنابيب داخل الفرن. هنا، يكتسب البخار المزيد من الطاقة من غازات الاحتراق الساخنة خارج الأنابيب، وترتفع درجة حرارته إلى ما فوق درجة حرارة التشبع. ثم يُنقل البخار المسخن فائقًا عبر خطوط البخار الرئيسية إلى الصمامات قبل التوربين عالي الضغط.

لا تحتوي محطات البخار التي تعمل بالطاقة النووية على مثل هذه الأقسام، بل تنتج البخار في ظروف تشبع شبه كاملة. وقد زُوّدت محطات نووية تجريبية بمُسخّنات فائقة تعمل بالوقود الأحفوري في محاولة لتحسين التكلفة التشغيلية الإجمالية للمحطة.

يقوم المكثف بتكثيف البخار الخارج من التوربين وتحويله إلى سائل ليسهل ضخه. وإذا أمكن تبريد المكثف، ينخفض ​​ضغط البخار الخارج وتزداد كفاءة الدورة .

المكثف السطحي عبارة عن مبادل حراري من نوع الأنبوب والغطاء ، حيث يُضخ ماء التبريد عبر الأنابيب. ^{[ 11 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} يدخل بخار العادم من التوربين منخفض الضغط إلى الغطاء، حيث يُبرد ويتحول إلى مكثف (ماء) بتدفقه فوق الأنابيب كما هو موضح في الرسم التخطيطي المجاور. تستخدم هذه المكثفات قاذفات بخار أو مخارج عادم تعمل بمحرك دوار لإزالة الهواء والغازات باستمرار من جانب البخار للحفاظ على الفراغ .

لتحقيق أفضل كفاءة، يجب الحفاظ على درجة حرارة المكثف عند أدنى مستوى ممكن عمليًا، وذلك للوصول إلى أدنى ضغط ممكن في بخار التكثيف. وبما أنه يمكن دائمًا تقريبًا الحفاظ على درجة حرارة المكثف أقل بكثير من 100  درجة مئوية، حيث يكون ضغط بخار الماء أقل بكثير من الضغط الجوي، فإن المكثف يعمل عادةً تحت فراغ . لذا، يجب منع تسرب الهواء غير القابل للتكثيف إلى الدائرة المغلقة.

عادةً ما يتسبب ماء التبريد في تكثف البخار عند درجة حرارة تقارب 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) ، مما يُولّد ضغطًا مطلقًا في المكثف يتراوح بين 2 و7 كيلو باسكال (0.59 إلى 2.07 بوصة زئبقية ) ، أي ما يعادل فراغًا مقداره -95 كيلو باسكال (-28 بوصة زئبقية) مقارنةً بالضغط الجوي. ويُسهم الانخفاض الكبير في الحجم الذي يحدث عند تكثف بخار الماء إلى سائل في خلق هذا الفراغ، الذي يزيد عمومًا من كفاءة التوربينات.      

العامل المحدد هو درجة حرارة مياه التبريد، والتي تتأثر بالظروف المناخية السائدة في موقع محطة توليد الطاقة. قد يكون من الممكن خفض درجة الحرارة إلى ما دون حدود التوربينات خلال فصل الشتاء، مما قد يؤدي إلى تكثف مفرط داخلها. قد تضطر المحطات العاملة في المناطق الحارة إلى خفض إنتاجها إذا ارتفعت درجة حرارة مياه التبريد المستخدمة في المكثف. وللأسف، يتزامن هذا عادةً مع فترات ارتفاع الطلب على الكهرباء لتشغيل أجهزة التكييف .

يستخدم المكثف عادةً إما مياه التبريد المتداولة من برج التبريد لطرد الحرارة المهدرة إلى الغلاف الجوي، أو مياه التبريد ذات الدورة الواحدة من نهر أو بحيرة أو محيط. في الولايات المتحدة، يستخدم حوالي ثلثي محطات توليد الطاقة أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة، والتي غالبًا ما يكون لها آثار بيئية سلبية كبيرة. تشمل هذه الآثار التلوث الحراري ونفوق أعداد كبيرة من الأسماك والكائنات المائية الأخرى عند مآخذ مياه التبريد . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

يجب أيضًا إزالة الحرارة التي يمتصها ماء التبريد المتداول في أنابيب المكثف للحفاظ على قدرة الماء على التبريد أثناء دورانه. ويتم ذلك عن طريق ضخ الماء الدافئ من المكثف عبر أبراج تبريد تعمل بنظام السحب الطبيعي أو القسري أو المستحث (كما هو موضح في الصورة المجاورة)، مما يخفض درجة حرارة الماء عن طريق التبخر بمقدار يتراوح بين 11 و17 درجة مئوية (52 إلى 63 درجة فهرنهايت)، وبالتالي طرد الحرارة الزائدة إلى الغلاف الجوي. يبلغ معدل تدفق ماء التبريد في وحدة بقدرة 500 ميجاواط حوالي 14.2 متر ^مكعب /ثانية (500 قدم ^مكعب /ثانية أو 225,000 جالون أمريكي/دقيقة) عند الحمل الكامل. ^{[ 20 ]}   

تُصنع أنابيب المكثف عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك أخرى لمقاومة التآكل من كلا الجانبين. ومع ذلك، قد تتعرض هذه الأنابيب للتلوث الداخلي أثناء التشغيل بسبب البكتيريا أو الطحالب الموجودة في مياه التبريد أو بسبب الترسبات المعدنية، وكلها عوامل تعيق انتقال الحرارة وتقلل من الكفاءة الديناميكية الحرارية . تتضمن العديد من المحطات نظام تنظيف آليًا يقوم بتدوير كرات مطاطية إسفنجية داخل الأنابيب لتنظيفها دون الحاجة إلى إيقاف تشغيل النظام.

يعود ماء التبريد المستخدم لتكثيف البخار في المكثف إلى مصدره دون أي تغيير سوى تسخينه. وإذا عاد الماء إلى مسطح مائي محلي (بدلاً من برج تبريد متداول)، فإنه يُخفف عادةً بماء بارد "خام" لمنع الصدمة الحرارية عند تصريفه في ذلك المسطح المائي.

يُعد المكثف المبرد بالهواء أحد أشكال أنظمة التكثيف . تشبه هذه العملية عمل المبرد والمروحة. إذ تمر حرارة العادم من قسم الضغط المنخفض في التوربين البخاري عبر أنابيب التكثيف، والتي عادةً ما تكون مزودة بزعانف، ويُدفع الهواء المحيط عبر هذه الزعانف بمساعدة مروحة كبيرة. يتكثف البخار إلى ماء يُعاد استخدامه في دورة الماء والبخار. تعمل المكثفات المبردة بالهواء عادةً عند درجة حرارة أعلى من نظيراتها المبردة بالماء. ومع توفير الماء، تنخفض كفاءة الدورة (مما ينتج عنه زيادة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل ميغاواط ساعة من الكهرباء).

من أسفل المكثف، تقوم مضخات المكثفات القوية بإعادة تدوير البخار المكثف (الماء) إلى دورة الماء/البخار.

قد تحتوي أفران محطات توليد الطاقة على قسم لإعادة التسخين يتضمن أنابيب تُسخّن بواسطة غازات الاحتراق الساخنة الموجودة خارج الأنابيب. يُمرر بخار العادم من التوربين عالي الضغط عبر هذه الأنابيب الساخنة لجمع المزيد من الطاقة قبل تشغيل التوربينات متوسطة الضغط ثم منخفضة الضغط.

تُستخدم مراوح خارجية لتوفير كمية كافية من الهواء للاحتراق. تسحب مروحة الهواء الأولي الهواء من الجو، وتقوم أولاً بتسخينه في مسخن الهواء المسبق لتحسين كفاءة استهلاك الوقود. ثم يمر الهواء الأولي عبر مطاحن الفحم، حاملاً غبار الفحم إلى الشعلات لحقنه في الفرن. تسحب مروحة الهواء الثانوي الهواء من الجو، وتقوم أولاً بتسخينه في مسخن الهواء المسبق لتحسين كفاءة استهلاك الوقود. يُخلط الهواء الثانوي مع تيار الفحم/الهواء الأولي في الشعلات.

تساعد مروحة السحب المستحث مروحة السحب عن طريق سحب الغازات القابلة للاحتراق من الفرن، والحفاظ على ضغط أقل بقليل من الضغط الجوي في الفرن لتجنب تسرب منتجات الاحتراق من غلاف الغلاية.

عادةً ما توجد توربينة ضغط عالٍ في أحد طرفي النظام، تليها توربينة ضغط متوسط، ثم توربينة أو اثنتان أو ثلاث توربينات ضغط منخفض، بالإضافة إلى عمود يربطها بالمولد. ومع مرور البخار عبر النظام وفقدانه للضغط والطاقة الحرارية، يتمدد حجمه، مما يستلزم زيادة قطر التوربينة وطول شفراتها في كل مرحلة لاحقة لاستخلاص الطاقة المتبقية. وقد يتجاوز وزن الكتلة الدوارة 200 طن متري، وطولها 30 مترًا . 

إنها ثقيلة للغاية لدرجة أنه يجب إبقاؤها تدور ببطء حتى عند إيقاف التشغيل (بسرعة 3 دورات في الدقيقة ) حتى لا ينحني عمودها ولو قليلاً ويصبح غير متوازن. هذا الأمر بالغ الأهمية لدرجة أنه أحد الوظائف الست فقط لبطاريات الطاقة الاحتياطية في الموقع عند انقطاع التيار الكهربائي. أما الوظائف الخمس الأخرى فهي: إضاءة الطوارئ ، والاتصالات ، وأجهزة إنذار المحطة، ونظام منع تسرب الهيدروجين للمولد، وزيت تشحيم التوربينات والمولدات.

في محطات توليد الطاقة النموذجية التي شُيّدت في أواخر القرن العشرين، يُنقل البخار فائق التسخين من المرجل عبر أنابيب قطرها 360-410 مم (14-16 بوصة) بضغط 17 ميجا باسكال ( 160 ضغط جوي) ودرجة حرارة 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) إلى التوربين عالي الضغط، حيث ينخفض ​​ضغطه إلى 4.1 ميجا باسكال ( 41 ضغط جوي) ودرجة حرارته إلى 320 درجة مئوية (600 درجة فهرنهايت) خلال المرحلة. ثم يخرج عبر خطوط إعادة تسخين باردة قطرها 610-660 مم (24-26 بوصة ) ويعود إلى المرجل، حيث يُعاد تسخينه في أنابيب إعادة تسخين معلقة خاصة إلى 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) . يتم توجيه بخار إعادة التسخين الساخن إلى التوربين ذي الضغط المتوسط، حيث ينخفض ​​في كل من درجة الحرارة والضغط ويخرج مباشرة إلى التوربينات ذات الشفرات الطويلة ذات الضغط المنخفض ويخرج في النهاية إلى المكثف .              

يبلغ طول المولد عادةً حوالي 9 أمتار (30 قدمًا) وقطره 3.7 متر (12 قدمًا) ، ويتكون من جزء ثابت (ستاتور ) وجزء دوار (روتور )، يحتوي كل منهما على أسلاك نحاسية سميكة تمتد لأميال . ولا يحتوي المولد عادةً على مغناطيس دائم ، مما يمنع بدء التشغيل من دون تيار . أثناء التشغيل، يُولّد المولد تيارًا يصل إلى 21000 أمبير عند جهد 24000 فولت تيار متردد (504 ميغاواط) عند دورانه بسرعة 3000 أو 3600 دورة في الدقيقة ، متزامنًا مع شبكة الكهرباء .   

يدور الدوّار داخل حجرة محكمة الإغلاق مُبرّدة بغاز الهيدروجين ، الذي تم اختياره لامتلاكه أعلى معامل انتقال حرارة معروف بين جميع الغازات، ولانخفاض لزوجته ، مما يقلل من فقدان الطاقة الناتج عن مقاومة الهواء . يتطلب هذا النظام معالجة خاصة أثناء بدء التشغيل، حيث يُستبدل الهواء الموجود في الحجرة أولاً بثاني أكسيد الكربون قبل ملئها بالهيدروجين. يضمن هذا عدم تكوّن بيئة شديدة الانفجار من الهيدروجين والأكسجين .

يبلغ تردد شبكة الكهرباء 60 هرتز في أمريكا الشمالية و50  هرتز في أوروبا وأوقيانوسيا وآسيا ( باستثناء كوريا وأجزاء من اليابان ) وأجزاء من أفريقيا . ويؤثر التردد المطلوب على تصميم التوربينات الكبيرة، حيث يتم تحسينها بشكل كبير لسرعة محددة .

تتدفق الكهرباء إلى ساحة التوزيع حيث تقوم المحولات بزيادة الجهد لنقلها إلى وجهتها.

تتمتع المولدات التي تعمل بتوربينات البخار بأنظمة مساعدة تُمكّنها من العمل بكفاءة وأمان. ونظرًا لأن مولد توربينات البخار عبارة عن جهاز دوار، فإنه عادةً ما يحتوي على عمود ثقيل ذي قطر كبير. ولذلك، لا يتطلب هذا العمود دعامات فحسب، بل يجب أيضًا تثبيته في مكانه أثناء التشغيل. ولتقليل مقاومة الاحتكاك للدوران، يحتوي العمود على عدد من المحامل . وتُبطّن أغلفة المحامل، التي يدور فيها العمود، بمادة منخفضة الاحتكاك مثل معدن بابيت . كما يُستخدم التشحيم بالزيت لتقليل الاحتكاك بين العمود وسطح المحمل بشكل أكبر، وللحد من الحرارة المتولدة.

نظراً للسحب المستمر للبخار والعودة المستمرة للمكثفات إلى المرجل، يجب تعويض الفاقد الناتج عن تصريف المياه والتسريبات للحفاظ على مستوى الماء المطلوب في خزان بخار المرجل. ولتحقيق ذلك، يُضاف ماء تعويضي باستمرار إلى نظام مياه المرجل. تتكون الشوائب في المياه الخام الداخلة إلى المحطة عادةً من أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم التي تُكسب الماء عسراً . يؤدي عسر الماء التعويضي في المرجل إلى ترسبات على أسطح أنابيب الماء ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارتها وتلفها.

يجب إزالة الأملاح من الماء، ويتم ذلك بواسطة محطة معالجة المياه لإزالة المعادن. تتكون محطة إزالة المعادن عادةً من مبادلات حرارية كاتيونية وأنيونية ومختلطة. تتكون الأيونات الموجودة في الماء الناتج عن هذه العملية بشكل أساسي من أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد، والتي تتحد لتكوين الماء النقي. يصبح الماء النقي جدًا الناتج عن إزالة المعادن شديد التآكل بمجرد امتصاصه للأكسجين من الجو نظرًا لشدة انجذابه للأكسجين.

تُحدد سعة محطة إزالة المعادن بنوع وكمية الأملاح في المياه الخام الداخلة. يُعدّ التخزين ضروريًا نظرًا لاحتمالية توقف المحطة للصيانة. ولهذا الغرض، يُركّب خزان تخزين يُسحب منه الماء منزوع المعادن باستمرار لتزويد الغلاية. يُصنع خزان تخزين الماء من مواد لا تتأثر بالماء المُسبّب للتآكل، مثل البولي فينيل كلوريد (PVC ). أما الأنابيب والصمامات، فهي عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ. في بعض الأحيان، يُزوّد ​​الخزان بغطاء بخاري أو عوامة حلقية من الفولاذ المقاوم للصدأ فوق الماء لتجنب ملامسته للهواء. يُضاف الماء منزوع المعادن عادةً من منطقة البخار في المكثف السطحي (أي جانب التفريغ). لا يقتصر دور هذا النظام على رش الماء فحسب، بل يُزيل أيضًا الهواء منه، حيث تُزال الغازات المذابة بواسطة جهاز إزالة الهواء عبر قاذف مُثبّت على المكثف.

في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم، يُسحق الفحم الخام من منطقة تخزين الفحم أولاً إلى قطع صغيرة، ثم يُنقل إلى قواديس تغذية الفحم في الغلايات. بعد ذلك، يُطحن الفحم إلى مسحوق ناعم جداً. وقد تكون المطاحن عبارة عن مطاحن كروية ، أو مطاحن أسطوانية دوارة ، أو أنواع أخرى من المطاحن.

تستخدم بعض محطات توليد الطاقة زيت الوقود بدلاً من الفحم. يجب الحفاظ على الزيت دافئًا (أعلى من درجة انسكابه ) في خزانات تخزين زيت الوقود لمنعه من التجمد وعدم إمكانية ضخه. عادةً ما يُسخّن الزيت إلى حوالي 100  درجة مئوية قبل ضخه عبر فوهات رش زيت الوقود في الفرن.

تستخدم بعض محطات توليد الطاقة الغاز الطبيعي المعالج كوقود رئيسي في غلاياتها. بينما قد تستخدم محطات أخرى الغاز الطبيعي المعالج كوقود احتياطي في حال انقطاع إمدادات الوقود الرئيسي (الفحم أو النفط). وفي هذه الحالة، تُزود أفران الغلايات بمواقد غاز منفصلة.

آلية التدوير (أو "آلية الدوران") هي الآلية المستخدمة لتدوير عمود مولد التوربين بسرعة منخفضة جدًا بعد توقف الوحدة. بمجرد "إيقاف" الوحدة (أي إغلاق صمام مدخل البخار)، يتباطأ التوربين تدريجيًا حتى يتوقف تمامًا. عند توقفه كليًا، يميل عمود التوربين إلى الانحراف أو الانحناء إذا بقي في وضع واحد لفترة طويلة. يعود ذلك إلى أن الحرارة داخل غلاف التوربين تتركز في النصف العلوي منه، مما يجعل الجزء العلوي من العمود أكثر سخونة من النصف السفلي. وبالتالي، قد ينحني العمود أو يتشوه بمقدار أجزاء من المليون من البوصة.

هذا الانحراف الطفيف في العمود، والذي لا يمكن رصده إلا بواسطة أجهزة قياس اللامركزية، كافٍ لإحداث اهتزازات ضارة في وحدة مولد التوربين البخاري بأكملها عند إعادة تشغيلها. ولذلك، يُدار العمود تلقائيًا بسرعة منخفضة (حوالي واحد بالمائة من السرعة المقدرة) بواسطة جهاز التدوير حتى يبرد بدرجة كافية تسمح بالتوقف التام.

تُستخدم مضخة نظام الزيت المساعدة لتزويد مولد التوربين البخاري بالزيت عند بدء التشغيل. وهي تُغذي نظام الزيت الهيدروليكي اللازم لصمام إيقاف البخار الرئيسي الداخل إلى التوربين البخاري، وصمامات التحكم، وأنظمة زيت المحامل والأختام، والمرحلات الهيدروليكية ذات الصلة، وغيرها من الآليات.

عند سرعة محددة مسبقًا للتوربين أثناء بدء التشغيل، تتولى مضخة مدفوعة بواسطة العمود الرئيسي للتوربين وظائف النظام المساعد.

بينما يمكن تبريد المولدات الصغيرة بالهواء المسحوب عبر مرشحات عند المدخل، تتطلب الوحدات الأكبر حجمًا عادةً ترتيبات تبريد خاصة. يُستخدم تبريد غاز الهيدروجين ، داخل غلاف محكم الإغلاق بالزيت، نظرًا لامتلاكه أعلى معامل انتقال حرارة معروف بين جميع الغازات، ولزوجته المنخفضة التي تقلل من فقدان الحرارة الناتج عن مقاومة الهواء . يتطلب هذا النظام معالجة خاصة أثناء بدء التشغيل، حيث يُستبدل الهواء الموجود في غلاف المولد أولًا بثاني أكسيد الكربون قبل ملئه بالهيدروجين. يضمن هذا عدم اختلاط الهيدروجين شديد الاشتعال مع الأكسجين الموجود في الهواء.

يُحافظ على ضغط الهيدروجين داخل الغلاف أعلى بقليل من الضغط الجوي لمنع دخول الهواء الخارجي، ويصل إلى حوالي ضعف الضغط الجوي لتحسين كفاءة نقل الحرارة. يجب منع تسرب الهيدروجين إلى الخارج عند نقطة خروج العمود من الغلاف. تُركّب موانع تسرب ميكانيكية حول العمود بفجوة حلقية صغيرة جدًا لتجنب الاحتكاك بين العمود وموانع التسرب في التوربينات الصغيرة، بينما تُستخدم موانع تسرب من نوع المتاهة في الآلات الأكبر حجمًا. يُستخدم زيت مانع التسرب لمنع تسرب غاز الهيدروجين إلى الغلاف الجوي.

يستخدم المولد أيضًا التبريد المائي. ولأن ملفات المولد تعمل بجهد يبلغ حوالي 22 كيلوفولت ، يُستخدم حاجز عازل مثل التفلون لربط خط الماء بملفات الجهد العالي للمولد. ويُستخدم ماء منزوع المعادن ذو موصلية منخفضة.

يتراوح جهد المولدات الحديثة المتصلة بشبكة الكهرباء بين 11 كيلوفولت في الوحدات الصغيرة و 30 كيلوفولت في الوحدات الكبيرة. عادةً ما تكون أسلاك الجهد العالي للمولد عبارة عن قنوات ألومنيوم كبيرة نظرًا لارتفاع التيار الذي تحمله مقارنةً بالكابلات المستخدمة في المولدات الصغيرة. تُغلف هذه الأسلاك داخل قنوات ألومنيوم مؤرضة جيدًا، وتُثبت على عوازل مناسبة. تُوصل أسلاك الجهد العالي للمولد بمحولات رفع الجهد لتوصيلها بمحطة فرعية كهربائية ذات جهد عالٍ (عادةً ما يتراوح بين 115 كيلوفولت و765 كيلوفولت) لنقل الطاقة عبر شبكة الكهرباء المحلية.

تتضمن هذه الوحدة أجهزة الحماية والقياس اللازمة لخطوط الجهد العالي. وبذلك، يشكل مولد التوربين البخاري والمحول وحدة واحدة. ويمكن للوحدات الأصغر أن تشترك في محول رفع الجهد للمولد مع قواطع دوائر فردية لتوصيل المولدات بشبكة مشتركة.

▶

-15 80 240

مركز التحكم في محطة إيرو للطاقة

معظم أنظمة التحكم التشغيلية في محطة توليد الطاقة آلية. وفي بعض الأحيان، قد يتطلب الأمر تدخلاً يدوياً. لذا، زُوِّدت المحطة بأجهزة مراقبة وأنظمة إنذار تُنبه مشغلي المحطة عندما تنحرف بعض معايير التشغيل انحرافاً خطيراً عن نطاقها الطبيعي.

يُزوَّد النظام ببطاريات مركزية تتألف من وحدات خلايا الرصاص الحمضية لتوفير الطاقة الكهربائية عند الحاجة، لتشغيل العناصر الأساسية مثل أنظمة التحكم في محطة الطاقة، وأنظمة الاتصالات، ونظام منع تسرب الهيدروجين للمولد، ومضخات زيت تشحيم التوربينات، وإضاءة الطوارئ. وهذا ضروري لإيقاف تشغيل الوحدات بأمان ودون أي أضرار في حالات الطوارئ.

لتبديد الحمل الحراري لبخار عادم التوربين الرئيسي، والمكثفات من مكثف بخار الغدة، والمكثفات من سخان الضغط المنخفض عن طريق توفير إمداد مستمر من مياه التبريد للمكثف الرئيسي مما يؤدي إلى التكثيف.

تشير التقديرات إلى أن استهلاك مياه التبريد من قبل محطات الطاقة الداخلية سيؤدي إلى تقليل توافر الطاقة لمعظم محطات الطاقة الحرارية بحلول عام 2040-2069. ^{[ 27 ]}