میکروتوربین‌ها و آینده تولیدات پراکنده

 

امروزه مبحث مربوط به تولید پراکنده (Distributed Generation) و یا DG ناشناخته و گم نام نیست. پایان نامه، رساله و طرح‌های تحقیقاتی بسیاری در این زمینه انجام شده و عصر حاضر بهینه سازی استفاده از منابع تولید پراکنده و تجمیع آن‌ها است. هدف این است که بتوان انواع منابع تولید پراکنده را به بهترین حالت به کار گرفت. مفاهیمی همچون ریزشبکه (Smart Grid) و شبکه هوشمند (Smart Grid) نیز برخاسته از مفاهیم مشابه هستند.


تولید پراکنده انواع مختلفی دارد که می‌توان به فتوولتائیک (photovoltaic)، توربین بادی (Wind turbine)، میکروتوربین (microturbine) و پیل سوختی (fuel cell) اشاره کرد. هریک از منابع مورداشاره مزایا و معایب خود را داشته و بهترین حالت استفاده از آن‌ها در ساختار یک ریز شبکه است.


منابع انرژی تجدید پذیر در کنار مزایای بی شمار خود، با مشکل عدم قابلیت اطمینان مواجه هستند. به همین علت، همیشه نیاز به ذخیره ساز انرژی و منابع با قابلیت اطمینان دارند. میکروتوربین‌های گازی یکی از مطمئن‌ترین منابع انرژی به شمار می‌روند.

میکروتوربین (MT) مشابه توربین گازی بر اساس سیکل ترمودینامیکی برایتون (Brayton) کار می‌کند. از لحاظ اندازه بسیار کوچکتر از توربین‌های گازی متداول هستند و در نتیجه گستره توانی کمتری دارند. یک میکروتوربین منفرد گستره تولید توان از ۲۵ کیلووات تا ۱۰۰۰ کیلووات دارد که تحقیقات برای دستیابی به توان‌های بالاتر در حال انجام است. توان خروجی MT با اتصالات موازی به یکدیگر قابلیت رسیدن به ۳۰ مگاوات را نیز دارد. گستره توانی و راندمان MT در حد قابل‌قبول بوده و برای بسیاری کاربرد‌ها مناسب است. راندمان این منابع بطورنرمال در حدود ۲۰ تا ۳۵ درصد و در حالت تولید همزمان گرما و حرارت (CHP) به بیش از ۸۰ درصد می‌رسد. یکی از بهترین منابع انرژی برای CHP، میکروتوربین‌ها هستند.

همانطور که گفته شد، میکروتوربین‌ها مشابه توربین‌های گازی هستند و در نتیجه چرخه و اجزای تقریبا مشابهی دارند. یک میکروتوربین متشکل از کمپرسور، توربین، رکوپراتور، محفظه احتراق و ژنراتور سنکرون یا القایی است. هوا ابتدا در کمپرسور ذخیره شده و سپس وارد محفظه احتراق می‌شود تا با سوخت ترکیب شود. از احتراق، انرژی زیادی به دست می‌آید که وارد توربین شده تا آن را بچرخاند. با چرخش توربین، ژنراتور به گردش در آمده و تولید انرژی صورت می‌گیرد. برای دستیابی به راندمان بالاتر، یک رکوپراتور (Recuperator) که درواقع نوعی مبدل حرارتی است به اجزای مذکور اضافه می‌گردد. رکوپراتور گرمای خروجی اضافی MT را گرفته و موجب افزایش دمای هوای خروجی کمپرسور می‌شود. نکته آخر اینکه ژنراتور مورد استفاده اغلب از نوع سنکرون آهن ربا دائم (PMSG) است.


از مهمترین کاربرد‌های میکروتوربین‌ها می‌توان به پیک سایی، توان پشتیبان، حمل و نقل، بار پایه و توان راه دور اشاره کرد. MT‌ها در دو نوع تک محوره و دو محوره وجود دارند. در حالت تک محوره تمام اجزای آن بر روی یک شفت نصب شده و به علت سرعت زیاد توربین، فرکانس ولتاژ تولیدی در حد چند کیلوهرتز است. بنابراین، مدل تک محوره نیاز به مبدل‌های الکترونیک قدرت واسط دارند. در مدل دو محوره دو توربین بر روی دو شفت جداگانه نصب شده اند و فرکانس خروجی از طریق گیربکس‌ها تعدیل شده و نیاز به مبدل الکترونیک قدرت واسط نیست.

ازجمله مزایای MT‌ها که موجب برتری نسبت به سایر تولیدات پراکنده شده است، می‌توان به: ابعاد فشرده، قابلیت اطمینان بالا، وزن کم، هزینه‌های نگهداری و بهره‌برداری پایین، کنترل ساده، آلودگی زیست‌محیطی اندک، قطعات متحرک کمتر، سطح نویز (صدا) پایین و انعطاف‌پذیری در سوخت را اشاره نمود. MT‌ها توانایی کار با انواع سوخت‌های گازی و مایع مانند گاز طبیعی، گاز مایع (LPG)، پروپان، گاز حاصل از دفن (Landfill Gas)، گاز هاضم (Digester Gas)، دیزل، گاز زیستی (Biogas) و نفت سفید رادارند که برخی از آن‌ها جزء منابع تجدیدپذیر محسوب می‌شوند.

 

 

منبع: الک تیک