آشنایی با نیروگاه برق پراکنده

آشنایی با نیروگاه برق پراکنده

نیاز به انرژی الکتریکی در جامعه کنونی با توجه به انواع مصارف (خانگی، تجاری، صنعتی و کشاورزی) نیازی روزافزون میباشد که این نیاز دارای رشدی سالیانه حدود 7% بطور متوسط در کشور می باشد. در چرخه انرژی الکتریکی سه بخش اساسی فعالیت مینمایند که عبارتند از:

1- بخش تولید که وظیفه تولید انرژی را بر عهده دارد که نیروگاههای برق را شامل میگردد.

2- بخش انتقال و فوق توزیع که وظیفه انتقال انرژی از مراکز تولید (نیروگاهها) به مراکز مصرف ( شبکه توزیع) را بر عهده دارد.

3- بخش توزیع که وظیفه پخش انرژی به انواع مصارف بخصوص خانگی، تجاری و کشاورزی را بر عهده دارد.

جهت تامین انرژی نقاط مصرف می بایست انرژی الکتریکی در نیروگاهها تولید و توسط خطوط انتقال و فوق توزیع و در نهایت توزیع به نقاط مصرف رسانده شود. اما اگر جهت تامین بخشی از بار شبکه بتوانیم انرژی الکتریکی را در محل مصرف تولید کنیم، می توانیم صرفه جویی قابل توجهی را در بخش تولید، انتقال و فوق توزیع شاهد باشیم.

در همین راستا این شرکت درصدد است تا با احداث و راه اندازی نیروگاههای مقیاس کوچک در مناطق نیازمند بتواند در گسترش و تقویت شبکه برق سهیم باشد. با توجه به هزینه بالای انتقال قدرت از نیروگاهها که عمدتا در مناطقی دور از نقاط مصرف واقع شدهاند، امروزه توصیه میشود با احداث نیروگاههای مقیاس کوچک در محل مصرف، از هزینههای سرمایه گذاری جهت انتقال نیرو و همچنین تلفات آن در مسیر انتقال و فوق توزیع و شبکه توزیع بالادست کاسته شود.

در طی دهه های اخیر با توسعه سیسـتمهای قدرت، روش رساندن انرژی الکتریکی به مصرف کننده ها به طور کلی به این صورت می باشد که توان در نیروگاه های بزرگ تولید شده و ولتاژ توسط ترانسفرماتورها تا حد مطلوب بالا برده می شود. سپس انرژی الکتریکی از طریق خطوط طویل تا نزدیکی مصرف کننده ها منتقل شده و پس از یک یا چند مرحله کاهش ولتاژ ، به مصرف کننده می رسد.

 

 

 

با افزایش میزان تقاضا برای انرژی الکتریکی، تجدید ساختار در صنعت برق و نیز افزایش راندمان واحدهای تولیدی کوچک، شرکت های برق تمایل بیشتری برای بهره برداری از این واحدها در سیستم توزیع و در نزدیکی مصرف کننده ها پیدا کرده اند. به این واحدهای کوچک که به سیستم توزیع متصل می شوند تولید توزیع شده یا «تولید پراکنده » گفته می شود. خصوصی سازی صنعت برق و توسعه انرژیهای تجدید پذیر از مهمترین عوامل گسترش این نوع از تولید برق می باشند. استفاده از واحدهای تولید توزیع شده تأثیر قابل توجهی بر مسائل فنی و اقتصادی سیستمهای قدرت می گذارد. برخی مزایای استفاده از تولید پراکنده برق عبارتند از:

1- افزایش قابلیت اطمینان

2- کاهش تلفات و آزادسازی ظرفیت خطوط انتقال انرژی

3- بهبود پروفیل ولتاژ

4- پیک سایی

5- استفاده از تکنولوژی های تجدید پذیر و آلودگی کمتر محیط زیست

6- امکان تولید همزمان برق و گرما

تولید پراکنده طبق تعریف عبارت است از تولید برق در محل مصرف یا در نزدیکی آن با استفاده از سیستمهای تولید برق نسبتاً کوچک که ظرفیت آنها معمولاً کمتر از 30 مگاوات می‌باشد و به شبکه توزیع متصل میشوند. سابقه استفاده از تولید پراکنده به بعد از دهه 70‏ برمیگردد .عوامل مختلفی دست به دست هم دادند و باعث بوجود آمدن مبحثی بنام «تولید پراکنده» شدند. مهمترین عواملی که سبب شد در این چند دهه توجه ویژه‌ای به تولید پراکنده شود را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود.

- نیاز به تجدید ساختار در صنعت برق

- کیفیت برق و مسائل قابلیت اطمینان

- رشد اقتصاد جهانی وجمعیت

- رشد سریع تکنولوژی و ظهور فناوریهای با راندمان بالا

- آلودگی هوا و محیط زیست ناشی از سوزاندن سوختهای فسیلی در تکنولوژیهایی که هم راندمان پایین‌ داشتند و هم آلودگی زیادی تولید می‌کردند.

- لزوم صرفه‌جویی در مصرف انرژی با توجه به رو به زوال بودن منابع سوخت فسیلی

از سوی دیگر تولید پراکنده مزایای بالقوه‌ای دارد که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

- کاهش نیاز به افزایش ظرفیت برق شبکه

- احداث و بهره‌برداری بسیار آسان و سریع

- تولید برق با کیفیت بالا و امکان استفاده از گرمای حاصله به صورت همزمان (CHP)

- صرفه‌جویی زیاد در مصرف انرژی

- کاهش تلفات و آزادسازی ظرفیت خطوط انتقال انرژی

- بهبود پروفیل ولتاژ

- پیک سایی

- امکان استفاده از منابع انرژی اولیه متنوع مانند بیوگاز، گاز طبیعی و ...

- صرفه‌جویی اقتصادی برای مصرف کننده نهایی

- افزایش امنیت تأمین انرژی برای مصرف کننده نهایی خصوصا درصنایع

- انتشار آلاینده‌های زیست محیطی پایین

بسیاری از کارخانجات، ادارات و خصوصاً بیمارستان‌ها نیاز به منابعی با قابلیت اطمینان بالا برای تولید الکتریسیته و سیستم‌های گرمایی هواساز و آب گرم دارند. برای بالا بردن قابلیت اطمینان منابع تغذیه و کاهش هزینه‌ها، برخی از ادارات و کارخانجات، از تولید ترکیبی یا کارخانجات انرژی کلی استفاده می‌کنند که اغلب از مواد اضافی نظیر آشغال چوب یا گرمای اضافی حاصل از یک فرآیند صنعتی، برای تولید الکتریسیته استفاده می‌کنند. در برخی موارد، الکتریسیته از یک سوخت تغذیه شده به صورت محلی مانند گاز طبیعی یا گازوئیل تولید می‌شود و سپس از گرمای اضافی منبع انرژی گرمایی ژنراتور برای فراهم آوردن آب داغ و نیز گرمایش صنعتی استفاده می‌کنند. هنگامی که یک فرآیند صنعتی نیازمند مقادیر زیاد گرمایی است که از منابع غیرالکتریکی نظیر سوخت‌های فسیلی یا زیست‌جرمی تأمین می‌شود، استفاده از یک کارخانه تولید ترکیبی مقرون به صرفه است.

 

 

 

تولید برق و گرما به صورت همزمان

با استفاده از پدیده تولید همزمان برق و حرارت و یا سرما (Congeneration) در میکروتوربین‌ها راندمان DG از نیروگاه‌های سیکل ترکیبی نیز بالاتر رفته و به حدود 90-80 درصد انرژی شیمیایی سوخت می‌رسد.

افزایش قابل توجه راندمان در کشورهایی که انرژی (برق و سوخت) دارای قیمت واقعی می‌باشد، بسیار قابل توجه است و انگیزه‌ای است بسیار قوی برای استقرار واحدهای DG در محل مصرف. اضافه کردن مبدل حرارتی به واحد مولد برق، قیمت مجموعه را بالا می‌برد اما در عوض همراه با هر کیلووات انرژی الکتریکی تولیدی، حدود دو کیلووات انرژی حرارتی برای مصارف گرمایشی و سرمایشی برداشت می‌شود و این خود هزینة سرمایه‌گذاری و نیز هزینة سوخت و نگهداری واحدهای سنتی تأسیسات حرارتی و تهویة مطبوع را کاهش می‌دهد. ضمناً همراه با گازهای خروجی از میکروتوربین‌ها مقداری گرما و گاز CO2 نیز به محیط زیست آزاد می‌شود که می‌توان CO2 موجود را به طور مستقیم وارد گلخانه‌ها کرده و از گاز تولیدی توسط این مولدها نیز استفاده نمود.

 

منابع تولید پراکنده در ایران

همانگونه که اشاره شد، به دلایل مختلف، بر اهمیت منابع تولید پراکنده در دنیا افزوده شده است که این امر باعث گردیده تا تعاریف و دیدگاه‌های مختلفی در خصوص منابع تولید پراکنده ارائه گردد و موضوع همچنان در دست بررسی و اظهار نظر باشد. بدین لحاظ ابتدا لازم است به تعدادی از ضرورت‌ها و کاربردهای منابع تولید پراکنده در ایران پرداخته شود تا امکان تعریفی جامع و کامل از این منابع فراهم گردد. از جمله ضرورت‌ها و کاربردهای منابع تولید پراکنده در ایران می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• رشد فزایندة مصرف انرژی و عدم امکان تأمین ظرفیت مورد نیاز توسط دولت

• لزوم وارد شدن بخش خصوصی در سرمایه‌گذاری واحدهای تولید انرژی و کاهش تصدی‌گری دولت

• لزوم افزایش رقابت در بخش تولید (ایجاد بازار برق)

• پایین بودن حجم نقدینگی مورد نیاز جهت سرمایه‌گذاری در بخش تولید توسط این منابع

• لزوم توجه به مسائل زیست‌محیطی در دهه‌های آتی و بهبود کیفیت برق و کارایی صنعت برق

• لزوم توجه به تنوع انرژی مصرفی اولیه در منابع تولیدکننده انرژی (پراکندگی نوع سوخت مصرفی)

• استفاده از ظرفیت‌های موجود در بخش‌های مختلف

• کاهش تلفات شبکه‌های انتقال و توزیع

بدین ترتیب به نظر می‌رسد تعریف منابع تولید پراکنده در ایران بایستی دو بخش عمده زیر را پوشش دهد.

1- استفاده از ظرفیت‌های تولید موجود در بخش‌های مختلف کشور

2- اتصال به شبکه‌های توزیع

بنابراین می‌توان تعریف زیر را برای منابع تولید پراکنده ارائه نمود.

«کلیه منابعی که به شبکه توزیع (kV20 و پایین‌تر) متصل می‌شوند و یا توسط مصرف‌کننده نهایی و جهت تأمین بخشی از نیازهای انرژی آنها نصب شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند، به عنوان منابع تولید پراکنده نامیده می‌شوند.»

 

آشنایی با مولدهای گازسوز

مولدهای گاز سوزی که در سیستمهای تولید پراکنده و CHP مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارتند از:

• میکرو توربینها

• توربینهای گازی

• موتورهای رفت و برگشتی گاز طبیعی سوز

میکروتوربینها در ظرفیتهای پایین تولید می‌شوند و به تازگی شرکتهای معدودی از جمله Capston امریکا و Elliot اقدام به تولید آن نموده‌اند. این سیستمها اگرچه راندمان بالاتری دارند اما نسبت به موتورهای رفت و برگشتی هزینه بیشتری دارند.

توربینهای گازی نیز معمولاً در ظرفیتهای بالا تولید می‌شوند و تکنولوژی آن در اختیار چند شرکت معروف از جمله زیمنس، آلستوم، رولزرویز و ... است و دقیقاً مشابه سیستمهای توربین گازی نیروگاهی است. این سیستمها نیز هزینه‌ سرمایه‌گذاری اولیه بالایی دارند ولی نسبت به موتورهای رفت و برگشتی راندمان بالاتری دارند.

موتورهای رفت و برگشتی گاز سوز از جمله قدیمی ترین سیستمهای تولید قدرت محسوب می‌شوند که در تمامی بخشهای صنعتی کاربرد وسیعی یافته اند. این سیستمها مقرون به صرفه‌ترین سیستمهای تولید برق می‌باشند که در ظرفیتهای مختلف از چند کیلووات تا چند مگاوات ساخته می‌شوند.

بیش از یکصد سال از ابداع موتورهای رفت و برگشتی می‌گذرد و این فناوری از اولین فناوریهای تولید پراکنده به حساب می‌آید. نیروی محرکه این موتورها از سوختهای فسیلی است. موتورهای رفت و برگشتی جزء موتورهای احتراق داخلی بوده و عموماً بر اساس سیکلهای اتو (اشتعال جرقه‌ای) و دیزل (اشتعال تراکمی) کار می‌کنند. این موتورها توانسته‌اند تقریباً در تمام بخشهای اقتصادی مقبولیت وسیعی پیدا کنند. گستره بکارگیری این موتورها از واحدهای کوچک (برای تأمین قدرت مورد نیاز ابزارهای دستی) تا نیروگاههای برق بار پایه 60 مگاواتی تغییر می‌کند. امروزه به خاطر مسایل زیست محیطی از واحدهای دیزلی در تولید برق پایه کمتر استفاده شده و بیشتر در تولید توان پیک بکار می‌رود. موتورهای کوچکتر عمدتاً برای کارهای حمل و نقل استفاده می‌شوند، ولی می‌توانند با اندکی تغییر شکل و اصلاح به مولدهای برق تبدیل شوند. موتورهای بزرگتر بطور کلی برای تولید برق، محرکه‌های مکانیکی یا نیروی پیشران کشتیها بکار می‌روند. موتورهای رفت و برگشتی هزینه سرمایه‌گذاری کمی دارند ولی ملزومات و هزینه تعمیر و نگهداریآنها بالا است. از دیگر قابلیتهای این سیستمها دوگانه سوز بودن آنها می‌باشد، بطوری که می‌توانند هم با سوخت دیزل و هم با گاز طبیعی کار کنند و در عین حال راندمان مطلوبی نیز داشته باشند.

تقریباً تمام موتورهایی که به منظور تولید برق بکار میروند، چهار زمانه بوده و در چهار مرحله (مکش، تراکم، احتراق و تخلیه) کار میکنند. در ابتدا سوخت و هوا با نسبت معین با هم مخلوط شده و سپس از طریق منیفولد ورودی به محفظه احتراق هدایت میشود. در برخی از موتورها برای افزایش قدرت خروجی از توربوشارژر یا سوپرشارژر استفاده میشود. در توربوشارژر (یا سوپرشارژر) هوا پیش از اختلاط با سوخت متراکم شده و آنگاه با سوخت مخلوط میشود. مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق با بالا آمدن پیستون متراکم می‌شود. در موتورهای دیزلی سوخت و هوا به طور جداگانه وارد محفظه احتراق میشوند. به این صورت که ابتدا هوای متراکم خروجی از توربو یا سوپرشارژر وارد محفظه احتراق میشود. در محفظه احتراق پیستون با حرکت به سمت نقطه مرگ بالا، هوا را متراکمتر میکند. با تراکم هوا دمای آن بالا رفته و در این لحظه سوخت به داخل محفظه احتراق به صورت اتمیزه شده, تزریق میگردد. دمای هوای متراکم به قدری است که به محض تزریق سوخت عمل احتراق صورت میگیرد. عمل احتراق در موتورهای دارای اشتعال جرقه‌ای قدری متفاوت است. در این موتورها پس از متراکم شدن مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق، احتراق با جرقه شمع انجام میگیرد. به هر حال بعد از عمل احتراق، قدرت تولید شده در نتیجه آزاد شدن انرژی شیمیایی سوخت، باعث عقب راندن پیستون به سمت نقطه مرگ پایین میشود. حرکت پیستون به سمت پایین باعث چرخش میل لنگ و تولید قدرت دورانی میشود. بدین ترتیب می‌توان از قدرت تولید شده توسط موتور با استفاده از یک ژنراتور برق، الکتریسیته تولید نمود. گازهای داغ حاصل از احتراق با بالا آمدن مجدد پیستون از طریق دریچه خروجی به بیرون هدایت میشوند و بدین ترتیب سیکل کامل میشود. در شکل زیر شماتیک یک مولد برق با موتور رفت و برگشتی اشتعال جرقه‌ای نشان داده شده‌است.

موتورهای رفت و برگشتی با کمی تغییر شکل و اصلاح می توانند از چند نوع سوخت استفاده کنند. امروزه به خاطر مشکلات زیست محیطی که اینگونه موتورها دارند، از پیکربندیهای دوگانه سوز استفاده می‌شود. در اینگونه موتورها سوخت اول گاز طبیعی است.

 

 

 

بررسی بازار

با توجه به رشد تقاضای انرژی برق در دهه آینده در کشور و عدم توانایی دولت در پاسخگویی به این تقاضا و نیز افزایش تدریجی حداکثر بار شبکه برق کشور و ادامه آن در سالهای آینده، نیاز به سرمایه گذاری بخش خصوصی در زمینه تولید برق بشدت احساس میشود.

• نرخ رشد تقاضای برق در سالهای آینده بین 8 تا 9 درصد پیش بینی میشود، این موضوع سبب میگردد تا ریسک بازار برای سرمایه گذاری به حداقل ممکن کاهش یافته و بازار مصرف برق ایران به بازاری بسیار مطمئن و مستمر برای تولید کنندگان تبدیل شود.

• شبکه برق ایران به شبکه های برق کشور های همجوار متصل است. اتصال به کشورهای همسایه سبب گسترش بازار برق و افزایش احتمال صدور برق تولیدی نیروگاهها به کشورهای همسایه میشود.این موضوع خود به کاهش بیشتر ریسک بازار مصرف برق در ایران کمک خواهد کرد.

• ساختار سازمانی خریدار برق در ایران، ساختار دولتی است. این موضوع سبب کاهش ریسکهای درآمدی و عملیاتی میگردد.

• از طرف دیگر در راستای سیاستهای کلی اصل 44 قانون اساسی و مبانی قانون برنامه چهارم توسعه اقتصادی- اجتماعی و فرهنگی کشور از ابتدای مهر ماه 1384 مقرر گردیده است که در خواستهای تامین برق با قدرت بیش از 25 مگا وات از طریق شبکه سراسری پاسخ داده نشود. لذا این موضوع وضعیت بهینه بازار تقاضا را تثبیت میکند.

توجه: هرگونه شبیه سازی در زمینه نرم افزارهای مهندسی برق قدرت پذیرفته می‎شود.جهت ارتباط و دریافت شماره تماس با ایمیل زیر ارتباط برقرار کنید.

[e-mail]

[e-mail] 

[e-mail]

 

آدرس کانال تلگرامی

telegram.me/iranprojectblog

ایدی ادمین

http://telegram.me/iranprocro

iranprocro@