مواضيع المحاضرة: محطات التوليد
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1-Generation stations

1-1 What is Power Plant?

A power  plant or  a power  generating  station,  is  basically  an  industrial

location that is utilized for the generation and distribution of electric power in mass
scale, usually in the order of several 1000 Watts. These are generally located at the
sub-urban  regions  or  several  kilometers  away  from  the  cities  or  the  load  centers,
because  of  its  requisites  like  huge  land  and  water  demand,  along  with  several
operating  constraints  like  the  waste  disposal  etc.  For  this  reason,  a  power
generating station has to not only take care of efficient generation but also the fact
that  the  power  is  transmitted  efficiently  over  the  entire  distance.  And  that’s  why,
the transformer switch  yard  to  regulate  transmission voltage also  becomes  an
integral part of the power plant.

At the center of it, however, nearly all power generating stations has an A.C.

generator or an alternator, which is basically a rotating machine that is equipped to
convert  energy  from  the  mechanical  domain  (rotating  turbine)  into  electrical
domain  by  creating  relative  motion  between  a magnetic  field and the  conductors.
The  energy  source  harnessed  to  turn  the  generator  shaft  varies  widely,  and  is
chiefly dependent on the type of fuel used.

1-2Types of Power Station:

A power plant can be of several types depending mainly on the type of fuel

used.  Since  for  the  purpose  of  bulk  power  generation,  only  thermal,  nuclear  and
hydro power comes handy, Let us have a look in these types of power stations in
details.


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1-2-1 Steam Power Station:

A  thermal  power  station  or  a  coal  fired thermal  power  plant is  by  far,  the

most  conventional  method  of  generating electric  power with  reasonably  high
efficiency.  It  uses  coal  as  the  primary  fuel  to  boil  the  water  available  to
superheated  steam  for  driving  the  steam  turbine.  The  steam  turbine  is  then
mechanically  coupled  to  an alternator rotor,  the  rotation  of  which  results  in  the
generation of electric power.

Theory of Steam Power Station:

The theory of thermal power station or working of thermal power station is

very simple. A power generation plant mainly consists of alternator runs with help
of steam turbine. The steam is obtained from high pressure boilers.

In  coal  thermal  power  plant,  the  steam  is  produced  in  high  pressure  in  the

steam boiler due to burning of fuel (pulverized coal) in boiler furnaces. This steam
is further supper heated in a super heater. This supper heated steam then enters into
the turbine and rotates the turbine blades. The turbine is mechanically so coupled
with alternator that  its  rotor  will  rotate  with  the  rotation  of  turbine  blades.  After
entering in turbine the steam pressure suddenly falls and corresponding volume of
the  steam  increases.  After  imparting  energy  to  the  turbine  rotor  the  steam  passes
out  of  the  turbine  blades  into  the  condenser.  In  the  condenser  the  cold  water  is
circulated  with  the  help  of  pump  which  condenses  the  low  pressure  wet  steam.
This  condensed  water  is  further  supplied  to  low  pressure  water  heater  where  the
low pressure steam increases the temperature of this feed water, it is again heated
in high pressure.

For  better  understanding  we  furnish  every  step  of  function  of  a  thermal

power station as follows:-

1) First the pulverized coal is burnt into the furnace of steam boiler.
2) High pressure steam is produced in the boiler.
3) This steam is then passed through the super heater, where it further heated

up.

4) This supper heated steam is then entered into a turbine at high speed.
5)  In  turbine  this  steam  force  rotates  the  turbine  blades  that  means  here  in

the turbine the stored potential energy of the high pressured steam is converted into
mechanical energy.


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6)  After  rotating  the  turbine  blades,  the  steam  has  lost  its  high  pressure,

passes out of turbine blades and enters into a condenser.

7)  In  the  condenser  the  cold  water  is  circulated  with  help  of  pump  which

condenses the low pressure wet steam.

8) This condensed water is then further supplied to low pressure water heater

where the low pressure steam increases the temperature of this feed water, it is then
again heated in a high pressure heater where the high pressure of steam is used for
heating.

9)  The  turbine  in  thermal  power  station  acts  as  a  prime  mover  of  the

alternator.

Figure(1)

Line Diagram of Power Plant


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Efficiency of Steam Power Station or Plant:

The overall efficiency of a thermal power station or plant varies from 20% to

26% and it depends upon plant capacity.

Installed plant capacity

Average overall thermal efficiency

upto 1MW

4%

1MW to 10MW

12%

10MW to 50MW

16%

50MW to 100MW

24%

above 100MW

27%

Steam Power Plant Location:

Many  points  to  be  considered  to  decide  the  best  optimized  location  of  the

power plant .

1)  The electric  power  generation  plant must  be  constructed  at  such  a  place

where the cost of land is quite reasonable.

2) The land should be such that the acquisition of private property  must be

minimum .

3)  A  large  quantity  of  cooling  water  is  required  for  the  condensers  etc  of

thermal  power generation plant,  hence  the  plant should preferably  situated  beside
big source of natural water source such as big river.

4) Availability of huge amount of fuel at reasonable cost is one of the major

criterion for choosing plant location.

5) The plant should be established on plane land.
6) The soil should be such that it should provide good and firm foundation

of plant and buildings.

7)  The thermal  power  plant location  should  not  be  very  nearer  to  dense

locality as there are smoke, noise steam, water vapors etc.

8) There must be ample scope of development of future demand.
9)  Place  for  ash  handling  plant  for  thermal  power  station  should  also  be

available very nearby.


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10) Very tall chimney of power station should not obstruct the traffics of air

ships.

Advantages & Disadvantages of Steam Power Station:

a)

Advantages:

1) Economical for low initial cost other than any generating plant.
2) Land required less than hydro power plant.
3)  Since  coal  is  main  fuel  &  its  cost  is  quite  cheap  than  petrol/diesel  so

generation cost is economical.

4) There are easier maintenance.
5) Thermal power plant can be installed in any location where transportation

& bulk of water are available.

b) Disadvantages:

1) The running cost for a thermal power station is comparatively high due

to fuel , maintenance etc.

2) Large amount of smoke causes air pollution .The thermal power station is

responsible for Global warming.

3)  The  heated  water  that  comes  from  thermal  power  plant  has  an  adverse

effect on the lives in the water and disturbs the ecology.

4) Overall efficiency of thermal power plant is low like less 30%.

Figure(2)

Steam Power Plant


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1-2-2 Gas Power Station:

Gas  turbine engines  derive  their power from  burning  fuel  in  a  combustion

chamber  and  using  the  fast  flowing  combustion  gases  to  drive  a  turbine  in much
the same way as the high pressure steam drives a steam turbine.

One  major  difference  however  is  that  the gas  turbine has  a  second  turbine

acting  as  an  air  compressor  mounted  on  the  same  shaft.  The  air  turbine
(compressor)  draws  in  air,  compresses  it  and  feeds  it  at  high  pressure  into  the
combustion chamber increasing the intensity of the burning flame.

It  is  a  positive  feedback  mechanism.  As  the  gas  turbine  speeds  up,  it  also

causes  the  compressor  to  speed  up  forcing more air  through  the  combustion
chamber  which  in  turn  increases  the  burn  rate  of  the  fuel  sending more high
pressure  hot  gases  into  the  gas  turbine  increasing  its  speed  even more.
Uncontrolled runaway is prevented by controls on the fuel supply line which limit
the amount of fuel fed to the turbine thus limiting its speed.

Figure(3)

Gas Power Plant

The thermodynamic process used by the gas turbine is known as the Brayton

cycle.  Analogous  to  the Carnot  cycle in  which  the  efficiency  is  maximised  by
increasing  the  temperature  difference  of  the  working  fluid  between  the  input  and
output of the machine, the Brayton cycle efficiency is maximised by increasing the
pressure difference across the machine. The gas turbine is comprised of three main
components:  a  compressor,  a  combustor,  and  a  turbine.  The  working  fluid,  air, is
compressed in the compressor (adiabatic compression - no heat gain or loss), then
mixed with fuel and burned by the combustor under constant pressure conditions in
the  combustion  chamber  (constant  pressure  heat  addition).  The  resulting  hot  gas
expands  through  the  turbine  to  perform  work  (adiabatic  expansion).  Much  of
the power produced  in  the  turbine  is  used  to  run  the  compressor  and  the  rest  is
available  to  run  auxiliary  equipment  and  do  useful  work.  The  system  is  an  open
system because the air is not reused so that the fourth step in the cycle, cooling the
working fluid, is omitted .


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Gas  turbines  have a  very  high power to  weight  ratio  and  are  lighter  and

smaller  than  internal  combustion  engines  of  the  same power.  Though  they  are
mechanically simpler than reciprocating engines, their characteristics of high speed
and  high  temperature  operation  require  high  precision  components  and  exotic
materials making them more expensive to manufacture

Turbine Configurations

Gas turbine power generators are used in two basic configurations

Simple  Systems

consisting  of  the  gas  turbine  driving  an

electrical power generator.

Combined  Cycle  Systems

which  are  designed  for  maximum

efficiency  in  which  the  hot  exhaust  gases  from  the  gas  turbine  are
used to raise steam to power a steam turbine with both turbines being
connected to electricity generators.


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Advantages & Disadvantages Of Gas Turbine Plants:

a) Advantages

1. They  are more compact,  since  fuel  is  burnt  directly  in  the  small

combustion Chamber in the gas turbine rather than in a bulky boiler.

2. Gas Turbine has no condenser.
3. They can be started and take more load quickly (i.e.15 - 30 min).
4. They are simpler in design and easy to maintain.
5. They consume less metal and other materials for the same capacity.
6. They cost less.
7.

Unlike steam turbines , they require very less water for cooling.

8. Gas  Turbine  is more suitable  for  power  generation,  where  water

scarcity exists or the water is more precious.

b) Disadvantages:

1. They have a lower specific power .
2. They have lower efficiency at the modern state of progress.
3. They have a shorter service life .
4. They are more sensitive to fuel quality .

1-2-3 Hydro Power Plant :

Power  system  mainly  contains  three  parts  namely  generation,  transmission

and  distribution.  Generation  means  how  to  generate  electricity  from  the  available
source  and  there  are various  methods  to  generate  electricity  but  in this  article  we
only  focused  on  generation  of  electricity  by  the  means  of  hydro  or  water  (hydro
power plant). As we know that the power plant is defined as the place where power
is generated from a given source, so here the source is hydro that’s why we called
it hydro power plant.

Figure(4)

Hydro Power Plant


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In  hydro  power  plant  we  use  gravitational  force  of  fluid  water  to  run  the

turbine which is coupled with electric generator to produce electricity. This power
plant plays an important role to protect our fossil fuel which is limited, because the
generated electricity in hydro power station is the use of water which is renewable
source  of  energy  and  available  in  lots  of  amount  without  any  cost.  The  big
advantage of hydro power is the water which the main stuff to produce electricity
in hydro power plant is free, it not contain any type of pollution and after generated
electricity the price of electricity is average not too much high.

Construction and Working of Hydro Power Plant:

Fundamental parts of hydro power plant are

a) Area.

b) Dam.

c) Reservoir.

d) Penstock.

e) Storage tank.

f) Turbines and generators.

g) Switchgear and protection.

For  construction  of  hydro  power  plant  first  we  choose  the  area  where  the

water is sufficient to reserve and no any crisis of water and suitable to build a dam,
then we construct the dam. The main function of dam is to stop the flow of water
and  reserve  the  water  in  reservoir.  Mainly  dam  is  situated  at  a  good  height  to
increase the force of water. Reservoir stocks up lots of water which is employed to
generate  power  by  means  of  turbines .  After  that  Penstock,  the  pipe  which  is
connected  between  dam  and  turbine  blades  and  most  important  purpose  of  the
penstock is to enlarge the kinetic energy of water that’s why this pipe is made up
of extremely well-built material which carry on the pressure of water. To control
the  pressure  of  water  means  increase  or  decrease  water  pressure  whenever
required, we use a valve. Storage tank comes in picture when the some reason the
pressure  of  water  in  reservoir  is  decreases  then  we  use  storage  tank  it  is  directly
connected to penstock and use only in emergency condition. After that we employ
turbine  and  generator.  Turbine  is  the  main  stuff,  when  water  comes  through  the
penstock  with  high  kinetic  energy  and  falls  on  turbine  blades,  turbine  rotates  at
high speed. As we know that the turbine is an engine that transfers energy of fluid
into  mechanical  energy  which  is  coupled  with  generator  and  generator  converts
mechanical  energy  into  electrical  energy  which  we  utilize  at  the  end.  In  hydro
power plant we also add switchgears and protections which control and protect the
whole  process  inside  the  plant.  The  control  equipments  consists  control  circuits,
control  devices,  warning,  instrumentation  etc  and  connect  to  main  control  board.
After  generating  electricity  at  low  voltage,  we  use  step  up  transformer  to  enlarge
the  level  of voltage (generally  132KV,  220KV,  400KV  and  above)  as  per  our


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requirement. After that we transmit the electric power to the load center, and then
we step down the voltage for industrial and large consumer and then again we step
down the voltage to distribute electricity at domestic level which we used at home.

This  is  the  whole  process  of  generating  electricity  by  the  means  of  hydro

(hydro power plant) and then transmitting and distributing electricity.

History of Hydro Power Plant

First hydro power is used by the Greekins to spin water wheels for crushing

wheat into flour before more than 2000 years ago. In the 1700's, hydropower was
generally used for pumping irrigation (non-natural use of water on the way to the
land)  water.  We  start  to  generate  electricity  from  hydro  power  in  1882  when
United  States  (U  S)  establishes  a  first  hydro  power  station  which  generate  12.5
kilowatts (KW) of power. The rapid growth of hydro power comes in 1900’s when
hydraulic reaction turbine comes in picture as a result in 1900’s hydro power plants
fulfill the requirement of 40% of total United States' electricity. In between 1905-
1911 largest hydro power station (Roosevelt Dam) is built by the united state and
its generated capacity is increased from 4500kW to 36,000kW.In 1914 S.J. Zowski
developed  the  high  specific  speed  reaction  (Francis)  turbine  runner  for  low  head
applications.  1922  the  first  time  a  hydroelectric  plant  was  built  specifically  for
crest power. In 1933 Hoover Dam, Arizona generated electricity first time. In 1940
over  1500  hydro  power  plants  generate  about  one  third  of  the  United  States'
electrical energy.

If  we  compare  the  countries  on  the  basis  of  generated  electricity  by  the

means of hydro power, Canada on the top after that United State then Brazil then
Russia  then  China  then  Norway  and  at  7th  number  India  is  present.  India  fulfills
the 3.5% power to the total world power through hydro power plants.

In  India  scope  of  hydro  power  is  very  good,  first  hydro  power  station,

capacity  of  130kW  establishes  in  Asia  at  mounts  of  Darjeeling  in  1898  and  after
that  in  1902  Shimsh  (Shivanasamudra)  is  established  and  both  located  in  India.
Now a day in India the leading hydro power plant is located of river Naptha Jhakri
hydro project of 1500MW in Himachal Pradesh. In India main boost come in the
field  of  hydro  power  in  august  1998  when  the  Government  of  India  publicized  a
plan  on  ‘Hydro  Power  Development’  after  that  in  November  2008  once  again
Indian  government  announced  this  plan  and  as  a  result  India  become  leading
country list to produce hydro power.

This a general idea about hydro power plant.


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1-2-4 Diesel Power Station:

For  generating  electrical  power,  it  is  essential  to  rotate  the  rotor  of  an

alternator by means of a prime mover. The prime mover can be driven by different

methods.  Using  diesel  engine  as  prime  mover  is  one  of  the  popular  methods  of

generating power. When prime mover of the alternators is diesel engine, the power

station is called diesel power station.

The  mechanical  power  required  for  driving alternator comes  from

combustion  of  diesel.  As  the  diesel  costs  high,  this  type of  power  station  is  not

suitable for producing power in large scale in our country.

But for small scale production of electric power, and where, there is no other

easily  available  alternatives  of  producing  electric  power,  diesel  power  station  are

used.

Steam  power  stations  and  hydro  power  plants  are  mainly  used  to  produce

maximum  portion  of  the  electrical  load  demands.  But  for  steam  power  station,

sufficient supply of coal and water are required.

Figure(5)

Diagram of Hydro Power Plant


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For hydro power station, plenty source of water and big dams are required.

But  where  all  these  facilities  are  not  available,  such  as  no  easy  way  of  coal

transportation and no scope of constructing dam, there it is established.

Diesel  power  plants  are  also  popularly  used  as  standby  supply  of  different

industries,  commercial  complexes,  hospitals,  etc.  During  power  cut,  these  diesel

power generators are run to fulfil required demand.

Advantages & Disadvantages of Diesel Power Station:

a. Advantages

1. This is simple in design point of view.
2. Required very small space.
3. It can also be designed for portable use.
4. It has quick starting facility, the small diesel generator set can be started

within few seconds.

5. It can also be stopped as when required stopping small size diesel power

station, even easier than it’s starting

6. As  these  machines  can  easily  be  started  and  stopped  as  when  required,

there may not be any standby loss in the system.

7. Cooling is easy and required smaller quantity of water in this type power

station.

8. Initial cost is less than other types of power station.
9. Thermal efficiency of diesel is quite higher than of coal.
10.Small involvement is less than steam power station.

b. Disadvantages:

1. As we have already mentioned, the cost of diesel is very high compared

to  coal.  This  is  the  main  reason  for  which  a  diesel  power  plant  is  not
getting popularity over other means of generating power. In other words
the  running  cost  of  this  plant  is  higher  compared  to  steam  and  hydro
power plants.

2. The plant generally used to produce small power requirement.
3. Cost of lubricants is high.
4. Maintenance is quite complex and costs high.

Different Components of Diesel Power Station


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In addition to diesel generator set or DG set there are many other auxiliaries

attached to at diesel power station. Let’s discuss one by one.

a) Fuel Supply System:

In fuel supply system there are one storage tank, where oil in stored.

Strainer : This oil then pump to dry tank, by means of transfer pump.

During  transferring  from  main  tank  to  smaller  dry  tank,  the  oil  passes

through  strainer  to  remove  solid  impurities.  From  dry  tank  to  main  tank,  there  is

another  pipe  connection.  This  is  over  flow  pipe.  This  pipe  connection  is  used  to

return the oil from dry tank to main tank in the event of over flowing.

From  dry  tank  the  oil  is  injected  in  the  diesel  engine  by  means  of  fuel

injection pump.

b) Air Intake System:

This  system  supplies  necessary  air  to  the  engine  for  fuel  combustion.  It

consists  of  a  pipe  for  supplying  of  fresh  air  to  the  engine.  Filters  are  provided  to

remove dust particles from air.

c) Exhaust System:

The exhaust gas is removed from engine, to the atmosphere by means of an

exhaust system. A silencer is normally used in this system to reduce noise level of

the engine.

d) Cooling System:

The heat produced due to internal combustion, drives the engine. But some

parts  of this  heat  raise  the  temperature  of  different  parts  of  the  engine.  High

temperature may cause permanent damage to the machine. Hence, it is essential to

maintain the overall temperature of the engine to a tolerable level. Cooling system

of  diesel  power  station  does  exactly  so.  The  cooling  system  requires  a  water

source,  water  source,  water pump  and  cooling  towers.  The  pump  circulates  water

through cylinder and head jacket. The water takes away heat from the engine and it

becomes  hot.  The  hot  water  is  cooled by  cooling  towers  and  is  re-circulated  for

cooling.


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e) Lubricating System:

This  system  minimises  the  water  of  rubbing  surface  of  the  engine.  Here

lubricating  oil is stored  in  main  lubricating  oil tank.  This  lubricating oil  is  drawn

from the tank by means of oil pump. Then the oil is passed through the oil filter for

removing impurities. From the filtering point, this clean lubricating oil is delivered

to the different points of the machine where lubrication is required the oil cooler is

provided  in  the  system to  keep  the  temperature  of  the  lubricating  oil  as  low  as

possible.

f) Starting System:

For  starting  a  diesel  engine,  initial  rotation  of  the  engine  shaft  is  required.

Until the  firing start and  the unit runs  with  its own power.  For  small  DG  set,  the

initial rotation of the shaft is provided by handles but for large diesel power station.

Compressed air is made for starting.

Figure(6)

Diesel Power Plant


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1-2-5 Nuclear Power Station or Nuclear Power Plant

Electrical  power  can  be generated  by  means  of  nuclear  power.  In  nuclear

power station, electrical power is generated by nuclear reaction.

Here,  heavy  radioactive  elements  such  as  Uranium  (U235)  or  Thorium

(Th232) are subjected to nuclear fission. This fission is done in a special apparatus

called  as  reactor.  Before  going  to  details  of  nuclear  power  station,  let’s  try  to

understand  what  is  fission?  In  fission  process,  the  nuclei  of  heavy  radioactive

atoms are broken into two nearly equal parts. During this breaking of nuclei, huge

quantity  of  energy  is  released.  This  release  of  energy  is  due  to  mass  defect.  That

mean, the total mass of initial product would be reduced during fission. This loss

of  mass  during  fission  is  converted  into  heat  energy  as  per  famous  equation  E  =

mc2, established by Albert Einstein.

The basic principle of nuclear power station is same as steam power station.

Only  difference  is  that,  instead  of  using  heat  generated  due  to  coal  combustion,

here  in  nuclear  power  plant,  heat  generated  due  to  nuclear  fission  is used  to

produce steam from water in the boiler. This steam is used to drive a steam turbine.

This  turbine  is  the  prime  mover  of  the  alternator.  This alternator generates

electrical  energy.  Although,  the  availability  of  nuclear  fuel  is  not  plenty  but  very

less amount of nuclear fuel can generate huge amount of electrical energy. This is

the  unique  feature  of  a  nuclear  power  plant.  One  kg  of  uranium  is  equivalent  to

4500 metric tons of high grade coal. That means complete fission of 1 kg uranium

can  produce  as  much  heat  as  can  be  produced  by  complete  combustion  of  4500

metric tons high grade coal. This is why, although nuclear fuel is much costlier, but

nuclear  fuel  cost  per  unit  electrical  energy  is  still  lower  than  that  cost  of  energy

generated by means of other fuel like coal and diesel. To meet up conventional fuel

crisis in present era, nuclear power station can be the most suitable alternatives.


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Advantages & Disadvantages of Nuclear Power Station:

a) Advantages

1) As  we  said,  the  fuel  consumption  in  this  power  station  is  quite  low  and

hence, cost for generating single unit is quite less than other conventional

power generation method.

2) A nuclear power  station occupies  much smaller space compared to  other

conventional power station of same capacity.

3) This  station  does  not  require  plenty  of  water,  hence  it  is  not  essential  to

construct  plant  near  natural  source  of  water.  This  also  does  not  required

huge quantity  of  fuel;  hence  it  is  also not  essential to  construct  the plant

near coal mine, or the place where good transport facilities are available.

Because of this, the nuclear power station can be established very near to

the load centre.

b) Disadvantages :

1) The fuel is not easily available and it is very costly.

2) Initial cost for constructing nuclear power station is quite high.

3) Erection  and  commissioning  of  this  plant  is  much  complicated  and

sophisticated than other conventional power station.

4) The fission by products are radioactive in nature, and it may cause high

radioactive pollution.

5) The  maintenance  cost  is  higher  and  the  man  power  required  to  run  a

nuclear power plant is quite higher since speciality  trained people  are

required.

6) Sudden  fluctuation  of  load  cannot  be  met  up  efficiently  by  nuclear

plant.

7) As the by products of nuclear reaction is high radioactive, it is very big

problem for disposal of this by products. It can only be disposed deep

inside ground or in a sea away from sea share.


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Different Components of Nuclear Power Station:

A nuclear power station has mainly four components.

1) Nuclear reactor.

2) Heat exchanger.

3) Steam turbine.

4) Alternator.

Let’s discuss these components one by one:

1) Nuclear Reactor:

In nuclear reactor, Uranium 235 is subjected to nuclear fission. It controls the chain

reaction that starts when the fission is done. The chain reaction must be controlled

otherwise  rate  of  energy  release  will  be  fast,  there  may  be  a  high  chance  of

explosion.  In  nuclear  fission,  the  nuclei  of  nuclear  fuel,  such  as  U235  are

bombarded  by  slow  flow  of  neutrons.  Due  to  this  bombarding,  the  nuclei  of

Figure(7)

Nuclear Power Plant


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Uranium is broken, which causes release of huge heat energy and during breaking

of nuclei, number of neutrons are also emitted.

These  emitted  neutrons  are  called  fission  neutrons.  These  fission  neutrons  cause

further fission. Further fission creates more fission neutrons which again accelerate

the speed of fission. This is cumulative process. If the process is not controlled, in

very short time the rate of fission becomes so high, it will release so huge amount

of  energy,  there  may  be  dangerous  explosion.  This  cumulative  reaction  is  called

chain  reaction.  This  chain  reaction  can  only  be  controlled  by  removing  fission

neutrons  from  nuclear  reactor.  The  speed  of  the  fission  can  be  controlled  by

changing the rate of removing fission neutrons from reactors.

A  nuclear  reactor  is  a  cylindrical  shaped  stunt  pressure  vessel.  The  fuel  rods  are

made of nuclear fuel i.e. Uranium moderates, which is generally made of graphite

cover  the  fuel  rods.  The  moderates  slow  down  the  neutrons  before  collision  with

uranium  nuclei.  The  controls  rods  are  made  of  cadmium  because  cadmium  is  a

strong absorber of neutrons.

The control rods are inserted in the fission chamber. These cadmium controls rods

can be pushed down and pull up as per requirement. When these rods are pushed

down  enough,  most  of  the  fission neutrons  are  absorbed  by  these  rods, hence  the

chain reaction stops. Again, while the controls rods are pulled up, the availability

of  fission  neutrons  becomes  more  which  increases  the  rates  of  chain  reaction.

Hence,  it  is  clear  that  by  adjusting  the  position  of  the  control  rods,  the  rate  of

nuclear  reaction  can  be  controlled  and  consequently  the generation  of  electrical

power can  be  controlled  as  per  load  demand.  In  actual  practice,  the  pushing  and

pulling  of  control  rods  are  controlled  by  automatic  feedback  system  as  per

requirement  of  the  load.  It  is  not  controlled  manually.  The  heat  released  during

nuclear reaction, are carried to the heat exchanger by  means of coolant consist of

sodium metal.

2) Heat Exchanger:

In  heat  exchanger,  the  heat  carried  by  sodium  metal,  is  dissipated  in  water  and

water  is  converted  to  high  pressure  steam  here.  After  releasing  heat  in  water  the


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sodium  metal  coolant  comes  back  to  the  reactor  by  means  of  coolant  circulating

pump.

3) Steam Turbine:

In nuclear power plant, the steam turbine plays the same role as coal power plant.

The  steam  drives  the  turbine in same  way.  After  doing its  job,  the  exhaust  steam

comes  into  steam  condenser  where  it  is  condensed  to  provide  space  to  the  steam

behind it.

4) Alternator:

An  alternator,  coupled  with  turbine,  rotates  and  generates  electrical  power,  for

utilization.

Site Selection of Nuclear Power Station

1)

Availability  of  water  :

Although  very  large  quantity  of  water  is  not

regulated as hydro-electric power plant, but still sufficient supply of neutral

water is obvious for cooling purposes in nuclear power station. That is why

it is always preferable to locate this plant near a river or sea side.

2)

Disposal of Water :

The by products or wastes of nuclear power station

are radioactive and may cause severe health hazards. Because of this, special

care  to  be  taken  during  disposal  of  wastes  of  nuclear  power  plant.  The

wastes  must  be  buried  in  sufficient  deep  from  earth  level  or  these  must  be

disposed  off  in  sea  quite  away  from  the  sea  share.  Hence,  during  selecting

the location of nuclear plant, these factor must be taken into consideration.

3)

Distance  from  Populated  Area  :

As  there  is  always  a  probability  of

radioactivity,  it  is  always  preferable  to  locate  a  nuclear  station  sufficiently

away from populated area.

4)

Transportation  Facilities  :

During  commissioning  period,  heavy

equipments to be erected, which to be transported from manufacturer site. So

good  railways  and  road  ways  availabilities  are  required.  For  availability  of

skilled manpower good public transport should also be present at the site.


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Renewable energy sources

1) Solar Energy:

Now  a  day’s  solar  energy  system  play  an  important role  in  the  field  of

producing electricity or other domestic uses like water heating, cooking etc. As we

know  that  major  part  of  generated  electricity  or  electricity  depends  upon  coal

which is used in thermal power plant (in In India 65% of total power is generated

by  the  thermal  power  plant).  But  the  main  problem  is  here  that  the  fuel  used  in

thermal power plant is coal which is in limited amount and may be not available in

future  to  produce  or  generate  electricity.  That  is  the  main  reason  to  solar  energy

system comes to the picture.

2)

Wind energy:

Or wind power is  extracted  from air  flow using wind  turbines or sails to

produce mechanical or electrical energy. Windmills are used for their mechanical

power, wind pumps for water pumping, and sails to propel ships. Wind power as

an  alternative  to fossil  fuels,  is  plentiful, renewable,  widely  distributed, clean,

produces no greenhouse gas emissions during operation, and uses little land.

3) Geothermal Earth Energy:

Geothermal  energy is thermal  energy generated  and  stored  in  the  Earth.

Thermal  energy  is  the  energy  that  determines  the temperature of  matter.  The

geothermal  energy  of  the  Earth's crust originates  from  the  original  formation  of

the planet and from radioactive decay of materials.

Geothermal  power  is  cost  effective,  reliable,  sustainable,  and  environmentally

friendly,[8] but  has  historically  been  limited  to  areas  near tectonic  plate

boundaries. Recent technological advances have dramatically expanded the range

and  size  of  viable  resources,  especially  for  applications  such  as  home  heating,

opening  a  potential  for  widespread  exploitation.  Geothermal  wells  release

greenhouse  gases  trapped  deep  within  the  earth,  but  these  emissions  are  much

lower per energy unit than those of fossil fuels. As a result, geothermal power has

the potential to help mitigate global warming if widely deployed in place of fossil

fuels.


background image

4) Tidal Energy:

Tidal energy is produced by the surge of ocean waters during the rise and fall

of tides.

Tidal energy production is still in its infancy. The amount of power produced

so  far  has  been  small.  There  are  very  few  commercial-sized  tidal  power  plants

operating in the world.

Placing  turbines  in  tidal  streams  is  complex,  because  the  machines  are  large

and disrupt the tide they are trying toharness. The environmental impact could be

severe,  depending  on  the  size  of  the  turbine  and  the  site  of  the  tidal  stream.

Turbines  are  most  effective  in  shallow  water.  This  produces  more  energy  and

allows ships to navigatearound the turbines. A tidal generator's turbine blades also

turn slowly, which helps marine life avoid getting caught in the system.




رفعت المحاضرة من قبل: صالح محمود
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