کد خبر: ۹۰۴۵
تاریخ انتشار : ۱۲:۱۹ - ۰۳ خرداد ۱۳۹۴
چرا کشورهای پیشرفته با وجود قیمت بالای میکرو توربینها سرمایه‌گذاری وسیعی روی آنها انجام داده‌اند. اگرچه در حال حاضر میکرو توربینها در مقایسه با دیگر سیستمهای تولید توان و حرارت پر هزینه‌تر هستند، اما باید توجه کرد که تنها چند سال از عمر میکرو توربینها می‌گذرد و با بهبود فناوری طراحی و تولید میکرو توربینها قیمت‌شان نیز کاهش خواهد یافت.
سرویس علمی برق نیوز:اگرچه در حال حاضر میکرو توربین ها در مقایسه با دیگر سیستمهای تولید توان و حرارت پر هزینه‌تر هستند، اما باید توجه کرد که تنها چند سال از عمر میکرو توربینها می‌گذرد و با بهبود فناوری طراحی و تولید میکرو توربینها قیمت‌شان نیز کاهش خواهد یافت. اما سوالی که مطرح می‌شود این است که چرا کشورهای پیشرفته با وجود قیمت بالای میکرو توربینها سرمایه‌گذاری وسیعی روی آنها انجام داده‌اند. به طور خیلی خلاصه جواب این سوالات را می توان در موارد زیر جستجو کرد:

١. آلودگی زیست محیطی بسیار پایین.

٢. بهره‌وری بسیار بالا(در صورت استفاده به صورت CHP بازده آنها به حدود ٩٠ درصد می‌رسد).

داشتن قطعات متحرک بسیار کم، عمر کاری زیاد، هزینه‌های تعمیر و نگهداری پایین، قابلیت استفاده در محل مورد نیاز، قابلیت استفاده از انواع سوخت، قابلیت سوزاندن گازهای ترش و سایر گازهایی که استفاده از آنها در حال حاضر غیر اقتصادی است و سرو صدای بسیار کم.

سازندگان اصلی توربین گاز

امروزه شرکتهای اصلی سازندهٔ توربین گاز در جهان عبارتند از: جنرال الکتریک/ زیمنس/آلستوم/ رولز رویس/ پرات اند ویتنی/ صنایع سنگین میتسوبیشی (MHI)/ مپنا.

از جمله شرکتهای ساخت توربین در ایران می‌توان شرکت مپنا و شرکت مهندسی و ساخت توربین گازی ایران (توگا) را نام برد. از آغاز تأسیس در سال ۱۳۷۱، گروه مپنا اجرای نزدیک به ۱۰۰ پروژه به ارزش بیش از ۳۰ میلیارد یورو را در کارنامه خود ثبت کرده است. علاوه بر آن ۶۰ محصول گوناگون و ۸۵ نوع خدمات مختلف را به مشتریان خود عرضه می‌کند. شرکت مپنا، از سال ۱۳۸۶ وارد فعالیت در زمینه پروژه‌های نفت و گاز هم شده است. پروژه‌های حفاری چاههای نفت در خشکی و پروژه تبدیل گاز به برق به نام پروژه میدان گازی فروز B در محل ۴۵ کیلومتری جنوب شرقی جزیره کیش واقع در خلیج فارس از جمله این فعالیتها به شمار می‌روند.

افزایش بهره وری توربین گازی

با منبسط شدن گازهای حاصل از احتراق که دارای دما و فشار بالایی هستند در چندین طبقه از پره‌های ثابت و متحرک قدرت در توربین گاز تولید می‌شود. برای تولید بالا برای محفظه احتراق (حدود ٤ تا ١٣ اتمسفر) از کمپرسورهای محوری با چندین طبقه استفاده می‌شود. در هر طبقه بر میزان فشار هوای مکیده شده توسط کمپرسور افزوده می‌شود. کمپرسور توسط توربین به گردش در می‌آید، به همین منظور محور کمپرسور و توربین به هم متصل است. اگر همه چیز را ایده‌آل فرض کنیم یعنی اصطکاک و تلفات ترمودینامیکی سیال صفحه فرض شوند همه فرآیندها در تمام طبقات کمپرسور و توربین ایده‌آل است و افت فشار در محفظه احتراق نیز صفر است. بعد از راه‌اندازی توربین گاز اگر کل سیستم را به حالت خود رها کنیم (بدون این‌که سوختی مصرف کنیم) به طور قاعده باید قدرت تولید شده در توربین مساوی قدرت مصرف شده در کمپرسور باشد، اما این از لحاظ علمی غیرممکن است. در توربین گاز حدود قدرت تولید شده در توربین صرف به گردش آوردن کمپرسور شده و آن به عنوان کار خروجی برای تولید برق (یا هر مصرف دیگر) مصرف می‌شود. بنابراین لازم است که قدرت تولیدی در توربین بیشتر از قدرت مصرفی در کمپرسور باشد. برای این منظور می‌توان با اضافه کردن حجم سیال عامل در فشار ثابت یا افزایش فشار آن در حجم ثابت قدرت تولیدی توربین را افزایش داد. هر یک از دو روش فوق را می‌توان با بالا بردن دمای سیال عامل پس از متراکم ساختن آن به کار برد. برای افزایش دمای سیال عامل یک محفظه احتراق لازم است تا با احتراق سوخت دمای هوا بالا رود.

در توربینهای گاز ممکن است یکی از دو نوع سوخت گازوئیل یا گاز طبیعی استفاده شود. توربینهای گازی را از روی عمل انبساط گازها مانند توربین بخار تقسیم بندی می‌کنند که عبارتند از:

١- توربینهای ضربه‌ای

٢- توربینهای ضربه‌ای- عکس العملی

توربینهای گاز را از روی سیو سیال عامل نیز طبقه‌بندی می‌کنند که عبارتند از:

١- توربینهای گازی با سیکل باز (سیال عامل از هوای بیرون موتور وارد و به داخل هوای محیط تلمبه می‌شود).

٢- توربینهای گاز با سیکل بسته (سیال عامل از هوای بیرون موتور وارد و به داخل هوای محیط تخلیه می شود).

٣- توربینهای گاز با سیکل نیمه بسته (مقداری از سیال عامل در داخل دستگاه گردش می‌کند و مقدار دیگر به داخل هوای محیط تخلیه می‌شود).

نیروگاههای سیکل ترکیبی (Combined cycle power plant)

راه حل بسیار کارآمد، انعطاف‌پذیر، قابل اعتماد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای تولید برق است. نیروگاه سیکل ترکیبی در واقع ترکیبی از توربین بخار و توربین گازی است، به نحوی که ژنراتور توربین گازی برق را تولید می‌کند، در عین حال انرژی حرارتی تلف شده از توربین گاز ( توسط محصولات احتراق) برای تولید بخار مورد نیاز توربین بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد و به این طریق برق اضافی تولید می‌شود. با ترکیب کردن این دو سیکل بهره‌برداری از نیروگاه افزایش پیدا می‌کند. بازده الکتریکی از یک چرخه ساده کارخانه نیروگاه برق بدون استفاده از اتلاف گرما به طور معمول بهره‌وری بین ٢٥ تا ٤٠ درصد دارد، در حالی که همان نیروگاه با سیکل ترکیبی بهره‌وری الکتریکی حدود ٦٠ درصد را دارد. همانطور که گفته شد این نیروگاهها از ترکیب توربینهای بخار و گاز ساخته می‌شوند و بسته به نوع توربینها، دیگهای بازیافت گرما و دستگاههای بازیابی انواع متعددی دارند.

با بکار گیری توربینهای گازی در چرخه‌های ترکیبی می‌توان پایین بودن بازده آن را بر طرف کرد و در نتیجه آن را برای تامین بار پایه بکار گرفت، در عین حال از مزایای دیگر آن نیز مانند راه‌اندازی سریع و انعطاف پذیری  آن در محدوده‌ی گسترده‌ای از بار بهره‌مند شد.

سوخت نیروگاه سیکل ترکیبی

توربینهای مورد استفاده در نیروگاههای سیکل ترکیبی معمولا با گاز طبیعی تغذیه می‌شوند. انتظار می‌رود ذخایر جهانی گاز طبیعی تا سال ٢٠٧٠ مصرف شود،با این حال بهبود در استخراج گاز و ذخایر گازی به طور چشمگیری افزایش یافته است. افزایش میزان سرمایه‌گذاران خصوصی و مصرف‌کنندگان به دلیل آن است که گاز متنوع‌تر از، زغال سنگ یا نفت است و می‌تواند در ٩٠ درصد از برنامه‌های انرژی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال شیلی که ٧٠ درصد برق تولیدی خود را  از ذخایر آبی تامین می‌کند، در حال حاضر به دنبال افزایش گاز خود در مواقع خشکسالی  است. به همین ترتیب چین نیز به منظور کاهش وابستگی خود به زغال سنگ، که ٨٠ درصد در تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد به دنبال افزایش بهره‌برداری از گاز است.

نیروگاههای سیکل ترکیبی را می‌توان با بیوگاز حاصل از ضایعات کشاورزی و جنگلداری، که اغلب در مناطق روستایی به آسانی قابل دسترس است تغذیه کرد. نیروگاههای سیکل ترکیبی معمولا با گاز طبیعی طراحی شده است، اگرچه سوخت نفت، گاز سنتز و یا دیگر سوختها را می‌توان مورد استفاده قرار داد، سوخت مکمل ممکن است گاز طبیعی، نفت ، یا زغال سنگ باشد.

تولید همزمان برق و گرما (CHP  (Power & Heat Combined 

تولید همزمان برق و حرارت یک روش صرفه جویی انرژی است که در آن برق و حرارت بطور همزمان تولید می‌شوند. حرارت حاصل از تولید همزمان می‌تواند به منظور گرمایش ناحیه‌ای (District heating) یا در صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار گیرد. فرآیند تولید همزمان می‌تواند بر اساس استفاده از توربینهای گاز، توربینهای بخار یا موتورهای احتراقی بنا نهاده شود و منبع تولید انرژی اولیه نیز شامل دامنه وسیعی است، که می‌تواند سوختهای فسیلی، زیست توده، زمین گرمایی یا انرژی خورشیدی باشد. در واحدهای تولید همزمان برق و حرارت، تلفات به حداقل می‌رسد. بازده کلی این واحدها بین ٨٠ تا ٩٠ درصد خواهد بود، این در حالی است که در یک نیروگاه متداول بازده حرارتی بین ٤٠ تا ٥٠ درصد است.

سیستمهای ترکیبی برق و حرارت یا CHP، می‌توانند برق و حرارت را به صورت همزمان و تنها از یک منبع سوختی از قبیل گازهای طبیعی، بیومس، بیوگاز، زغال سنگ و سوختهای نفتی تولید کنند.

سیستمهای CHP در سه بخش کلی کاربرد دارد: 

١ – تولید توان الکتریکی و مکانیکی در واحدها.

٢ – بازیافت حرارت هدر رفت برای گرمایش و سرمایش، رطوبت زدایی و یا کاربردهای فرایندی گوناگون.

٣ – سیستمهای یکپارچه و مستقل برای فناوریهای گوناگون از جمله کاربردهای حرارتی و سوختی در ساختمانهای مختلف.

اما دو شکل کلی از سیستمهای CHP در حال حاضر وجود دارد: 

١- موتور یا توربینهای گازی با سیستم بازیافت حرارتی.

٢- بویلر بخار با توربین بخار 

موتور یا توربینهای گازی با سیستم بازیافت حرارتی

توربین گازی یا موتور رفت و برگشتی در سیستمهای CHP از سوختن گاز ( گاز طبیعی یا بیوگاز ) تولید الکتریسیته می‌کنند و در مرحله بعد حرارت  خروجی از سیستم توسط قسمت بازیافت حرارت گرفته می‌شود. این انرژی به شکل بخار یا آب داغ در سیستمهای حرارتی مجاور استفاده می‌شود. از این رو این گونه سیستمهای CHP را می‌توان در صنایع بزرگ و کوچک که نیاز به تامین برق و حرارت به طور همزمان دارند استفاده کرد.


توربین گازی


شکل شماره ١- شمایی از توربین گازی با سیستم بازیافت حرارتی

بویلر بخار با توربین بخار 

توربینهای بخار در تولید بخار و در کنار آن به عنوان محصول جانبی برق تولید می‌کنند. در صورتی که در سیستمهای  CHP شامل توربین بخار یا موتورهای رفت و برگشتی حرارت محصول جانبی تولید برق است. این گونه سیستمهای CHP معمولا زمانی در صنعت استفاده می‌شوند که سوختهای جامد ( زغال سنگ یا بیو مس ) یا مواد هدر رفت به عنوان سوخت در کنار آن موجود باشد.

توربین گازی


شکل شماره ٢- شمایی از توربین بخار

مزیتهای استفاده از سیستمهای CHP 

سیستمهای CHP می‌تواند نقش بسیار مهمی در نیاز به انرژی از یک طرف و حفظ محیط زیست از طرف دیگر ایفا کنند از جمله:

١ – افزایش بازدهی 

سیستمهای CHP به دلیل مصرف کمتر سوخت در مقابل تولید انرژی بیشتر و همچنین نیاز نداشتن به انتفال و توزیع گسترده انرژی، بازده بالاتری دارند. در سامانه‌های CHP بازده انرژی به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. در سامانه‌های متداول امروزی معمولاً از کل انرژی ورودی به سامانه تنها یک پنجم یعنی معادل ۲۰ درصد به انرژی مفید تبدیل می‌شود. البته بازده ترمودینامیکی نیروگاههای چرخه ترکیبی پیشرفته تا حدود زیادی افزایش یافته و به ۴۰ تا ٥٠ درصد می‌رسد با این حال تلفات زیادی در خطوط انتقال نیرو و مصارف داخلی نیروگاهها وجود دارد که تقریباً اجتناب ناپذیر است، اما در سامانه‌های CHP حدود  چهار پنجم انرژی ورودی به انرژی مفید تبدیل می‌شود. چنانچه از سامانه‌های نوظهوری مانند پیل سوختی استفاده شود، بازده انرژی تا حد  ٩٠ درصد افزایش می‌یابد. بازده انرژی یکی از مهمترین مزایای CHP در کاربردهای صنعتی آن است.

٢ – قابلیت اطمینان بالا 

سیستمهای CHP که با کیفیت بالا طراحی شده‌اند، در تجهیزاتی که دارای حساسیت بالایی نسبت به انرژی ورودی است قابلیت استفاده مطمئن‌تری دارند به ویژه در شرایطی که شبکه‌های سراسری برق با قطعی‌های بیشتر مواجه‌اند. 

٣ – سازگاری با محیط زیست

به دلیل مصرف کمتر سوخت در تولید انرژی در سیستمهای CHP  این سیستمها آلودگی کمتری تولید کرده و سبب انتشار کمتر گازهای گلخانه‌ای می‌شوند. 

٤ – مزیت اقتصادی( کاهش هزینه‌های تأمین انرژی اولیه برای مصرف کننده)

با توجه به شرایط بد اقتصادی جهان و قیمت بالای حاملهای انرژی استفاده از این فناوری می‌تواند به ویژه در بلندمدت دارای صرفه بالای اقتصادی باشد.

در CHP از آنجا که انرژی اولیه مصرفی (برق و حرارت) از طریق یک سامانه واحد با ورودی سوخت معین تأمین می‌شود، بنابراین هزینه‌های تأمین انرژی به طور قابل ملاحظه‌ای از سامانه‌های امروزی کمتر است. در سامانه‌های متداول که برق و حرارت به صورت جداگانه تأمین می‌شود، مصرف‌کننده مجبور است برق مورد نیاز خود را از طریق شبکه‌های محلی خریداری کرده از سوی دیگر برای مصارف گرمایشی خود نیز باید گاز طبیعی یا سایر سوختهای فسیلی را به طور جداگانه خریداری کند. ولی در سامانه‌های CHP مصرف کننده از شبکه برق مستقل شده و از سوی دیگر چون از محتوای انرژی سوخت ورودی در حد بالایی استفاده می‌شود بنابراین هزینه‌های مربوطه بسیار کاهش می‌یابد.

٥- تأمین انرژی الکتریسیته با کیفیت بسیار بالاتر

در سامانه‌های CHP معمولاً از یک مبدل در خروجی ژنراتور برای تبدیل DC به AC استفاده می شود. خروجی این مبدل بسیار یکنواخت و بدون نوسان ولتاژ یا فرکانس است،  از سوی دیگر مولدهای CHP دارای فناوری بسیار پیشرفته تری نسبت به سامانه‌های متداول هستند و برق را با یکنواختی بیشتری تولید می‌کنند. 

از این گذشته برقی که از شبکه‌های محلی خریداری می‌شود دارای نوسان ولتاژ و افت فرکانس بسیار زیادی به خصوص در نقاط انتهایی شبکه است که این امر می‌تواند آسیبهای جدی به دستگاهها و تجهیزات برقی وارد آورد.  علاوه بر این مقدار زیادی از انرژی الکتریسیته از طریق خطوط انتقال نیرو به هدر می‌رود که در سامانه‌های CHP این امکان وجود دارد که برق تولید شده اضافی را به شبکه های محلی بفروشند زیرا برق در محل مصرف تولید می‌شود و عملاً این بخش از تلفات، صفر است.
منبع: شانا
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار
پرطرفدارترین عناوین