انواع نیروگاه (نیروگاه حرارتی،سیکل ترکیبی و گازی)-قسمت دوم

نیروگاه گازی چیست؟

نيروگاهي است كه در آن از انرژي حرارتي سوخت هاي فسيلي گاز و مايع جهت توليد گاز داغ (دود) و مصرف آن در توربين گاز براي توليد برق استفاده مي گردد. نيروگاه بر اساس سيکل گاز (سيکل برايتون) کارمی کند ؛ و از سيکل های حرارتی می باشد، يعنی سيال عامل کار يک گاز است. عامل انتقال وتبديل انرژی گازی است ، (مثال هوا) درنيروگاه های بخارعامل انتقال بخارمايع می باشد. نيروگاه گازی به اين معنا نيست که سوخت ان گازاست ، بلکه توربين آن گازی است وسوخت آن مايع يا گازوئيل است که اکثرا گازوئيل است. ساختمان آن در مجموع ساده است.

1. کمپرسور : وظيفه فشردن کردن هوا 
2. اتاق احتراق : وظيفه سوزاندن سوخت درمحفظه
3. توربين : وظيفه گرداندن ژنراتور
4. ژنراتور : وظيفه توليد برق را دارد.

  کمپرسور به کار رفته در نيروگاه های گازی شبيه توربين است ، دارای روتوری است که برروی اين روتور پره متحرک است ، هوا به حرکت درآمده و به پره های ساکنی برخوردکرده ، درنتيجه جهت حرکت هوا عوض شده واين هوا باز به پره های متحرک برخورد کرده واين سيکل ادامه دارد و درهر عمل هوا فشرده تر می شود(کمپرسور مصرف کننده عظيم انرژی است) و هوای فشرده ايجاد شده گرم مي باشد . هوای فشرده کمپرسور وارد اتاق احتراق که دارای سوخت گازوئيل است می شود . چون هوای فشرده شده گرم است ودراتاق احتراق سوخت آتش گرفته وهوا فشرده و داغ می شود.  هوای داغ فشرده کار همان بخارداغ فشرده توربين های بخار را انجام می دهد . هوای داغ فشرده را به توربين می دهيم ؛ توربين دارای پره های متحرک و ساکن است . پره های ثابت چسبيده به استاتور می باشد ؛ پره های متحرک چسبيده به رتور می باشد. حال ژنراتور را می توان به محور وصل کرده و از ترمينال های ژنراتور می توان برق گرفت.

توربین نیروگاه گازی

Output shaft power

Two Shaft Turbine Engine

محاسن نیروگاه گازی

• ساده است -  تمام آن روی يک شافت سواراست.
• . ارزان است - چون تجهيزات آن کم است
• يکی از عواملی که برروی راندمان تأثيرمی گذارد اين است که هوای ورودی چه دمايی دارد. 
• سريع النصب است.
• کوچک است . درسکوهای نفتی که نياز به برق زيادی می باشد بايدازنيروگاه گازی استفاده کرد، تاجای کمتری بگيرد .
• احتياج به آب ندارد (درسيکل اصلی نيروگاه نياز به آب نيست) اما درتجهيزات جانبی نيازبه آب است برای خنک کردن هيدروژن به کاررفته جهت سردکردن ژنراتور درسرعت های بالا
• راه اندازی اين نيروگاه سريع است.
• پرسنل کم
•  نيروگاه گازی بدين صورت است که صبح می توان روشن کردوآخرشب خاموش نمود 
• نيروگاه گازی بسيارمناسب برای بارپيک است ونيروگاه بخاربرای بارپيک نامناسب است.

معایب نیروگاه گازی

• آلودگی محيط زيست زياد است 

• عمر آن کم است (فرسوده  شدن توربين وکمپرسور)

• سوخت مازوت به علت آلودگی بيشتری که نسبت به سوخت گازوئيل دارد، کمتربه کارمی رود

•  استهالک زياد است( پره توربين ، پره کمپرسور)

• راندمان کم است. ( مصرف سوخت آن زياد است) ؛ اين نقيصه ای است که کشورهای اروپايی باآن مواجهند. داليل راندمان پايين: الف) خروج دود بادمای زياد ب) حدود 3/1 توان توربين صرف کمپرسور می شود بنابراين درنيروگاه گازی برای استفاده درازمدت اصال جايزنيست چراکه هزينه مصرف سوخت گران است

• امکان استفاده از سوخت جامد فراهم نيست . (مانند زغال سنگ) چراکه بلافاصله پره های روتور پر از دود می شود . نيروگاه های گازی را اگر بخواهيم برای مدت طولانی استفاده کنيم ، هزينه نيروگاه گازی بالا ست . نيروگاه گازی را ازجايی استفاده کنند که امکان بهره برداری زير2000 ساعت باشد . و اگر زمان بهره برداری بين 2000 تا 5000 ساعت باشد نيروگاه بخار و اگر زمان بهره برداری درسال بالای 5000 ساعت باشد ، نيروگاه آبی استفاده می شود.

درکشور ما برق عمده مصرفی برق خانگی است 60 درصد وحدود 33  برق صنعتی است . درنتيجه 60 درصد نيروگاه های کشور بايد هرشب روشن شود ؛ بنابراين قسمت عمده برق توليدی ما بايد از نوع نيروگاه گازی باشد . نيروگاه گازی رابه دليل ارزانی درکارخانجات نيز می توان به کاربرد نيروگاه گازی را درنيروگاه اتمی نيزاستفاده می شود جهت سردکردن رآکتور به کارمی رود که درنتيجه هوا داغ و فشرده می شود و در نتيجه به نيروگاه گازی داده و برق مصرفی نيروگاه اتمی را تأمين می کنند . 

نیروگاه سیکل ترکیبی

تعريف 1 : نيروگاهي است كه در آن علاوه بر انرژي الكتريكي توربين هاي گازي از حرارت موجود در گازهاي خروجي از توربين هاي گازي جهت توليد بخار از يك ديگ بازياب استفاده شده و بخار توليدي در يك دستگاه توربو ژنراتور بخار توليد انرژي برق مي كند . تعريف 2 :  نيروگاهي است كه از خروجي محصول توربين گاز كه دوديست با درجه حرارت حدود 550 درجه سانتيگراد که به عنوان تلفات حرارتی از طريق دودکش وارد جو می شود (بهره برداری حدود 30 درصد توليد انرژی و 67  درصد ديگر به عنوان تلفات حرارتی محسوب و فاقد کارايی)

ايده سيکل ترکيبی در واقع بازيافت مجدد از بخش 67 درصد ياد شده است به اين ترتيب که در بخش خروجی اگزوز هر توربين گاز با نصب دريچه های کنترل شونده گاز داغ فوق را به قسمت ديگ بخار هدايت تا آب موجود در آن به بخار سوپر هيت بخار خيلی داغ و خشک با درجه حرارت حدود 530 درجه سانتيگراد تبديل و به همراه بخار خروجی از بويلر دوم جهت استفاده در توربين بخار به کار گرفته شود . به اين ترتيب در بخش ديگ بخار چون از مشعل و سوخت جهت گرمايش صرفه جويی می شود راندمان در کل افزايش يافته و به رقمی معادل 55 در صد می رسد.  )نزديک به 25 درصد از 57 درصد تلفات فوق الذکر بازيافت و بدون نياز به سوخت اضافی تبديل به انرژی الکتريکی می شود)

اين بخار پس از انجام کار در توربين بخار افت درجه حرارت پيدا کرده و دمای آن به رقمی حدود 60 درجه سانتيگراد می رسد و در اينجا به منظور استفاده مجدد از آن بخار فوق توسط سيستم خنک کن سرد و تبديل به آب شده و جهت استفاده مجدد پس از انجام عمليات تصفيه بين راهی وارد تانک تغذيه می گردد تا دوباره وارد ديگ بخار گشته و تبديل به بخار سوپر هيت شود . اين چرخه را سيکل ترکيبی گويند که نيرو گاه کرمان يکی از نيرو گاه های فوق الذکر در سطح کشور محسوب می شود.

نیروگاه حرارتی

نیروگاهي است كه در آن از انرژي حرارتي سوخت هاي مایع ، جامد و گاز جهت تولید بخار و مصرف آن در توربین هاي بخار براي تولید برق استفاده مي شود. نیروگاه حرارتي نوعی از نیروگاه است که معمولا از بخار به عنوان سیال و عامل محرک استفاده میکند  آب پس از گرم شدن به سمت توربین بخار که به یک ژنراتور متصل شده میرود و با استفاده از انرژی جنبشی خود آن را به حرکت در میآورد پس از عبور بخار از توربین، بخار در کندانسور فشرده میشود. این نیروگاهها معمولا در اندازه های بزرگ و برای استفاده مداوم ساخته میشوند. در این نیروگاه ها از سیستم خنک کننده خشک و تر جهت خنک کردن آب حاصل از چگالش بخار خروجي از توربین بخار استفاده میگردد. درشبکه سراسري برق ایران حدود 65 درصد از برق تولیدي توسط نیروگاه هاي بخارتأمین میشود.  بزرگترین نیروگاه بخاري ایران نیروگاه رامین اهواز است.  

نیروگاه حرارتی معمولا به یکی از دو منظور زیر استفاده میشود:

1. نيروگاه هاي بخاري جهت توليد برق
2. نيروگاه هاي بخاري جهت مصارف صنعتي 

 نيروگاه هاي بخار به منظور تامين انرژي الکتريکي به سه نوع تبديل انرژي نياز دارند:

1. انرژي شيميايي موجود در سوخت هاي فسيلي به انرژي حرارتي تبديل مي شود و توسط حرارت توليد شده آب مايع به بخار تبديل مي شود اين کار در ديگ بخار انجام مي شود.
2. تبديل انرژي حرارتي بخار به انرژي مکانيکي، اين کار توسط توربين انجام مي شود.
3. تبديل انرژي مکانيکي به انرژي الکتريکي، اين کار توسط ژنراتور انجام مي شود.

  مطابق شکل ديگ بخار با استفاده از حرارت منبع حرارتي، بخار مورد نياز تآمين مي شود اين بخار با فشار و دماي بالا وارد توربين شده و توربين را به حرکت در مي آورد؛ بخار خروجي از توربين بايد به نحوي وارد سيکل نيروگاه شود که از آنجايي که امکان پمپ نمودن بخار وجود ندارد، بخار خروجي توربين ابتدا در سيستم خنک کننده تبديل به مايع شود و توسط پمپ آب مجدداًوارد سيکل نيروگاه شود اين نوع نيروگاهها توربين ها از نظر فشار بخار توليدي در بويلر و بخار مصرفي در توربين بدو دسته عمده تقسيم مي گردند در توربين هاي از نوع فشار ثابت( (pressure constantبويلر و توربين هيچ نوع انعطافي از خودنشان نمي دهند و لذا از اين نوع توربين ها نيروگاهها در جهت توليد بار پايه استفاده مي گردد در توربين هاي از نوع فشار متغيرpressure) (sliding مي توان بر روي بويلر و توربين ، تغييرات فشار را اعمال نمود اين نوع مولدها معموال جهت توليد بار مياني هفته بکار مي روند قدرت قابل دسترسي اين نوع مولدها از چند مگا وات تا يک هزار مگاوات متغير است هزينه سرمايه گذاري براي هر کيلو وات قدرت نصب شده متناسب با حجم تجهيزات کمکي و قدرت واحد و نوع آن از پانصد تا يک هزار دالر متغير است و مدت زمان اجراي آن معموالٌ پنج سال طول مي کشد.

از آنجائي که در اين نوع نيروگاهها هزينه قدرت نصب شده به ازاي هر کيلو وات با افزايش قدرت واحد ، کاهش مي يابد ِ، از اين رو سير افزايش قدرت قابل ساخت و نصب اين نوع واحدها از سرعت بيشتري برخوردار است الزم به توضيح است که راندمان اين نوع نيروگاهها تا 40 درصد هم مي رسد.

روش توليد برق در اين نوع نيروگاهها به اين ترتيب است که سوخت فسيلي ذغال سنگ ،گاز، گازوئيل، مازوت بوسيله مشعل هاي خاصي ، به محفظه اي بنام کوره ، پاشيده مي گردد و با اشتعال آن در مجاورت هوا که بوسيله فن هاي بزرگي تامين مي شود ، حرارت قابل توجهي در اين محفظه توليد مي گردد حرارت حاصله، آب گرمي راکه با پمپ از داخل لوله هاي تعبيه شده در آن عبور مي کند پس از طي مراحلي به بخاري با درجه حرارت باال و فشار زياد که در اصطالح به آن بخار خشک مي گويند ، تبديل مي نمايد بخار خشک حاصله پس از خروج از کوره وارد توربين مي شود بخار وارده به توربين آن را به حرکت در مي آورد و ژنراتور را که با توربين هم محور و کوپله است به همراه آن به گردش در مي آيد و جريان برق توليد مي شود بخار ورودي به توربين با از دست دادن بخش عمده اي از حرارت و فشار خود وارد محوطه اي بنام کندانسور مي شود در کندانسور اين بخار به لحاظ تماس با سطح سرد ، تقطير مي شود و به آب تبديل مي گردد آب تقطير شده مجدداً از هيتر هاي متعددي عبور داده شده و گرم مي شود و در نهايت توسط پمپ مجدداً به درون کوره هدايت مي شود و سيکل خود را دوباره طي مي کند آب خنک کن آبي که جهت ايجاد سطوح سرد در کنداسور بکار مي رود که خود ضمن سرد کن بخار خروجي از توربين ، گرم شده است به برج خنک کن هدايت مي شود و پس از خنک شدن دوباره به مدار خود باز مي گردد. راندمان نيروگاههاي بخاري در حدود 40 درصد است تقريبا 10 درصد انرژي در اگزوز و 50 درصد نيز از طريق کندانسور تلف مي شود.

نیروگاه حرارتی

نمودار ساده شده ای از يک نيروگاه حرارتی

1. برج ختک کننده
2. پمپ آب سرد
3. خطوط انتقال سه فاز
4. ترانسفورماتور افزایش ولتاژ
5. ژنراتور الکتریکی
6. توربین بخار کم فشار
7. تقطیر کننده سطحی
8. توربین بخار فشار متوسط
9. دریچه کنترل بخار
10. توربین بخار فشار بالا
11. دگازور
12. گرم کننده آب
13. حمل کننده ذغال سنگ
14. قیف ذغال سنگ
15. پودرساز ذغال ستگ
16. سیلندر دود بویلر
17. قیف خاکستر
18. سوپر هیتر
19. پمپ هوا
20. پس گرمکن
21. سوپاپ هوای احتراق
22. پیش گرمکن
23. پیش گرمکن هوا
24. ته نشین کننده الکترواستاتیک
25. پمپ هوا
26. دودکش

نیروگاه حرارتی اهواز