موتورگازسوز چیست و تولید همزمان برق و حرارت(CHP) چگونه انجام می شود؟

نیروگاه های گاز طبیعی تقریباً یک چهارم برق جهان و  می توانند برای تولید برق در محل مصرف با صرف هزینه های کمتر برای صاحبان صنایع  مورد استفاده قرار گیرند و همچنین برای متعادل کردن تولید برق از طریق انرژیهای تجدیدپذیر که بعضا به صورت فصلی متغیر می باشند، مورد استفاده قرارگیرند.

نیروگاه گازی نوعی نیروگاه سوخت فسیلی بحساب می آیند که در آن انرژی شیمیایی ذخیره شده در گاز طبیعی که عمدتاً متان است، به طور متوالی به انرژی حرارتی، انرژی مکانیکی و در نهایت انرژی الکتریکی تبدیل می شود. اگرچه آنها نمی توانند از محدودیت چرخه کارنو برای تبدیل انرژی گرمایی به کار مفید تجاوز کنند، گرمای اضافی ممکن است در نیروگاه های تولید همزمان برق و حرارت  (CHP-CCHP) برای گرم کردن ساختمان ها، تولید آب گرم یا برای گرم کردن مواد در مقیاس صنعتی استفاده شود.

ژنراتورها

به طور معمول ژنراتورها از نظر نوع سوختی که دریافت می کنند تا به برق تبدیل کنند، با یکدیگر تفاوت دارند. مولد گازسوز متشکل از یک موتور گازسوز که از گاز طبیعی برای تولید انرژی مکانیکی استفاده می کند و یک ژنراتور (آلترناتور) می باشد که قادر به تبدیل سوخت گازی به برق است. در ادامه به شرح وظایف این دو قطعه می پردازیم:

۱-موتور گازسوز

موتور گازسوز بخشی از مولد گازسوز می باشد که وظیفه تبدیل گاز ، به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد. با ورود گاز به سیلندر های موتور و انجام عمل احتراق، انرژی مکانیکی تولید می گردد. چرخش شفت موتور با استفاده از این انرژی مکانیکی صورت می گیرد و با اتصال آن به ژنراتور، برق تولید می شود.

۲-ژنراتور (آلترناتور)

ژنراتور (آلترناتور) وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی را بر عهده دارد. انجام این کار با چرخاندن سیم پیچ چرخشی توسط شفت موتور درون سیم پیچ ثابت صورت می گیرد. نتیجه این چرخش ها تولید انرژی الکترومغناطیسی می باشد که در نهایت منجر به تولید برق در خروجی ژنراتور می گردد.

     موتور احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی معمولاً کمتر از۱۲مگاوات هستند که بسیار کوچکتر از انواع دیگر تولید کننده برق با سوخت گاز طبیعی می باشند و معمولاً برای تولید برق در محل مصرف برای کم کردن اتلاف انرژی و همیشه در دسترس بودن برق بدون متضرر شدن از نوسانات شبکه سراسری برق و یا برای  متعادل کردن انرژی تجدیدپذیر متغیر مانند باد و خورشید استفاده می شوند.

اجزای تشکیل دهنده موتورژنراتور گازسوز

تصویر زیر اصول اولیه یک موتور گازی ثابت و ژنراتور مورد استفاده برای تولید نیرو را نشان می دهد. این موتور از چهار جزء اصلی تشکیل شده است - موتوری که توسط گازهای  مختلف می تواند برق تولید کند. هنگامی که گاز در سیلندرهای موتور محبوس و شمع ها باعث انفجار آن می شوند، انرژی ایجاد شده میل لنگ را در داخل موتور می چرخاند. میل لنگ یک دینام را می چرخاند که منجر به تولید برق می شود. گرمای حاصل از فرآیند احتراق از سیلندرها خارج می شود که در پیکربندی تولید همزمان برق و حرارت که chp نامیده می شود قابل بازیابی است و یا از طریق رادیاتورهای تخلیه که در نزدیکی موتور قرار دارند دفع می شود. در نهایت، و مهمتر از همه، سیستم های کنترل پیشرفته ای برای تسهیل عملکرد قوی ژنراتور وجود دارد.

 

موتورهای گازی را می توان برای تولید موارد زیر تقسیم بندی کرد:

• فقط تولید برق (تولید بار پایه)
• برق و گرما - تولید همزمان / حرارت و برق ترکیب  CHP
• برق و سرما و گرما ترکیبیCCHP

موتورهای گازی معمولاً به‌عنوان واحدهای تولید پیوسته و بدون نوسان استفاده می‌شوند و می‌توانند به‌عنوان نیروگاه‌های با عرضه برق محلی کار کنند. آنها می توانند به موازات شبکه برق شهری،  یا در حالت جزیره ای، برای تولید برق در مناطق دور افتاده، بکار گرفته می­شود.

• قطعات تشکیل دهنده موتور در مولد گازسوز

شناخت قطعات تشکیل دهنده مولد گازی و وظایف آن ها به اطلاع از نحوه عملکرد آن کمک می کند. در ادامه به معرفی و شرح وظایف هرکدام از قطعات موتور می پردازیم:

۱-فیلتر روغن

فیلتر روغن در حفظ کیفیت روغن موتور و تمیز ماندن آن با پیشگیری از ورود آلاینده ها به درون روغن، نقش دارد. تمیز ماندن روغن مصرفی موتور به افزایش طول عمر آن و حفظ کیفیت عملکرد موتور و همچنین پیشگیری از آسیب به آن کمک می کند.

۲-مخزن روغن

مخزن روغن همانطور که از نامش پیدا است، محلی می باشد که در آن روغن موتور قرار می گیرد.

۳-فیلتر هوا

فیلتر هوا یکی دیگر از اجزایی می باشد که در حفظ کیفیت و عملکرد موتور و همچنین بالا بردن طول عمر آن نقش دارد. این قطعه که از مواد فیبری ساخته شده است، وظیفه پاک کردن و از بین بردن ذراتی مانند گرد وغبار، آلودگی ها، گاز های مضر و همچنین باکتری ها از هوای ورودی به درون موتور را بر عهده دارد و به این ترتیب نقش خود را در مراقبت از موتور ایفا می کند.

۴-شیر برقی گاز

شیر برقی گاز که وظیفه خود را با استفاده از برق و فرمان کنترل پنل انجام می دهد، عملکردی مشابه شیر آب دارد. به این ترتیب که عبور گاز و یا پشت لوله ماندن آن، با باز و بسته شدن شیر برقی گاز صورت می گیرد.

۵-رگولاتور گاز

این قطعه عملکردی مشابه شیر کنترل فشار دارد و در واقع وظیفه تنظیم فشار گاز را برعهده دارد. اهمیت تنظیم فشار گاز ورودی به موتور به این دلیل است که در صورتی که فشار گاز ورودی کم یا مناسب نباشد، عمل احتراق سوخت به درستی انجام نمی شود و فرایند تولید انرژی مکانیکی با مشکل مواجه می گردد. بنابراین رگولاتور گاز میزان فشار گاز خروجی را با توجه به میزان فشار گاز ورودی تنظیم کرده و آن را کاهش داده و یا افزایش می دهد.

۶-گاورنر

اندازه گیری و تنظیم سرعت و تعداد دور موتور نیاز به کنترل توسط سیستمی دارد که این سیستم در موتور گاورنر نامیده می شود.

۷-استارت و اتوماتیک استارت

به طور کلی استارت ها می توانند برقی، پنوماتیکی و یا هیدرولیکی باشند که در موتور برق های گازی و ژنراتور های گاز سوز نوع برقی آن ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. این استارت ها موظف هستند که میل لنگ را تا زمانی که احتراق سوخت درون موتور صورت گیرد و موتور روشن شود، به چرخش درآورند.

۸-شمع

روشن شدن ژنراتور گازی نیاز به جرقه برای احتراق سوخت دارد. این جرقه توسط شمع ها به هنگام استارت زدن ایجاد می شود. شمع قطعه ای است که برای انجام این کار انرژی مورد نیاز خود را از باتری دریافت می کند.

۹-اگزوز

دود های تولید شده در نتیجه احتراق سوخت درون موتور، از طریق اگزوز خارج می شوند. اگزوز های موتور های گاز سوز به گونه ای طراحی شده اند که موجب کاهش فشار های ناشی از دود های خروجی از موتور در مراحل مختلف می شوند و به این ترتیب بر کاهش قابل توجه صدای کارکرد ژنراتور تاثیر می گذارد. در صورتی که اگزوز به خروجی دستگاه متصل نباشد، فعالیت دستگاه با تولید صدای بسیار بلند و وحشتناکی همراه خواهد بود.

• قطعات تشکیل دهنده ژنراتور

در بخش قبلی با قطعات سازنده موتور و وظایف آن ها آشنا شدیم. در این بخش قصد داریم تا شما را با قطعات تشکیل دهنده ژنراتور پایه گازسوز آشنا کنیم و وظایف آن ها را به طور کامل شرح دهیم:

۱-روتور

تولید میدان مغناطیسی در ژتراتور و ایجاد تعامل بین سیم پیچ های آن نیازمند حرکت و چرخش قطعه ای به نام روتور در سیستم الکترومغناطیس ژنراتور می باشد. در نتیجه حرکت دورانی این قطعه انرژی الکتریکی به قطعه ای به نام استاتور منتقل می گردد.

۲-استاتور

به سیم پیچ ثابت ژنراتور، استاتور گفته می شود. همانطور که پیش تر نیز به آن اشاره کردیم، این قطعه انرژی خود را از میدان مغناطیسی حاصل شده از چرخش روتور دریافت می کند و در نهایت انرژی الکتریکی را به عنوان خروجی تحویل می دهد.

۳-کارت AVR

ولتاژ برق در پایانه خروجی ژنراتور، با توجه به میزان جریان کشی از دستگاه و همچنین میزان دمای کار، تنظیم می شود که عمل تنظیم آن توسط کارت AVR صورت می گیرد.

• تابلو برق و کنترل

تابلو برق بخشی است که وظیفه قطع و وصل و حفاظت از ادوات برقی را بر عهده دارد . این تابلو کنترل وظیفه کنترل عملکرد مولد را بر عهده دارد.

۱-کنترل پنل

مرکز فرمان مولد گازی کنترل پنل می باشد و وظیفه این بخش این است که اطلاعاتی را درباره وضعیت موتور و ژنراتور از اعلام مشکلات، خرابی، میزان کارکرد و سایر موارد را دریافت و تحلیل و تصمیم گیری می نماید. از طریق تابلو کنترل امکان کنترل و مانیتورینگ مولد وجود دارد . با استفاده از صفحه نمایشگر و کلید هایی که بر روی آن تعبیه شده اند، می توان دستگاه را روشن کرد و یا محدوده توان خروجی آن و سایر پارامترها را تنظیم نمود.

۲-شارژر باتری

این قطعه همانطور که از نامش پیدا است، وظیفه شارژ کردن باتری را بر عهده دارد. این مدار الکترونیکی با استفاده از ولتاژ و جریان الکتریکی ، باتری را شارژ می کند و این کار را زمانی که دستگاه روشن است، انجام می دهد. هدف از این کار پیشگیری از به اصطلاح خوابیدن باتری در هنگام استفاده مجدد از ژنراتور می باشد.

• نحوه عملکرد موتور ژنراتور گاز سوز برای تولید  فقط برق

• در ابتدای فرایند،گاز طبیعی از طریق لوله ی اصلی گاز به ایستگاه تقلیل فشار گازانتقال می یابد. پس از تقلیل فشار گاز در ایستگاه، با توجه به راندمان موتورژنراتور، (حدود ٢٥٠ مترمکعب بر ساعت گاز به ازای ١مگاوات برق) میزان حجم مورد نیاز گاز به ورودی رگولاتور انتقال می یابد. تمهیدات کنترلی وحفاظت ایمنی، سنجش فشار و حجم و... در این رگولاتور انجام می گیرد.

• از طرفی دیگر، از طریق فن های تعبیه شده در ساختمان نیروگاه، هوای مورد نیاز احتراق موتور تامین می گردد و از طریق فیلترهای هوا به درون موتور انتقال پیدا می کند.

• استفاده از توربوشارژر در موتورها، باعث افزایش راندمان موتور می گردد. این دستگاه از دو بخش اصلی متصل به هم تشکیل شده که با هماهنگی همدیگر، حجم و فشار هوای ورودی به محفظه سیلندر را افزایش داده و در نهایت موجب افزایش قدرت کلی موتور میگردند.

• پس از فشرده سازی و تنظیم دمای هوای ورودی درون موتور، عملیات ترکیب با گاز طبیعی با نسبت مشخص انجام شده و مخلوط سوخت و هوا به درون محفظه احتراق سیلندر ها از طریق منیفولد هدایت می شود.

• در زمان مناسب عملیات جرقه زنی توسط شمع ها انجام گرفته و انرژی درونی مخلوط گاز و هوا به انرژی حرکتی پیستون منجر می شود.

• در موتورهای ٤ زمانه، ٤ عملیات ١- مکش(تنفس) ٢- تراکم(فشرده سازی) ٣- انفجار(قدرت) ٤ -تخلیه(خروج دود) به صورت مداوم انجام می گیرد.

• انرژی مکانیکی خطی پیستون از طریق شاتون و میل لنگ در نهایت به انرژی مکانیکی دورانی تبدیل شده و در محل فلایویل و کوپلینگ موتور به ژنراتور انتقال می یابد.

• انرژی مکانیکی دورانی ژنراتور با توجه به قوانین القای الکترو مغناطیسی از روتور به استاتور، باعث ایجاد حرکت الکترون های آزاد درون سیم پیچ ها گردیده و بدین ترتیب انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

• انرژی الکتریکی با توجه به سطح ولتاژ مورد نیاز با استفاده از ترانسفورماتور افزاینده به سطح ولتاژ مطلوب (معمولا ٢٠ کیلوولت) رسیده و پس از عبور ازکابل ها، پایش و حفاظت توسط تجهیزات کنترلی، میترینگ و حفاظتی به شبکه برق سراسری تحویل داده می شود.
• در قسمت خروجی دود موتور (اگزاست)، با توجه به ایجاد صدای زیاد معمولا از سایلنسر اگزاست استفاده می گردد.

در صورتی که نیاز به تولید همزمان برق و حرارت(CHP) وجود داشته باشد

• جهت خنک سازی موتورژنراتور از دو مسیر ورودی آب خنک به نام LT و HT کمک می گیریم. مسیر HT شامل اجزایی با دمای بالاتر مثل پیستون با دمای حدود ٨٠ درجه می باشد و مسیر LT شامل برخی اجزای موتور با دمای کارکردی پایین تر می باشد.سیکل های مذکور بسته می باشد و پس از خنک سازی درون رادیاتور، به چرخه باز خواهند گشت. جهت استفاده از حرارت موتور قبل از خنک سازی درون رادیاتور، تجهیزاتی موسوم به Heat Exchanger jacket Water مورد استفاده قرار می گیرد.
• در این تجهیز، دمای آب ثانویه با گرفتن حرارت از مدار بالا رفته و جهت مصارف مختلف LT و HT استفاده میگردد( اصطلاحا CHPجکت)

• استفاده از روغن و گردش آن در موتور نیز از روش های اساسی خنک سازی موتور می باشد، ولی استحصال گرما از روغن موتور، مقرون به صرفه نمی باشد.
• خروجی اگزاست موتور برای استفاده از حرارت، به درون بویلر بازیاب حرارت رفته و با توجه به نیازمندی طرح سیالاتی مثل آب گرم، بخار داغ و … از مدار ثانویه ورودی به بویلر قابل استحصال می باشد. (اصطلاحا CHP اگزاست)

در صورت نیاز به برق حرارت و برودت (CCHP)از تجهیزات زیر استفاده می کنند :

• در صورت نیازمندی به برودت، گرمای اگزاست موتور یا در ابتدای امر به بویلر هدایت می­شود و بویلر گرمای مورد نیاز برای چیلر را تامین می­کند و یا اینکه مسیر اگزاست موتور مستقیما به سمت چیلر های جذبی هدایت می شود، مکانیزم کارکردی چیلرهای جذبی بدین گونه است که با استفاده از گرمای ورودی، انرژی موردنیاز برای برودت سیال ثانویه را تامین می نماید.

مزایای احداث نیروگاه مقیاس کوچک با موتورگازسوز

۱- عدم نیاز به در اختیار داشتن منابع مالی سنگین

۲- عدم نیاز به در اختیار داشتن فضای زیاد و زیرساخت های ویژه

۳- عدم نیاز به هزینه تبلیغات، بازاریابی و همچنین انبارمحصول نهایی

۴- بازگشت سرمایه گذاری کمتر از ۳ سال

۵- سرمایه در گردش اندک با توجه به مواد اولیه مورد نیاز

۶- زمان احداث کوتاه

شما می توانید برای اطلاعات بیشتر در خصوص موتورهای گازسوز و طرح توجیهی در خصوص احداث نیروگاه های مقیاس کوچک با شماره  ۴۳۹۴۷-۰۲۱  شرکت خدمات انرژی توسعه ایستگاهی نیرو خاصه تماس حاصل فرمایید.

این مطلب رپرتاژ آگهی می باشد و توسط تحریریه اقتصاد آنلاین تهیه نشده است.