石炭火力発電所はどのように機能するのでしょうか?

石炭火力発電所は 1 世紀以上にわたって発電の基礎となってきました。再生可能エネルギー源の台頭にもかかわらず、石炭は依然として世界のエネルギーミックスに大きく貢献しています。石炭火力発電所がどのように機能するかを理解することは、従来の発電の基本を理解するために不可欠です。この記事では、プロセスの詳細な概要を説明し、石炭がどのように電力に変換されるかを主要なステップに分けて説明します。

石炭の供給と準備

このプロセスは石炭の供給から始まり、石炭は通常、列車、トラック、またはベルトコンベアによって発電所に配送されます。石炭は工場に到着すると、粉砕して微粉末にするなどの準備が行われます。これにより石炭の表面積が増加し、ボイラー内でより効率的かつ完全に燃焼できるようになります。

ボイラーでの燃焼

微粉炭はボイラーの燃焼室に吹き込まれ、高温で点火されます。石炭の燃焼により発生する高熱により、ボイラーチューブ内の水が高圧の蒸気に変換されます。ボイラーは、熱伝達を最大化し、石炭を確実に完全燃焼させ、廃棄物と排出物を最小限に抑えるように設計されています。

蒸気の発生

水が蒸気に変わると、非常に高い温度と圧力に達します。この蒸気は一連のパイプを通ってタービンに送られます。蒸気の品質と圧力は発電所の効率にとって非常に重要であり、最新のプラントは性能を向上させるために超臨界圧または超超臨界圧で運転されています。

タービンの動作

高圧蒸気はタービンに入り、タービンブレードを通過する際に膨張して冷却されます。この膨張により、タービンブレードが急速に回転します。タービンは発電機のシャフトに接続されているため、タービンが回転すると発電機が駆動され、電気が生成されます。

発電

発電機の内部では、タービンからの機械エネルギーが電気エネルギーに変換されます。これは、回転するタービン シャフトが磁界内でローターを回転させ、ステーター巻線に電流を誘導する電磁誘導によって実現されます。発電された電気は変圧器に送られ、電圧を高めて送電線に送電します。

蒸気の凝縮とリサイクル

タービンを通過した後、蒸気は復水器に入り、そこで冷却されて凝縮されて水に戻ります。このプロセスでは、川、湖、冷却塔などの近くの水源からの冷却水を使用します。凝縮水はポンプでボイラーに戻されて再加熱され、システムが閉ループになります。

排出ガス制御システム

石炭の燃焼では、二酸化硫黄 (SO2)、窒素酸化物 (NOx)、粒子状物質、二酸化炭素 (CO2) などの汚染物質が生成されます。最新の石炭火力発電所には、有害な排出物を削減し、環境規制に準拠するために、電気集塵機、スクラバー、選択触媒還元システムなどのさまざまな排出ガス制御技術が装備されています。

灰の取り扱い

石炭を燃やすと副産物として灰が生じます。この灰はボイラーと排ガス浄化システムから収集されます。その後、灰処分場に輸送されたり、場合によってはセメントやコンクリートなどの建設資材に使用され、廃棄物や環境への影響が削減されます。

送配電

発電所で生成された電気は、高圧送電線を介して変電所に送られます。そこから、より低い電圧に降圧されて、家庭、企業、産業に供給されます。送配電システム全体により、電力が確実かつ効率的にエンドユーザーに届けられます。

要約すると、石炭火力発電所は、適切に調整された一連の手順を通じて、石炭に蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換することによって機能します。このプロセスには、石炭の準備、燃焼、蒸気の発生、タービンの運転、発電、蒸気の凝縮、排出制御、灰の処理、そして最後に消費者への送電が含まれます。石炭火力発電所は電力生産に不可欠ですが、その効率を向上させ、環境への影響を軽減することを目的とした進歩が続いています。これらの中核プロセスを理解することで、従来の発電所がどのように機能するか、また進化するエネルギー情勢の中で発電所が直面する課題についての洞察が得られます。