كيفية توليد التوربينات الغازية للطاقة: شرح مبسط لعملها ومكوناتها وكيفية تحويلها للوقود إلى طاقة حركية وكهربائية بطريقة فعالة.
كيف تولد التوربينات الغازية الطاقة
التوربينات الغازية هي واحدة من التقنيات الرئيسية التي تُستخدم لتحويل الطاقة الكيميائية المخزَّنة في الوقود إلى طاقة ميكانيكية مما يسمح بتوليد الكهرباء. تعمل هذه الآلات المدهشة بكفاءة وفعالية في عدد كبير من التطبيقات مثل محطات توليد الطاقة والطائرات.
مكونات التوربينات الغازية
تتكون التوربينات الغازية من ثلاثة مكونات رئيسية:
الضاغط: يقوم بسحب الهواء وضغطه إلى ضغط أعلى.
غرفة الاحتراق: يتم فيها خلط الهواء المضغوط بالوقود وإشعاله.
التوربين: يتمدد الغازات الساخنة عبر التوربين لتدير شفراته، وبالتالي توليد الطاقة الميكانيكية.
آلية العمل
سحب الهواء وضغطه: يدخل الهواء من المحيط الخارجي إلى الضاغط، حيث يتم ضغط الهواء بقوة عن طريق مجموعة من الشفرات الدوارة والثابتة. يتم زيادة ضغط الهواء بشكل تدريجي كلما تقدم عبر الضاغط.
الاحتراق: ينقل الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق، حيث يُمزج بالوقود (عادةً الغاز الطبيعي أو الكيروسين). يتم إشعال الخليط الناتج في غرفة الاحتراق مما يزيد من درجة حرارته كثيراً.
توسيع الغازات عبر التوربين: تدخل الغازات الساخنة ذات الضغط المرتفع إلى التوربين، حيث تتمدد وتدور شفرات التوربين. يتحول جزء من الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل الضاغط والمولد الكهربائي.
الكفاءة
يمكن أن تعمل التوربينات الغازية بكفاءة عالية، وقد تصل كفاءتها إلى حوالي 30% إلى 40%. في بعض التصاميم الحديثة التي تستخدم تقنيات التبريد وإعادة التدوير، يمكن أن تصل الكفاءة إلى 60%. يُعرف هذا النوع من التشغيل المشترك باسم “دورة مشتركة”، حيث يتم استخدام الحرارة الزائدة من التوربين الغازي لتوليد بخار يحرك توربينة بخارية إضافية.
الصيغة العامة لحساب الكفاءة الحرارية للنظام هي:
\[
\eta = \frac{W_{net}}{Q_{in}}
\]
حيث:
\(\eta\) = الكفاءة الحرارية
\(W_{net}\) = الشغل الصافي المنتج بواسطة التوربين
\(Q_{in}\) = الحرارة المدخلة إلى النظام
استخدامات التوربينات الغازية
تُستخدم التوربينات الغازية في عدة مجالات تشمل:
محطات توليد الطاقة: تُستخدم التوربينات الغازية لتوليد الكهرباء في العديد من محطات الطاقة حول العالم.
الطائرات: المحركات النفاثة المستخدمة في الطائرات تعتمد أساسًا على تقنية التوربينات الغازية لتوليد الشد والدفع اللازمين للطيران.
الصناعة: تُستخدم في العمليات الصناعية التي تتطلب كميات كبيرة من الحرارة والطاقة، مثل عمليات التصنيع الثقيلة وتكرير النفط.
إن التقنية المتقدمة التي تعمل بها التوربينات الغازية تتيح لها أن تكون واحدة من حلول الطاقة المهمة والفعالة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الحيوية في العالم الحديث.