بحث حول محطات التوليد غير المباشر سنة رابعة كلية الهندسة
ملخص محطات التوليد غير المباشر
أهلاً بكم زوارنا الكرام على موقع الحل المفيد الموقع الإلكتروني التعليمي المتميز والمتفوق بمعلوماته الصحيحة كما نقدم لكم اجوبة مختصرة على أسالتكم المتنوعة من المناهج الدراسية والعلوم الثقافية والتاريخية والاخبارية باجابة مفيدة كما ننشر لكم أعزائي الطلاب في صفحة موقع( الحل المفيد alhlmfid. ) ملخص أهم الدروس وحلول الواجبات والمراجعات لجميع المواد الدراسية للفصل الدراسي الأول والثاني المنهج الجديد كما نقدم لكم إجابة السؤال التالي....بحث حول محطات التوليد غير المباشر سنة رابعة كلية الهندسة
الحل هو
حلقة بحث بعنوان:
- محطات التوليد غير المباشر:
تعتمد على تحويل طاقة الوسيط العامل إلى طاقة ميكانيكية متمثلة بدوران محورٍ يتصل مباشرةً مع مولدة كهربائية تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية.وهي على أنواع كثيرة منها ما ينتمي إلى حقل الطاقات التقليدية ومنها ما ينتمي إلى الطاقات البديلة أو المتجددة.وفيما يلي استعراض مختصر لهذه المحطات:
1. المحطات المائية:
وتسمى أيضاً بالمحطات الكهرومائية وفيها تتم الاستفادة من الطاقة الكامنة لارتفاع الماء .حيث يتم بناء السد على مجرى النهر فيتشكل خزان بارتفاع عالٍ. وبنزول الماء من مستوي السطح الحر للسد إلى مستوى العنفة المائية المركبة أسفل السد تتحول طاقة الارتفاع إلى طاقة حركية تقوم بتدوير العنفة. تعتبر الطاقة المتولدة في هذه المحطات شبه مجانية، إلا أن الكلفة التأسيسية لبناء السد عالية، بالإضافة إلى طول فترة البناء والتي يمكن أن تستغرق 10 سنوات.
2. المحرك البخاري المكبسي:
ويشبه من حيث المبدأ محرك الاحتراق الداخلي. حيث يقوم المرجل بتوليد البخار الذي يدخل بدوره إلى الاسطوانة ويقوم بتحريك المكبس، ومن ثم يذهب إلى المكثف وتتكرر العملية. وقد توقف استخدام هذا المحرك بسبب مردوده الرديء وارتفاع كلفة صيانته، بالإضافة إلى أن البخار المتكاثف غير مناسب لاستخدامه مرة أخرى.
3. محركات الاحتراق الداخلي:
وهي من النوع المكبسي الترددي ويمكن أن يكون الوقود المستخدم بنزين أو مازوت أو غاز.
4. المنشأة البخارية:
وتكون العنفة البخارية هي المحرك الأساسي فيها. وهي موضوع دراستنا في هذا الكتاب.
5. دارة العنفة الغازية:
وتتألف بشكلٍ أساسي من ضاغط يقوم برفع ضغط الوسيط العامل، وحجرة
احتراق تقوم بتقديم الحرارة له، وعنفة تقوم بتدوير المولدة الكهربائية.
6. المحطات المختلطة:
تخرج غازات العادم من دارة العنفة الغازية بدرجة حرارة عالية تتراوح بين 450-500oC. في المحطة المختلطة تتم الاستفادة من حرارة غازات العادم في توليد البخار اللازم لدارة العنفة البخارية. ويمكن أن يتم ذلك بحرق وقود إضافي أو بدونه.
7. المحطات الزئبقية- البخارية:
في هذا النوع من المحطات نستخدم نوعين من الوسيط العامل: الزئبق وبخاره في
جزءٍ من الدارة، والماء وبخاره في الجزء الآخر. في الشكل(1) نجد أن بخار الزئبق المشبع يخرج من مولد بخار الزئبق عند النقطة ليدخل إلى العنفة الزئبقية ويتمدد إلى النقطة ويتكاثف عند النقطة في مكثف الزئبق . يتم ضخ الزئبق المتكاثف إلى المرجل ثانية بوساطة المضخة . تتم الاستفادة من الحرارة التي يطرحها الزئبق المتكاثف (العمليةbc) في تبخير ماء التغذية القادم من مكثف بخار الماء (العملية4-5)،
الشكل(1) المحطات البخارية- الزئبقية
لذلك فإن مكثف الزئبق يلعب دور المرجل في دارة بخار الماء. أما تحميص بخار الماء فيتم وفق العملية5-1، ثم يتمدد في العنفة حتى النقطة 2 عند مدخل المكثف.
تتميز هذه الدارة بالمردود العالي وذلك بالمقارنة مع دارة البسيطة التي يقتصر عملها على بخار الماء فقط.
8. مولد الغاز بالمكبس الحر:
ويعتمد في مبدئه على الاستفادة من حرارة غازات العادم الخارجة من محرك الديزل في تدوير العنفة. وهنا يتوضع مكبسان في اسطوانة محرك الديزل ويتحركان باتجاهين متعاكسين. وفي نهاية شوط التمدد يتم إفلات الغازات باتجاه العنفة.
9 . محطات الطاقة النووية:
تتميز محطات الطاقة النووية في كونها مراكز ضخمة لتوليد الطاقة الكهربائية، لذلك فهي تستخدم عنفات بخارية ذات استطاعات كبيرة. فمحطة تشرنوبل السوفيتية والتي تعرضت إلى حادث شهير سنة 1987 كانت تتألف من أربع عنفات مجموع استطاعتها 4000MW. أما محطة chooz-B الفرنسية فتبلغ استطاعة العنفة الواحدة فيها 1500MW وارتفاع الشفرات المتحركة في المرحلة الأخيرة يبلغ 1850mm وهي أطول شفرات في العالم.
ويزداد انتشار المحطات النووية، وخصوصاً في الدول المتقدمة والفقيرة في الوقود العضوي، بسبب غلاء البترول وقرب نفاذه. وكذلك فإن مخلفات المفاعل النووي تعتبر مفيدة في الأغراض العسكرية وغيرها, والتي تعتمد البلوتونيوم كمادة انشطارية. لذلك في بعض الحالات يعتبر إنتاج البلوتونيوم الهدف الرئيسي من المحطة النووية, أما إنتاج الطاقة الكهربائية فيعتبر هدفاً ثانوياً.
تعتبر الذرة العنصر الأساسي في التفاعل النووي وهي صغيرة لدرجة أن حجماً مثل ترس الدبوس تتسع لأكثر من ألف مليار ذرة . تدور الالكترونات في مدارات حول النواة, التي تتركز فيها معظم كتلة الذرة. إن قوى الارتباط بين النيوترونات والبروتونات داخل النواة كبيرة جداً لدرجة أن انشطارها يحرر كمية هائلة من الطاقة.
إن المادة الوحيدة المتوفرة في الطبيعة والقابلة للانشطار هي اليورانيوم(U)، وليس كل هذه المادة قابلة للانشطار بل جزءاً منها وهو اليورانيوم 235. يستخلص اليورانيوم من فلزاته ثم ينقى ويحضر للتفاعل. نستخدم في القنبلة النووية اليورانيوم النقي، أما في المفاعلات فيتم تخصيب اليورانيوم الطبيعي باليورانيوم U-235. ومن المفيد الإشارة إلى أن U-238 يتحول إلى مادة قابلة للانشطار هي البلوتونيوم Pu-239، وذلك بامتصاص نيوترون من ذراتها.
يمكن لنواة U-235 أن تنشطر إذا قذفناها بجسم معتدل الشحنة هو النيوترون كما في الشكل(2).وينتج عن الانشطار ذرات جديدة وتتحرر كمية كبيرة من الطاقة، بالإضافة إلى تحرر من 2-3 نيوترون جديد عن كل اصطدام. بعض هذه النيوترونات يقوم بصدم ذرات جديدة لضمان استمرار سلسلة الانشطار( التفاعل)، أما النيوترونات الأخرى فيمتصها اليورانيوم 238 متحولاً إلى بلوتونيوم. ومن الجدير بالقول أن انشطار 1grمن اليورانيوم تحرر كمية من الحرارة تعادل الكمية الناتجة عن حرق 3 ton من الفحم عالي النوعية،أي نحتاج إلى 6 ملايين ضعف من حيث الوزن. المفاعل النووي:
يبين الشكل (3) مخطط مبسط لمفاعل نووي يتألف من غلاف فولاذي متين3 يحتوي في داخله على قلب مصنوع من فحم الغرافيت،تتلخص مهمته في إبطاء سرعة النيوترونات. إذ اتضح أن انشطار U-235 يكون أفضل عند السرعات البطيئة. داخل القلب 1 يتم وضع الوقود النووي على شكل قضبان2 . وداخل بعض القنوات في القلب يتم وضع قضبان تحكم فولاذية 4 مهمتها امتصاص النيوترونات والتحكم بسرعة الانشطار. يقوم العاكس بإرجاع النيوترونات المتحررة إلى القلب. أما الغلاف فيمنع انتقال الإشعاعات الضارة مثل أشعة α‚β‚γ. يتم إحاطة المفاعل بغلاف من البيتون السميك يسمى بالغلاف البيولوجي7، الذي يمنع أي تسرب إشعاعي خارج
الشكل (2): سلسلة الانشطار النووي
الشكل(3) مخطط مبسط لمفاعل نووي
-1قضبان الوقود، 2-قلب المفاعل، 3-غلاف، 4-قضبان التحكم، 5-خروج وسيط التبريد،
6-دخول وسيط التبريد، 7-غلاف بيولوجي
المفاعل. يقوم وسيط التبريد6 بسحب الحرارة الناتجة عن التفاعل النووي ثم يخرج من المفاعل 5 ليستخدم في توليد البخار. يمكن أن يكون وسيط التبريد هواء ، ثاني اوكسيد الكربون، الهيدروجين، الهيليوم أو الماء الثقيل أو معدناً سائلاً.
ادارة المحطة النووية:
يبين الشكل(4) دارة المحطة النووية تستخدم وسيطاً غازياً للتبريد. يخرج الوسيط من المفاعل ويدخل إلى مولد البخار بدرجة حرارة ، ويخرج منه بدرجة حرارة .
يدخل الماء قادماً من مضخة ماء التغذية 3 إلى الموفر حيث يسخن بشكل أولي وينتقل إلى أسطوانة فصل البخار5 ثم إلى المبخر فالمحمص. يدخل البخار إلى العنفة ويتمدد منجزاً عملاً ينتقل إلى المنوبة الكهربائية 6 . عند مخرج العنفة يدخل البخار إلى المكثف 7 حيث يتكاثف متحولاً إلى ماء. تقوم المضخة 1 بدفع ماء التكاثف إلى المسخنات 2 التي تستخدم بخاراً مستنزفاً من مواقع مناسبة في العنفة.
الشكل(4) دارة توليد بالطاقة النووية
يتبع