מבוא ל-Coal Power Plant Technologies

הפחם נשאר אחד ממקורות האנרגיה השפעים והנפוחים ביותר עבור דור החשמל ברחבי העולם, למרות הדחף הגלובלי לאנרגיה מתחדשת.יעילות והשפעה הסביבתית של תחנות כוח פחמיות, תלויות במידה רבה בטכנולוגיה המועסקת באופן מסורתי, צמחי פחם מסווגים לשלושה סוגים עיקריים המבוססים על תנאי הקיטור בתוך הליט: השקעת תת-ביקורתית, סופר-ביקורתית, ורווחים על-על-על.

מאמר זה מספק ניתוח השוואתי מפורט של צמחי כוח פחם תת-קרי, סופר קריטי, אולטרה-על קריטיים.We נבחן את התרמודינמיקה הבסיסית, מאפיינים תפעוליים, ביצועים סביבתיים, עלויות הון ומגמות פריסה גלובלית.המטרה היא לספק סקירה סמכותית, קורא ייצור התומכת בקבלת החלטות מושכלת בתחום הכוח.

המונחים: Rankine Cycle Efficiency

כל תחנות הכוח המודרניות פועלות על מחזור הדירוג, מחזור תרמודינמי שממיר חום לעבודה מכנית.המחזור כולל מים חמים במשחת כדי לייצר קיטור בלחץ גבוה, מרחיב את הקיטור דרך טורבינה לייצר חשמל, מתכנסים הקיטור הממצה בחזרה למים, ומשאבים אותו בחזרה ליעילות של מחזור הדירוג נשלטת בעיקר על ידי הטמפרטורה והלחץ של טורבינות גבוהה יותר, ומאפשרים להיות מצמצם של לחץ אנרגיה גבוה יותר.

הנקודה הקריטית של המים

מושג מפתח בסווגן צמחי פחם הוא הנקודה הקריטית של מים, המתרחש בטמפרטורה של 374 מעלות צלזיוס ולחץ של 22.1 MPa (megapascals) להלן הנקודה הזו, מים קיימים כמו גם שלבים נוזליים ו vapor במהלך הרתיחה. מעל זה, השלבים הנוזליים והחוסנים הופכים להיות בלתי ניתנים לערעור, ויצרו נוזל סופר קריטי אחד מתנהג כמו שלב חום, השפעה עמוקה.

צמחים סובייקטיביים פועלים לחלוטין מתחת לנקודה הקריטית, בעוד צמחים סופר-קריטיים אולטרה-על-על-על-על-על-על-טבעיים פועלים מעליו.עבור מנטילת-בקרה בתנאים סופר- קריטיים יכולים להגביר את היעילות התרמית מה-30s הנמוכים לטווח ה-40 אחוזים, להפחית משמעותית את צריכת הפחם ואת פליטות CO2 למגוואט-שעה שנוצר.

צמחים Coal Power Plants

צמחי פחם הם הסוג העתיק והנפוץ ביותר של טכנולוגיית ייצור חשמל משוריינת פחם.הם פועלים בטמפרטורות קיטור בדרך כלל סביב 370–400 מעלות צלזיוס ולחצים של כ-16-20 MPa, הרבה מתחת לנקודה הקריטית.צמחים אלה משתמשים במשחתתתת שבה מים וטור קיטור coexist, הדורש תופים גדולים כדי להפריד את שני השלבים.

מאפיינים טכניים

במשחת תת-עורית, מים זורמים דרך צינורות מחוממים על ידי הבעירה של פחם מפוענח.כאשר מים סופגים חום, זה מתחיל לרעוד וליצור קיטור. תערובת מים הקיטור עולה לתוף קיטור, שבו הכבידה מפרידה בין הקיטור מן המים הנותרים.הברז רווי עובר דרך מחממת סופר כדי להעלות את הטמפרטורה מעט לפני הכניסה לטורבינה.

יתרונות ואכזבות

(FLT:0) Advantages: FLT:1 טכנולוגיה סובייקטיבית היא בוגרת, מובנת היטב, וזולה יחסית לבנות.חומרים המשמשים (בעיקר פלדה ferritic) זמינים בקלות, ואת עיצוב תותוב מסוג התופים הפשוט יותר מקטין את המורכבות של הייצור.מדינות מתפתחות רבות ממשיכות לבנות צמחים תת-עוריים בגלל העלות הנמוכה ביותר.

(FLT:0)Disadvantages:FLT:1 היעילות התרמית הנמוכה יותר פירושה צריכת פחם גבוהה יותר ליחידת חשמל, המתורגמת ישירות לעלויות דלק גבוהות יותר ושיעור פליטות CO2 גדול יותר של צמחים תת קריטיים גם לייצר יותר אפר, SO2, NOx, ומזהמים אחרים למגוואט-שעה בהשוואה לעיצובים מתקדמים.

באופן גלובלי, צמחים תת-קריטיס רבים הם פורשים או מומרים גז טבעי כמו תקנות פליטה מחמירות יותר ותמחור פחמן לקחת השפעה. עם זאת, באזורים עם פחם זול פיקוח סביבתי חלש, צמחים תת-קריוניים נותר מקור דומיננטי של כוח עומס בסיס.

צמחים בעלי עוצמה

צמחי פחם סופר קריטי פועלים בתנאים מעל הנקודה הקריטית של מים, בדרך כלל בטמפרטורות קיטור בין 500 מעלות צלזיוס ל-600 מעלות צלזיוס ולחצים מעל 22.1 MPa (לעתים קרובות 24-26 MPa) חיסול אזור הרתיחה דו-פזה מאפשר עיצוב חד-פעמי, שהוא יותר קומפקטי ויעיל תרמי.

מאפיינים טכניים

במשחתת סופר קריטית, מים מובלים ישירות דרך סדרה של צינורות מחוממים על ידי הלהבה הפחם.המים לא רותחים במובן המסורתי; במקום זאת, הם עוברים בצורה חלקה מנוזל צפופה לנוזל סופר קריטי בטמפרטורה של כ- 374 מעלות צלזיוס תוספת חום נוספת מעלה את הטמפרטורה הנוזלית לפני שהיא נכנסת לטורבינה כזרה גבוהה.

היעילות של צמח סופר קריטי מודרני נע בין 40% ל-45% (HV) כמה עיצובים מתקדמים גישה 46%.שיפור זה של 5-12 נקודות אחוז על טכנולוגיה תת- קריטית יכול לקצץ צריכת פחם ב 15-25% ולצמצם את פליטות CO2 על ידי כמות דומה.

חומרים ושיקולי עיצוב

ניתוח ביקורתי דורש חומרים חזקים יותר, עמידים יותר חום מאשר צמחים תת-קריניים. החלקים בלחץ גבוה של הליטורית וטורבינות חייבים לעמוד זחילה וקורוזיון בטמפרטורות גבוהות.חומרים אופייניים כוללים פלדות כרום 9% (כגון T91, P91) ו Austenitic נירוסטה מפלדות עבור החלקים החמים ביותר.

יתרונות וביצוע סביבתי

(FLT:0) Advantages: FLT:1 יעילות גבוהה יותר מפחיתה את צריכת הדלק, מורידה את עלויות התפעול ואת פליטת גזי החממה. צמחי סופר קריטי גם פולטים פחות דו תחמוצת חנקן, חומר חלקיקים, וחלקי ל-MWh כי פחות פחם נשרף.יחידות קריטיות רבות נועדו עם מערכות בקרה מודרניות זיהום, מה שהופך אותם נקיים משמעותית מאשר יחידות קריטיות, פעם אחת, מאפשר יתרון דינמי יותר, אשר מאפשר שיפור יותר, לאחר מכן, עם אנרגיה מתחדשת, לאחר מכן, עם אנרגיה מתחדשת, עם אנרגיה מתחדשת, אשר מאפשר שיפור יעיל יותר.

(FLT:0)Disadvantages: FLT:1 עלות הון גבוהה יותר דרישות תחזוקה מורכבות יותר.הצורך בפלדות ברמה גבוהה וטכניקות השקיה מתקדמות יכול להוביל לזמני בנייה ארוכים יותר. ניהול כימיה מים הוא גם קריטי יותר כדי למנוע קורוזיה וסקאלה במעגל פעם.

טכנולוגיה סופר-קריטית הפכה לסטנדרט עבור צמחי פחם חדשים במדינות מפותחות, והיא מאומצת יותר ויותר בכלכלות מתפתחות כמו סין והודו, שם היא מהווה את עמוד השדרה של תוספות יכולת פחם לאחרונה.

צמחים בעלי השפעה על-טבעית

צמחים אולטרה-על קריטיים (USC) דוחקים את תנאי הקיטור אפילו גבוה יותר, בדרך כלל עם טמפרטורות קיטור הראשי מעל 600 מעלות C (לעתים קרובות 600-620 מעלות צלזיוס) והתחממות מחדש של 620 מעלות צלזיוס או גבוה יותר.לחץ נע בין 25 ל -30 MPa. צמחים אלה מייצגים את הגבול הנוכחי של ייצור חשמל משריפה פחם ולהשיג יעילות נטו של 45–50% על בסיס HV, עם כמה יחידות מעל 50%.

מאפיינים טכניים ואתגרי חומרים

השגת תנאים אולטרה-על קריטיים דורשות superalloys מבוסס ניקל ופלדות כרומי גבוה כי יכול לשמור על כוח מכני והתנגדות חמצון בטמפרטורות קיטור מעל 600 מעלות צלזיוס. צינורות הרת, ראשים, ורכיבי טורבינות קיטור חייבים להיות מתוכנן לעמוד מול עיוות מצמרר מעל חיי צמח 30-40 שנה.

בגלל דרישות חומריות אלה, צמחים USC יקרים יותר לבנות מאשר צמחים סופר קריטיים, עם עלויות הון מוערך להיות 15-30% גבוה יותר. עם זאת, היתרונות יעילות יכול להפחית את העלות המצטברת על פני החיים של הצמח, במיוחד אם מחירי הפחם גבוהים או פליטות פחמן לשאת תג מחיר.

יתרונות סביבתיים ומבצעיים

היעילות הגבוהה של צמחים USC הופכת אותם לאפשרות הנקייה ביותר עבור הדור המפואר.לדוגמה, צמח USC עם 48% יעילות פולטת כ 30% פחות CO2 ל-MWh מאשר צמח תת-ביקורתי טיפוסי ב- 33% יעילות.הפחתה זו משמעותית ויכולה להיות משלימה על ידי ביומסה של פחמן קו-אש או לכידת פחמן ומחסן (CCS) כדי להוריד את טביעת הרגל פחמן.

מפעלי USC מציעים גם יעילות עומס חלקה שיפור ושיעורי הרמפה מהירים יותר בהשוואה לעיצובים ישנים יותר, מה שהופך אותם יותר תואמים לרשתות שיש להן מניות גבוהות של מדינות מתחדשות לסירוגין, בעיקר יפן, דרום קוריאה, סין וגרמניה, בנו ופעלות צמחים USC באופן מסחרי מאז תחילת שנות ה -2000, והטכנולוגיה ממשיכה להתפתח.

המונחים: world Deployment and Next-Generation Concepts

סין הובילה את העולם בהפצה של טכנולוגיה אולטרה-ביקורתית, עם עשרות יחידות בפעולה ובבניה.הממשל הסיני מקדם את USC כאמצעי לשיפור אבטחת האנרגיה ולצמצום זיהום האוויר באירופה ובצפון אמריקה, נבנה USC חדש מוגבל בשל מדיניות האקלים והצמיחה המהירה של מתחדשים, אך מתקנים קיימים משודרגים במידת האפשר.

המחקר מתקדם על צמחים אולטרה-על-על-על-על-פניים מתקדמים (A-USC) עם טמפרטורות קיטור עד 700-760 מעלות צלזיוס, אשר יכול לדחוף יעילות מעבר ל-50%, עם זאת, התפתחויות אלה דורשות התקדמות משמעותית בחומרים עתיריים גבוהים ועדיין נמצאים בשלב ההפגנה.הכדאיות המסחרית של A-USC תהיה תלויה בהפחתת עלויות ובתפקיד העתידי של פחם במערכת אנרגיה מסולפת.

ביצועים השוואתיים Metrics

כדי לסכם את ההבדלים המרכזיים בין צמחי פחם תת-קריניים, סופר קריטיים אולטרה-על קריטיים, מדדי הביצועים הבאים משמשים בדרך כלל בתעשיית הכוח:

  • יעילותה של ה-HV: ⁇ 1 (HV): סובייקט 1 (ה-33–35%) של סופר קריטי 40-45%, אולטרה-על-על-על-ביקורתי 45–50%.
  • (FLT:0Steam טמפרטורה בטורבינות: FIRLT:1 ⁇ ⁇ 370-400 מעלות צלזיוס, Super Critical ⁇ 500-600 ° C, Ultra-super- Critical 600-620 ° C.
  • לחץ צוות:0Steam:FLT:1 sub קריטי 16-20 MPa, Super Critical 24-26 MPa, Ultra-super Critical 25-30 MPa.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (בפרק: ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) צריכת הפחם ל-MWh: גבוה יותר עבור תת-ביקורת, כ-15-25% נמוך יותר עבור סופר-ביקורתי, ועוד 10-15% נמוך יותר עבור USC בהשוואה לסופר-ביקורתי.
  • (FLT:0)CO2 פליטות ל-MWh:FreaLT:1) פרופורציה ישירה לצריכת פחם; USC פולטת כ-30-35% פחות CO2 מאשר צמח תת-ביקורתי ממוצע.
  • (המחיר של LT:0) קפיטליסטי (יחסי להשתתפות): אנדרל 1 (Super Critical +10-20%), USC +25–40%.
  • (ההמחיר של חשמל (LCOEroval): 1 תלוי במחיר דלק, מחיר פחמן ומימון; עלויות הון גבוהות יותר יכולות להיות מתבטלות על ידי עלויות דלק נמוכות יותר.

נתונים אלה הם המחשה ויכולים להשתנות על בסיס עיצוב צמחי, איכות פחם, תנאים נוחים, ושיטות תפעוליות.עבור נתונים מפורטים, קוראים עשויים להתייחס לדיווחים של סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA)FLT:1 ו- (FLT:2U.S. Energy Administration)

שיקולים סביבתיים וכלכליים

בעת בחירתם של סוגי צמחי פחם, מקבלי ההחלטות חייבים לשקול הטבות סביבתיות נגד עלויות כלכליות. צמחי יעילות גבוהה יותר (על ביקורתי ו USC) להפחית את צריכת הדלק, אשר ישירות חותך CO2, SO2, NOx, ופליטות כספית.זה יכול לעזור לציית תקנות איכות האוויר ותכניות פחמן.בסמכות שיפוט עם מערכת מס פחמן או פליטות מסחר, חיסכון מפני פליטות נמוכות יותר יכול לשפר באופן משמעותי את ביצועי הנפט של הצמח.

עם זאת, העלות הגבוהה של צמחים מתקדמים דורשת השקעה גבוהה יותר ועשויה להאריך את תקופת ההחזרה.עבור מדינות עם שפע, פחם זול גישה מוגבלת הון, צמחים תת-קריניים עדיין להופיע אטרקטיבי.אבל, חיסכון דלק החיים לעתים קרובות לעשות super קריטי ו USC צמחים יותר כלכלי, במיוחד כאשר מחירי הפחם גבוהים או צפויים לעלות. A 2022 על ידי המרכז למדיניות אנרגיה גלובלית מצא כי צמחים סופר קריטיים בהודו היו בעלי עלות גבוהה יותר מ -15 שנים, למרות עלויות נמוך יותר מאשר צמחים LCO.

פחמן לכידת ואחסון (CCS) תאימות

גורם קריטי נוסף הוא הפוטנציאל של לכידת פחמן ואחסון (CCS) צמחי יעילות גבוהה יותר לייצר פחות CO2 עבורMWh, אשר מפחית את הגודל ואת העלות של ציוד CCS הדרושים. גז השפעת מצמחים סופר קריטיים ו USC הוא בדרך כלל בריכוז CO2 גבוה יותר, מה שהופך לכידת יעיל יותר.

אימוץ ומגמות גלובליות

צי הפחם הגלובלי מזדקנ, עם מספר משמעותי של צמחים תת-קריניים שנבנו בשנות ה-70-90.הבונות החדשים הם בעיקר סופר קריטיים או אולטרה-על קריטיים.סין היא המשקיע הגדול ביותר בטכנולוגיית פחם מתקדמת, עם יותר מ-70% מיכולת הפחם שלה כיום סופר קריטי או USC נכון ל-2023.הודו עוברת גם לתכנוןים סופר-קריטיסטיים, אם כי צמחים תת-קריסטיים עדיין שולטים באירופה ובצפון אמריקה, מעטים, הם קיימים, אך ורק יחידות על בסיס קריטיות, אך ורק על בסיס בינוני, אך ורק על בסיסים, אך ורק על בסיס של ארה"בעולם, כמו גם על בסיס של מדינות אחרות, כמו גם על בסיס של ארה"ב, כמו גם על בסיס של כ-C, כמו גם על בסיס של כ-C, כמו גם מעבר לעומסי, כמו גם על-חמצני, כמו גם על-חמצני, תחנות כוח-חמצני, אך ורק על-אוויר, אך ורק על-על-על-אוויר, כמו גם מעבר לעיצובים, כמו גם מעבר לעיצובים, כמו גם על-ידי ארה"בעולם, כמו גם מעבר לעיצובים, כמו גם מעבר לעיצובים, כמו גם מעבר לעיצובים, תחנות-על-ידי ארה"בעולם, כמו

מגמות בתחום הכוח הפחם מושפעות מאוד ממדיניות האקלים.הפרויקטים של IEA כי הדור של כוח פחמי תפחת בכלכלות מתקדמות, אך עשוי לרמה או לצמוח מעט בחלקים של אסיה עד 2030. בהקשר זה, החלפת צמחים ישנים עם יחידות סופר קריטיות או USC יכול להציע יעילות מיידית והפחתה ללא נטיעת פחם לחלוטין.

עתיד הטכנולוגיה העל-עליונית תלויה בחידושים מתקדמים.מחקרים כמו פרויקט AD700 של האיחוד האירופי ותוכנית A-USC של יפן במטרה לפתח חומרים עבור 700 מעלות צלזיוס+ קיטור, אם הם יצליחו, אלה יכולים לדחוף את היעילות מעבר ל-50%, מה שהופך את צמחי הפחם יעילים כמו גז טבעי מודרני בשילוב יחידות מחזור, למרות בעוצמה גבוהה יותר של פחמן.

מסקנה

צמחים קריטיים, סופר קריטיים, אולטרה-על קריטיים כוח צמחיים מייצגים ספקטרום של יעילות תרמית, ביצועים סביבתיים, ועלויות הון. צמחיים קריטיים מציעים השקעה ראשונית נמוכה, אך סובלים מצריכת דלק גבוהה ופליטות. צמחים סופר קריטיים מספקים שיפור מאוזן, והופכים לסטנדרט עבור חדש בונה.לטכנולוגיה קריטית יותר ויותר להשיג את היעילות הגבוהה ביותר ואת פליטות ההשקעה הנמוכות ביותר עבור MW, אבל עלות גבוהות יותר עלות פחמן, במיוחד עלות פחמן, כמו גם על ידי שיטות אבטחה מתקדמות, כמו גם על ידי אנרגיה, כמו גם על ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי אנרגיה, כמו גם על ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי פחמן, כמו גם על ידי פחמן-ידי פחמן-ידי פחמן-ידי פחמן-ידי פחמן-ידי פחמן-ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי מדיניות פחמן-ידי אבטחה, כמו גם על ידי אבטחה, כמו גם על ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי אנרגיה מתקדמת, כמו גם על ידי אבטחה, 000, כמו גם על ידי אבטחה מתקדמת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 אנרגיה מתקדמת יותר ויותר קריטי יותר ויותר