בדף זה תוכלו למצוא:

1. הנחיות כלליות

2. חומר רקע על תחנת כח מונעת גז טבעי – דוראד

3. מידע על תחנת הכוח – אלון תבור

4. מידע על תחנת הכוח "חגית"

5. מידע על תחנת הכוח רמת חובב

6.  חומרי עזר למורה

 

הנחיות כלליות

 

הרחבה על למידה חוץ כיתתית מדוע כדאי וכיצד מומלץ לעשות אותה ב"אוגדן ללמידה חוץ כיתתית בכימיה"

כל מורה בכיתתו

• מוזמן לבחור אתר שקרוב לבית הספר
• לתאם עם הגורמים האחראיים
• לקיים הכנה לקראת הסיור שבמסגרתה
  • לבדוק את המיקום הגיאוגרפי של האתר
  • להפחית את מרחב הזרות - לברר מושגים מרכזיים שחשובים להבנת הסיור
  • לאפשר לתלמידים להעלות שאלות שירצו לקבל עליהן תשובה במהלך הסיור
  • לאפשר לסיור להיות אינטרדיסציפלינרי ולהתייחס גם להיבטים נוספים מעבר לכימיה כמו חברה, כלכלה, פיסיקה סביבה טכנולוגיה וכו'.
• ניתן לחלק לתלמידים דפי תצפית למהלך הסיור
• לבצע פעילות סיכום לאחר הסיור בכיתה.

חומר רקע על תחנת כח מונעת גז טבעי – דוראד

 אם לא ניתן לבקר באתר ניתן להשתמש בסרט תדמית לתחנת הכוח של דוראד.

תחנת הכוח של דוראד יכולה לספק מעל ל- 800 מגה וואט לרשת החשמל, כמות המהווה כ- 7% מסך כושר הייצור בישראל כולה ובנוסף 40 MW  לתצרוכת עצמית. התחנה מבוססת על טכנולוגיית המחזור המשולב (מחז"מ), כלומר היא משלבת טורבינות גז ביחד עם טורבינות קיטור.

התחנה בנויה משתי יחידות, כאשר כל אחת מהם בנויה משש טורבינות גז, שישה דוודים, וטורבינת קיטור אחת. בכדי שתוכל להגיע לנצילות מרבית, מוסרת כל טורבינת גז את החום השיורי שבגזי הפליטה שלה לדוד המשמש כמחליף חום המנצל את טמפרטורת הגזים החמים.

דוד זה פועל בספיקה של kg/hr 468,000  ובטמפרטורה של  443ºC , והגזים הנפלטים מייצרים חשמל בהספק של כ- MW 80  נוספים בכל טורבינת קיטור (160 מגהוואט סה"כ). האנרגיה שנותרה, יחד עם החום המתקבל ממבערי הגז הטבעי שבתעלות הכניסה לדוד, מועברת באמצעות הדוד למים נטולי מלחים הנכנסים לתהליך בטמפרטורה של48ºC , והופכים לקיטור בשני לחצים:

1. קיטור בלחץ נמוך- bara 5 , בטמפרטורה של240ºC , בספיקה של  kg/hr15,000 

2. לקיטור בלחץ גבוה - bara 60  בטמפרטורה של 420°C  בספיקה של  kg/hr 40,000 .

מבערים בגז טבעי הממוקמים בתעלות היציאה של הגזים החמים מטורבינת הגז לדוד, מאפשרים לחמם את הגזים הנפלטים מטורבינת הגז, להעלות את האנרגיה, ולייצר קיטור בעל אנרגיה גבוהה יותר, כזה המסוגל להגביר את ההספק של טורבינות הקיטור (תוספת של כ 60 מגה וואט לכל מחזור משולב) ולהגיע לתפוקה של 140 מגה-וואט לכל טורבינת קיטור (280 מגה-וואט סה"כ).  

בסה"כ בכל מחזור משולב, מייצרת דוראד כ- MW 420 , בנצילות של כ- 51%.
טורבינות הגז התעופתיות מדגם  LM6000  בהספק של כ-  MW 46 , יוצרו ע"י חברת ג'נרל אלקטריק במפעלה בארה"ב, טורבינות הקיטור מתוצרת  SKODA  דגם  MTD-40  אשר ייוצרו בפילזן, מסוגלות לייצר כ- MW 140  כל אחת. לטורבינת הקיטור מחובר גנרטור מתוצרת  BRUSH  .  

היתרונות של טורבינות הגז התעופתיות משמעותיים, והן מספקות גמישות תפעולית ואמינות בהפעלה. טורבינות אלו הן דו-דלקיות, כך שניתן להפעילן בגז טבעי וגם בסולר כגיבוי. גמישותן של הטורבינות באה בין היתר לידי ביטוי ביכולתן להסתנכרן לרשת החשמל בתוך שתי דקות מרגע הפעלתן, ולהגיע לעומס מלא בתוך פחות מעשר דקות, כך שלדוראד תהיה יכולת מענה מהירה בכל אירוע או תקלה באחת מיחידות הייצור בארץ. הודות למבנה המיוחד של טורבינת הגז הן המאפשרת החלפה מהירה של מכלולים שלמים, ומבטיחות שכל תקלה, אם תקרה, בטורבינת הגז, לא תשפיע משמעותית על יכולת הייצור של התחנה, והיא תטופל בתוך כ- 5 ימים. זמן זה הוא שדרוש להחלפתה בטורבינת גז אחרת. יתרה על כך, ל-12 הטורבינות התעופתיות הספק של MW 46  כל אחת, מה שמגדיל משמעותית את הגמישות התפעולית ומאפשר לדוראד לשלוט על התהליך, על ידי הכנסה והוצאה הדרגתית של יחידות הייצור ע"י הפעלה או הפסקה של טורבינות בטווח העומסים של בין 100 ל- 800  MW , ובכך לתרום רבות להגדלת אמינות רשת החשמל במדינה.  

מבנה ייחודי זה, עם ריבוי של יחידות קטנות, מבטיח שמירה על נצילות מרבית גם בעומסים חלקיים, ע"י כך שניתן להפעיל ולהפסיק יחידות לפי העומס הנדרש: במקום להפעיל בעומסים חלקיים מספר יחידות – דבר הפוגע בנצילות היחידה , תופעל כל יחידה קרוב לעומס המלא שלה. ובכלל, קונפיגורציה זו, בשילוב עם מערכת ממוחשבת לניהול החשמל מאפשרת להתמודד גם עם שינויים רגולטוריים שככול הנראה ימשיכו ויהיו, עד אשר שוק תחרותי ראשוני זה יגיע לכדי בשלות ויציבות.

התחנה פועלת כל יום משעה 6.00-23.00 . אינה פועלת בשבת. בקיץ אינה פועלת גם ביום שישי.  

נצילות התחנה בהספק מלא של 840 MW  היא 50% .בעומס חלקי הנצילות גבוהה יותר ומגיעה עד 57%.

עלות בניית התחנה היה גבוה כיון שנלקחו בחשבון מרכיבים שונים המאפשרים עבודה רציפה ללא תקלות כגון,  מלאי של חלקי חילוף לטורבינות המאפשרים חילוף מהיר אפילו של כל הטורבינה במקרה של תקלה. מהירות החיבור של התחנה לרשת גבוהה מאוד ומתבססת על שני סוגי דלק: גז טבעי (המסופק לתחנה מתחנת קבלה נתג"ז) וסולר. (מאגרי הסולר של קצא"א קרובים מאוד) .בנוסף מאפשרת העבודה בתחנה הפעלת מספר טורבינות כיחידות קטנות וצרופן להפעלה משותפת על פי הצורך של חברת החשמל .  

בתחנה 2 אגפים:  

אגף צפון ואגף דרום. בכל אגף 6 טורבינות סילוניות עם 6 דווודים וטורבינת קיטור אחת.  

להלן תרשים המתאר יחידת ייצור.  

עיקרון הפקת חשמל מגז טבעי

1. אוויר דחוס (כמקור לחמצן) וגז הטבעי מגיבים בתגובת שריפה. הגזים הנוצרים בשרפה נפלטים בטמפרטורה גבוהה מתפשטים ועל ידי כך מסובבים טורבינה המסובבת גנרטור. הטורבינה מכילה כפות כעין שבשבת המסתובבת עם הפעלת כוח על ידי הגזים הנוצרים.

2. ציר הטורבינה מחובר למגנט. כאשר הטורבינה מסתובבת גם המגנט מסתובב. המגנט נמצא בחלק הנקרא מחולל / גנרטור. סביב המגנט ישנם סלילי נחושת. סיבוב המגנט בתוך הסליל גורם ליצירת זרם חשמלי בתוך הסלילים.     

3. הקיטור נוצר בדוד על ידי ניצול האנרגיה השיורית של הגזים הנפלטים לאחר שרפה של הגז הטבעי  

4. המים המשמשים ליצירת קיטור הם מים ללא מלחים על מנת למנוע קורוזיה של להבי הטורבינה. הגזים החמים הנפלטים משרפת הגז הטבעי מעבירים אנרגיה למים ללא מלחים ויוצרים קיטור.

5. הקיטור הנכנס לטורבינה קיטור בטמפרטורה גבוהה (° C 450-600) ובלחץ גבוה  ותוך כדי התפשטותו הוא גורם לסיבוב הטורבינה ומתקרר ומאבד מהלחץ שלו. הקיטור היוצא מהדוד הוא קיטור בטמפרטורה נמוכה קיטור שחום. הדוד הנותר בלילה עם סיום פעולת התחנה הוא יבש ומאפשר פעולה מידית בבוקר עם הפעלתה.

6. על מנת להשתמש שוב במי הקיטור יש לעבות אותו להפכו לקיטור מחדש. עיבוי הקיטור נעשה על ידי קירורו במחליפי חום בעזרת מי ים.  

 

  

מתקנים נוספים

מדחס - על מנת להעלות את כמות הגז הטבעי הנשרף ועם זאת את כמות הגזים הנוצרים בשרפה יש לדחוס את הגזים. דחיסת הגזים גורמת להעלאת הטמפרטורה במדחס ומהווה מגבלה לדחיסת הגזים. על מנת לאפשר דחיסה נוספת מזריקים מים למדחס ובכך גורמים לקירורו ולאפשרות של דחיסה גבוהה יותר של גזים. מים אלו הם מותפלים על מנת למנוע קורוזיה.

מים מותפלים מוזרקים גם לתא השרפה על מנת להוריד את הטמפרטורה ולמנוע יצירת תחמוצות מסוג NOx .    

מתקן להתפלת מים – בגלל הצורך במים מותפלים קיים בשטח התחנה מפעל להתפלת מים. המים מותפלים בשתי שיטות: 1. אוסמוזה הפוכה 2. EDI (מחליף יונים בשדה חשמלי)

מתקן לקירור מי ים – במפעל קיים מתקן המקרר מי ים על ידי העפת אוויר על ידי רוטור. המים המועפים לאוויר יורדים מטה מקוררים ב- 8°C ומשמשים לקירור הקיטור הנפלט בלחץ נמוך לשם קירורו ועיבויו למים להתחלת תהליך חדש. מי הים המקוררים מתחממים כתוצאה מקירור הקיטור ומוחזרים אל הים . 

ניטור המים מותפלים – על מנת שמור על מים מותפלים במידה הרצויה מתבצע ניטור מוליכות חשמלית רציפה. המוליכות החשמלית הנמדדת היא בסדר גודל של 0.075 מיקרו סימנס ומעידה על ריכוז יונים נמוך ביותר.

מיכל למאגר מים - על מנת למנוע תקלה ואי אפשרות להפעלת התחנה קיים מאגר מים מותפלים המספק מים ל-72 שעות במקרה של תקלה במתקן ההתפלה.

חיבור החשמל לרשת החשמל - התחנה מייצרת חשמל במתח של 400 קילו וולט. בתחנה קיימת תחנת מיתוג השייכת לחברת החשמל. התחנה עובדת בשיטת GIS-Gas Insulated System חדישה בה הרכיבים נמצאים בתוך גז מבודד SF 6 .

המידע הנ"ל מבוסס על אתר דוראד https://www. dorad .co.il  

וכן על ההסברים של דניאל יפה-סמנכ"ל טכני , יצחק נוסבוים -כימאי ראשי של התחנה.    

חזרה למעלה 

מידע על תחנת הכוח – אלון תבור

אתר טורבינות הגז "אלון תבור" ממוקם בפארק התעשייה שעל שמו הוא נקרא, בעמק יזרעאל. אתר טורבינות הגז "אלון תבור" כולל שתי יחידות ייצור מסוג טורבינות גז במחזור פתוח, שחומר הדלק שלו הוא סולר, בהספק של 110 מגוואט כל אחת, שהוכנסו לפעולה בשנים 1991-1992 וכן יחידה אחת מסוג מחזור משולב - (מחז"מ)- שהשלב הראשון שלה, בהספק של 240 מגוואט, הוכנס לפעולה בשנת 2004. החל משנת 2009 ליחידה זו יש תוספת קיטורית שמגדילה את כושר הייצור של האתר בעוד 133מגוואט.  

יחידת הייצור מחז"מ שבאתר, מסוג טורבינת גז במחזור משולב, מקוררת באמצעות שיטה חדשנית הנעזרת במגדלי קירור מבוססי מים, בשונה משיטת הקירור הנפוצה, המבוססת על אוויר. המים שמשמשים לצורך כך הם מי קולחין ממאגר דברת, המאגר הוקם במימונה של חברת החשמל, מפעל לאיסוף וטיהור מי קולחין של ערי העמק אשר מסביב לתחנה. שימוש שכזה במי קולחין, לצורך קירור מתקני תעשייה, הינו פרויקט ראשון מסוגו בארץ ובאמצעותו יושלם למעשה תהליך מחזור נוסף בשפכים התעשייתיים של האתר, לטובת שימור איכות הסביבה. מהשלב שחברת נתיבי הגז בישראל (נתג"ז) אפשרה אספקת גז טבעי לתחנה, יחידת הייצור מחז"מ מופעלת ע"י גז טבעי.  

בטכנולוגיית המחזור המשולב מנצלים את החום הנפלט מטורבינות הגז ומשתמשים בו לצורך יצירת קיטור, באמצעותו מפעילים טורבינה נוספת, ללא צורך בתוספת דלק. כך, במקום שהגזים יפלטו לאוויר, מנצלים את היותם חמים לשימוש נוסף. במחזור הראשון הדלק והאוויר נשרפים בטמפרטורה של 1350 מעלות צלזיוס ופולטים חום. גזי הפליטה החמים מפעילים טורבינת גז. מבערים מיוחדים מווסתים את טמפרטורת הבעירה ע"י הזרקת מים ללא מלחים לתא השריפה, במטרה להקטין את פליטת תחמוצת החנקן. הגזים החמים נפלטים בטמפרטורה שבין 560-600 מעלות צלזיוס. במחזור השני מנוצל החום השיורי של הגזים שנפלט לצורך חימום מים ליצירת קיטור, המפעיל טורבינה נוספת. פעולה זו תורמת הן לחסכון רב בניצול חומרי הגלם והן לשמירה על איכות הסביבה, משום שכושר הייצור גדל (נצילות הדלק בתחנות-כוח אלה מגיעה לשיעור של 56% מבלי שגדלה פליטת המזהמים לאוויר ובעיקר פוחתת פליטתם של גזי החממה.  

חזרה למעלה 

מידע על תחנת הכוח "חגית"

תחנת הכוח "חגית" היא תחנה השייכת לחברת החשמל ונבנתה בשנת 2000 עת התחילו לחבר תחנות כוח לרשת ההולכה של הגז הטבעי. בתחנה יש טורבינות גז. טורבינת הגז פועלת על ידי הנעת כנפי הטורבינה על ידי הגזים הנוצרים במהלך השרפה של הגז הטבעי. ההספק של תחנת הכוח הכוללת שש יחידות הוא גבוה ועומד על 1400MW .  

הספק גבוה זה (יותר מתחנת הכוח דוראד בה יש יותר יחידות ), הוסבר על ידי סוג טורבינות שונה מבחינת הייצור והגודל. הנצילות של תחנת כוח מחז"ם היא כ-57% . שיטת הפעולה של מחז"ם מבוססת על ניצול האנרגיה השיורית הקיימת בגזי הפליטה הנפלטים לאחר סיבוב הטורבינה. גזים אלו מעבירים את האנרגיה שלהם בעזרת מחליפי חום אל מים נטולי מלחים, ההופכים לקיטור וקיטור זה מופנה אף הוא אל אותו גנרטור כך שהפקת החשמל מבוססת על סיבוב הטורבינה על ידי גזי הפליטה וכן על ידי סיבובה על ידי קיטור. על מנת לקרר את הקיטור אשר סיים את פעולתו דרוש מחליף חום נוסף. בתחנת הכוח "חגית": קירור זה מתבצע על ידי מפוחי אוויר. טורבינות המחז"ם צריכות להתאים גם להפעלה גם על ידי סולר במידה ולא תתקיים אספקת גז טבעי.

היבטים כימיים בתחנת הכוח חגית

יש להכין מים נטולי מלחים (מנ"מ) היות ומהם יוכן הקיטור המסובב את הטורבינה. זיהום במים אלו עלול ליצור קורוזיה במדחפי הטורבינה. ניקוי המים נעשה במפעל בשיטת האוסמוזה ההפוכה להוצאת מלחים שונים. כמו כן יש לשמור על רמת pH גבוה מ-7 על מנת למנוע פגיעה בטורבינה. הדבר נעשה על ידי הוספת אמוניה.

דרישות הניקוי מהמים הם קפדניים וכוללים ריכוז מלחים נמוך ביותר קטן מ-5ppb , כתוצאה מכך מוליכות חשמלית נמוכה, ריכוז חלקיקים מיזערי (קטן מ-5ppb ) וכן Total Organic Compound - TOC   (נמוך – קטן מ-(200ppb .  

שפכים שונים בתחנה עוברים ריענון וטיפול וחלקם מוחזרים למערכת לדוגמה הוספת נתרן בי סולפיד לנטרול תרכובות גופרית.  

היות ומידי פעם שורפים סולר יש לקיים בדיקות תקופתיות של איכות הסולר למניעת פליטת מזהמים לסביבה וכן ליצור תנאים בהם לא ייווצרו גידולי חיידקים העלולים לחסום מסננים.

התחנה עוברת טיפולי אחזקה תקופתיים בעונות המעבר ואז יורד ההספק ב-40% בגלל סגירת יחידות שונות לטיפול וניקוי. השימוש בטורבינות מחז"מ מאפשר הפעלה והחזרת יחידה לשרות בזמן קצר, כך שאם נדרשת הפעלת היחידה תוך כדי טיפולי אחזקה הדבר אפשרי.  

חזרה למעלה

מידע על תחנת הכוח רמת חובב

 

תקציר הסיור

הסיור ברמת חובב כלל 2 חלקים:

חלק א- הרצאה מקיפה מפיו של מר איזידור גנר, כימאי המפעל. ההרצאה כללה את הנושאים הבאים: היסטוריה של בניית תחנות כוח בארץ החל מהתחנה ההידרואלקטרית בנהריים ועד היום, מבנה תחנת הכוח רמת חובב, פרטים טכניים על סוגי הטורבינות וההספק שלהן, תהליכי אחזקה שוטפים של התחנה, היבטים כספיים של הפקת גז וייצור חשמל.

חלק ב- סיור במפעל עצמו-ראינו במו עיננו את היחידות עליהם קיבלנו קודם הסברים: טורבינת מחז"מ, דוד קיטור, צנרת הגז, החיבור לתחנת ה- PRMS   של נתג"ז.

 

הרחבה

 

לאחר שהקיטור סובב את הטורבינה יש לקררו. הקרור ברמת חובב נעשה על ידי אוויר. בנוסף מוזרם קיטור נוסף אל המים לאחר עיבויים על מנת להוציא עודף חמצן שמומס במים. חמצן זה עלול לפגוע בלהבי הטורבינה.  

הספק התחנה 1200MW . 3-7% מהחשמל המופק בתחנה משמש לצרכים של התחנה. במהלך תגובות השרפה בתחנה מתקיימת גם שרפת חנקן הנמצא באוויר. כתוצאה מכך שיש פליטת תחמוצות חנקן ( NOX ). ישנן שתי שיטות טיפול בתחמוצות אלו:

DLN-Dry Low Nox

על ידי הורדת הטמפרטורה בתא השרפה ללא הוספת מים.

WLN-Wet Low Nox

 זרקת ערפל מים ללהבה ובכך מורידים את הטמפרטורה.  

ארובות תחנות כוח המופעלות על גז הן נמוכות יותר (כ-60 מ') לעומת הארובות של תחנות כוח פחמיות
(350 מ'). הסיבה היא הצורך בהכנסת מסננים שונים לאורך הארובה למניעת פליטת מזהמים (גופרית דו חמצני, תרכובות חנקן לאוויר).  

כמה היבטים הכימיים

בדיקות שמן. בטמפרטורה בה פועלת הטורבינה, 1200°C  דרושים שמני סיכה שתפקידם גם לקרר. שמנים אלו הם גם סופגים מאמצים ולכן יש לדאוג לאיכותם. נערכות בדיקות של חומציות, צמיגות (לכל מכונה טווח צמיגות משלה)רטיבות השמנים וכן אחוז החלקיקים בהם.

בדיקת הסולר- היות והטורבינות צריכות להתאים גם לשרפת סולר במקרה חירום, יש לבדוק באופן רציף את איכותו. נערכות בדיקות של מיקרו אורגניזמים, ערך קלורי, נקודת הבזקה, וזיהומים שונים בדלק.

בסיור במפעל למדנו שמימן משמש כחומר מקרר. נמצא כי מימן הוא גז המוליך חום טוב פי 20 מאשר הולכת החום של האוויר. בעת השימוש בגז כחומר קרור הוא לא משנה את מצב צבירתו. בכל מקום במפעל בו יש מימן יש מאגר פחמן דו חמצני במצב היכון לכיבוי שרפה שעלולה להיגרם.  

 

 

 

מערכת מחזור משולב מקוררת אוויר.

 

חזרה למעלה