تعد توربينات البخار من أهم الأنواع التي تستخدم في محطات توليد الطاقة الكهربائية، وهي عبارة عن جهاز ميكانيكي يستخرج الطاقة الحرارية من ضغط البخار، ويحولها إلى حركة دوارة. من اخترع المهندس البريطاني السير تشارلز بارسونز في عام 1884، وحل تقريبا محل الآلة البخارية التي كانت تعمل بمكبس، وذلك لزيادة الكفاءة الحرارية للتوربين وزيادة الطاقة المولدة منه بالنسبة إلى الوزن.
حيث تستخدم لتدوير المولدات الكهربائية التي تنتج التيار الكهربائي على المستوى الكبير في محطات القوى، إذ أن ما يقرب من 80 ٪ من الكهرباء المولدة في العالم يتم عن طريق استخدام التوربينات البخارية.
كيف تعمل التوربينات البخارية
1 – يعمل مولد التوربين البخاري عن طريق تسخين المياه إلى درجات حرارة عالية للغاية حتى يتم تحويلها إلى بخار، ثم يتم استخدام طاقة البخار لتدوير ريش التوربين لإنشاء طاقة ميكانيكية أو دورانية.
2- يتم استخدام طاقة الدوران الناتجة عن التوربين البخاري عالي الضغط لتوليد الكهرباء من مولد مرفق، ويتم توليد الطاقة عبر الخطوات التالية
3- يستخدم مصدر حراري من نوع ما، ربما وقود أحفوري محترق أو حرارة شمسية وذلك لإنتاج طاقة حرارية.
4- تستخدم المراجل التي تحتوي على الماء، الطاقة الحرارية لتحويل الماء إلى بخار عالي الضغط ، والمرجل ” هو المكان الذى ينتج فيه البخار المحمص أو الجاف، ذو درجة الحرارة والضغط العاليين “، حيث تصل درجة حرارته إلى 540 درجة سيليزية أو 1000 درجة فهرنهيتيه ويصل ضغطه إلى 135 بار أى حوالى 2000 رطل / بوصة مربعة.
5- إذا كان النظام يستخدم وقودًا أحفوريًا قابلاً للاحتراق كمصدر حراري ، فيجب استخدام ماسورة عادم لإطلاق الملوثات، وإذا كان النظام يستخدم الطاقة الشمسية لتحويل الحرارة ، فإن أنبوب العادم غير مطلوب لأن نظام الطاقة الشمسية لن يطلق أي ملوثات.
6- يتم ضخ البخار من الماء في المرجل إلى التوربينات البخارية، حيث تدور طاقة البخار ريش التوربينات، التي تحول الطاقة الموجودة في البخار إلى طاقة ميكانيكية متمثلة في حركة التوربينة المتصلة ميكانيكيا بالمولد فيدور المولد منتجا الكهرباء.
7- يجب التحكم في سرعة التوربين لأنها نفس سرعة المولد، وذلك لأن سرعة المولد تتناسب مع التردد الخارج منه، وذلك كي يتم المحافظة على سرعة التوربين والمولد ثابتين.
8-يعلق المولد على التوربينات البخارية بواسطة عمود الدورية. بينما يدور التوربين البخاري ، ثم يدور المولد وينشئ الكهرباء.
9- تقل درجة حرارة البخار و ضغطه عندما يدخل على المرحلة الأولى من ريش، ويمكن استغلال هذا البخار الذى قلت درجة حرارته وضغطه ، عن طريق تدويره إلى المرحلة الثانية من ريش التوربين، ولأنه لا يكفى يتم تعزيزه بكمية أخرى من البخار الجاف.
10- تختلف ريش التوربينة في المرحلة الأولى، إذ أن ريش المرحلة الثانية من التوربينة أكبر من ريش المرحلة الأولى وريش المرحلة الثالثة أكبر من ريش المرحلة الثانية من حيث الحجم، وذلك بغرض السماح للبخار بتمدد أكثر وانتقال أكبر للطاقة.
11- يمر البخار الذي يستخدم الطاقة لتدوير التوربين ويتم تبريده باستخدام برج التبريد، حيث أنه بمجرد تحول الطاقة الموجودة في البخار إلى طاقة حركة للتوربينة، فإن هذا البخار الخارج يكون قد أدى دوره كاملا ولابد أن يكثف مرة أخرى إلى ماء لنعيد تسخينه من جديد لتكتمل الدورة ويتم ذلك عن طريق المكثف وبرج التبريد
12- يقوم برج التبريد بإطلاق الطاقة المستخدمة بالفعل، وانخفاض الطاقة، والبخار المبرد في الغلاف الجوي.
13- يتم ضخ المياه المتبقية التي يتم تبريدها مرة أخرى إلى الحالة السائلة مرة أخرى في المرجل وتكرار العملية مرة أخرى، مما يخلق طاقة أكبر من البخار.
14- تعد قلة كفاءة تحويل طاقة الوقود إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة كهربية، أحد سلبيات التوربينات البخارية، إذ أن كفاءة تحويل الطاقة تتراوح من 25% إلى 35% وهى بالطبع كفاءة منخفضة جدا، وعلى الرغم من ذلك فإن.
15- استخدام التوربينات البخارية في المحطات الكبيرة لتوليد الطاقة الكهربائية يعتبر أكثر الأنواع استخداما.
حيث تستخدم لتدوير المولدات الكهربائية التي تنتج التيار الكهربائي على المستوى الكبير في محطات القوى، إذ أن ما يقرب من 80 ٪ من الكهرباء المولدة في العالم يتم عن طريق استخدام التوربينات البخارية.
كيف تعمل التوربينات البخارية
1 – يعمل مولد التوربين البخاري عن طريق تسخين المياه إلى درجات حرارة عالية للغاية حتى يتم تحويلها إلى بخار، ثم يتم استخدام طاقة البخار لتدوير ريش التوربين لإنشاء طاقة ميكانيكية أو دورانية.
2- يتم استخدام طاقة الدوران الناتجة عن التوربين البخاري عالي الضغط لتوليد الكهرباء من مولد مرفق، ويتم توليد الطاقة عبر الخطوات التالية
3- يستخدم مصدر حراري من نوع ما، ربما وقود أحفوري محترق أو حرارة شمسية وذلك لإنتاج طاقة حرارية.
4- تستخدم المراجل التي تحتوي على الماء، الطاقة الحرارية لتحويل الماء إلى بخار عالي الضغط ، والمرجل ” هو المكان الذى ينتج فيه البخار المحمص أو الجاف، ذو درجة الحرارة والضغط العاليين “، حيث تصل درجة حرارته إلى 540 درجة سيليزية أو 1000 درجة فهرنهيتيه ويصل ضغطه إلى 135 بار أى حوالى 2000 رطل / بوصة مربعة.
5- إذا كان النظام يستخدم وقودًا أحفوريًا قابلاً للاحتراق كمصدر حراري ، فيجب استخدام ماسورة عادم لإطلاق الملوثات، وإذا كان النظام يستخدم الطاقة الشمسية لتحويل الحرارة ، فإن أنبوب العادم غير مطلوب لأن نظام الطاقة الشمسية لن يطلق أي ملوثات.
6- يتم ضخ البخار من الماء في المرجل إلى التوربينات البخارية، حيث تدور طاقة البخار ريش التوربينات، التي تحول الطاقة الموجودة في البخار إلى طاقة ميكانيكية متمثلة في حركة التوربينة المتصلة ميكانيكيا بالمولد فيدور المولد منتجا الكهرباء.
7- يجب التحكم في سرعة التوربين لأنها نفس سرعة المولد، وذلك لأن سرعة المولد تتناسب مع التردد الخارج منه، وذلك كي يتم المحافظة على سرعة التوربين والمولد ثابتين.
8-يعلق المولد على التوربينات البخارية بواسطة عمود الدورية. بينما يدور التوربين البخاري ، ثم يدور المولد وينشئ الكهرباء.
9- تقل درجة حرارة البخار و ضغطه عندما يدخل على المرحلة الأولى من ريش، ويمكن استغلال هذا البخار الذى قلت درجة حرارته وضغطه ، عن طريق تدويره إلى المرحلة الثانية من ريش التوربين، ولأنه لا يكفى يتم تعزيزه بكمية أخرى من البخار الجاف.
10- تختلف ريش التوربينة في المرحلة الأولى، إذ أن ريش المرحلة الثانية من التوربينة أكبر من ريش المرحلة الأولى وريش المرحلة الثالثة أكبر من ريش المرحلة الثانية من حيث الحجم، وذلك بغرض السماح للبخار بتمدد أكثر وانتقال أكبر للطاقة.
11- يمر البخار الذي يستخدم الطاقة لتدوير التوربين ويتم تبريده باستخدام برج التبريد، حيث أنه بمجرد تحول الطاقة الموجودة في البخار إلى طاقة حركة للتوربينة، فإن هذا البخار الخارج يكون قد أدى دوره كاملا ولابد أن يكثف مرة أخرى إلى ماء لنعيد تسخينه من جديد لتكتمل الدورة ويتم ذلك عن طريق المكثف وبرج التبريد
12- يقوم برج التبريد بإطلاق الطاقة المستخدمة بالفعل، وانخفاض الطاقة، والبخار المبرد في الغلاف الجوي.
13- يتم ضخ المياه المتبقية التي يتم تبريدها مرة أخرى إلى الحالة السائلة مرة أخرى في المرجل وتكرار العملية مرة أخرى، مما يخلق طاقة أكبر من البخار.
14- تعد قلة كفاءة تحويل طاقة الوقود إلى طاقة ميكانيكية ومن ثم إلى طاقة كهربية، أحد سلبيات التوربينات البخارية، إذ أن كفاءة تحويل الطاقة تتراوح من 25% إلى 35% وهى بالطبع كفاءة منخفضة جدا، وعلى الرغم من ذلك فإن.
15- استخدام التوربينات البخارية في المحطات الكبيرة لتوليد الطاقة الكهربائية يعتبر أكثر الأنواع استخداما.
