«انرژی برق»

1ـ1 مقدمه

به علت مزاياي نسبي انرژي الكتريكي نسبت به ديگر منابع اوليه انرژي همواره سعي شده است كه منابع ديگر انرژي را به انرژي الكتريكي تبديل كرده و چون توليد الكتريسيته بدون ايجاد مصرف براي اين توليد بي مفهوم و بدون ارزش است، لذا مقدار الكتريسيته توليد شده نسبت مستقيم با پيشرفت صنعتي و رشد اقتصادي و اجتماعي يك ملت دارد. طي پيشرفت تمدن و بالا بودن سطح زندگي هر جامعه اي با كميت و كيفيت انرژي الكتريكي توليد شده براي آن جامعه در يك راستا قرار مي گيرد. از اين جهت است كه توليد انرژي الكتريكي ارزان قيمت و بدون وقفه و آماده داشتن آن به قدر كافي، لازمة صنعتي شدن كشور است.

1ـ2 اساس كار توربين هاي گازي

توربين هاي گاز در حقيقت نوعي از موتورهاي احتراق داخلي است. در اين دستگاه به عوض اينكه اعمال اصلي تراكم، احتراق و انبساط در داخل عضو واحدي به طور متناوب يكي بعد از ديگري صورت گيرد. در سه محل و سه عضو جداگانه به اسم هاي كمپرسور، اتاق احتراق و توربين به طور دائم انجـــــــام مي پذيرد.

1ـ3 انواع توربين هاي گازي با سيكل ساده (سيكل باز)

1ـ3ـ1 توربين هاي گازي مخصوص كار سنگين از نوع فريمي

اين توربين هاي گازي درست بعد از جنگ جهاني دوم در اوايل دهة 1950 به صنعت معرفي شد. طراحي اين توربين ها به مقدار زيادي منشعب شده از طراحي توربين هاي بخار مي باشد. اين توربين ها با بازده اي در حدود 30 تا 46 درصد قابليت توليد توان از MW3 تا MW480 را دارا مي باشند.

1ـ4 اجزاء اصلي توربين گاز

1ـ4ـ1 كمپرسور

كمپرسور استفاده شده در توربين هاي گاز صنعتي، معمولاً از نوع جريان محوري مي باشند، به اين معني كه هوا در امتداد محور كمپرسور با رانده شدن به طرف جلو و كم شدن مقطع فشرده مي شود. اين نوع كمپرسور در واحدهاي گازي، در ابتداي راه اندازي، توسط موتور راه انداز (ديزلي يا الكترو موتوري) و پس از خود كفا شدن توربين توسط نيروي گشتاوري خود توربين تأمين مي شود.

1ـ4ـ3 توربين

گاز داغ حاصل احتراق، پس از عبور از قطعة انتقال دهنده، وارد توربين شده، انرژي مفيد خود را به پره هاي توربين داده، منبسط مي شوند و از فشار و دمايشان كاسته شده سپس از طريق اگزوز به اتمسفر تخليه مي گردند.

1ـ4ـ4 اجزاء فرعي توربين گاز

علاوه بر اجزاء اصلي، يك سري اجزاء فرعي نيز در رابطه با توربين گاز استفاده مي شوند كه در زير به آنها اشاره اي مي كنيم:

1) راه انداز:

در توربين هاي گازي در ابتداي راه اندازي، تا مرحله اي كه توربين خود كفا شود و خود بتواند دور محور را به مقدار نهايي خود برساند، احتياج به وسيله اي براي گردش در آوردن محور مي باشد. در واقع مثل موتورهاي احتراق داخلي كه با استارت راه اندازي مي شود در توربين هاي گاز نيز براي تراكم و تأمين هواي لازم جهت احتراق و تأمين قدرت و مقدمات خود كفا شدن توربين، يك وسيله راه انداز لازم است كه اين وسيله معمولاً يك ديزل يا الكترو موتور و يا قرار گرفتن ژنراتور در مد موتوري مي باشد.

1ـ5 مزايا و معايب توربين گاز

ساختمان و شرايط خاص واحدهاي گازي، يك سري ويژگي هايي به آنها مي دهد كه بعضي به عنوان مزايا و بعضي ديگر به عنوان معايب مي توانند قلمداد شوند.

واحدهاي گازي به خاطر حجم كوچك و ساده بودن نصب، خيلي سريع نصب مي شوند (حدود 6ماه)
واحدهاي گازي، بعد از استارت در عرض چند دقيقه (كمتر از 10دقيقه) به مرحله باردهي مي رسند كه اين زمان كوتاه، توربين هاي گازي را قادر ساخته است كه براي منظورهاي اضطراري و در مواقعي كه ماكزيمم مصرف برق را در سيستم قدرت داريم، مورد استفاده قرار گيرند.
قيمت و هزينه نصب واحدهاي گازي، پايين است (حدود 3/1 واحدهاي بخار براي قدرت برابر)
به علت سادگي ساختمان و كم بودن تعداد قسمت هاي كمكي و فرعي در توربين گاز بهره برداري و كنترل آن آسان مي باشد.
راندمان يا بازدة واحدهاي گازي، به خاطر دفع مقدار زيادي انرژي، به صورت گرما از اگزوز و تشعشع مقداري گرما از جدار اتاق هاي احتراق پايين مي باشد.
آلودگي محيط توسط واحدهاي گازي، از نيروگاه هاي حرارتي ديگر با قدرت مشابه كمتر است.
به علت بالا بودن دما در توربين هاي گازي، تعداد بازرسي و تعميرات مسير گاز داغ بالاست، ولي به علت كم بودن تعداد اجزاء كمكي، سرويس هاي كمتري در اين رابطه مورد نياز است.
به علت عدم احتياج به آب، جهت خنك كردن سيال عامل در سيكل، در واحدهاي گازي، مي توان از آنها در شرايط مختلف جوي و مناطق جغرافيايي كه استفاده از توربين هاي بخار مناسب نيست، استفاده كرد.
شرايط جغرافيايي و آب و هوايي، مثل فشار هوا و دماي محيط روي بازده توربين گاز، تأثير قابل توجه دارد و در ارتفاع پايين (فشار هواي بالا) و دماي پايين، بازده كلي، بهتر خواهد بود.

10) عمر واحدهاي گازي، در مقايسه با عمر واحدهاي بخار كوتاه است.

1ـ6 كاربرد توربين هاي گازي در صنعت برق

همان طور كه مي دانيم ميزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز تفاوت دارد، مثلاً در بعضي از ساعات روز مثل ساعت 10 تا 12 صبح و از تاريك شدن هوا به مدت 2 ساعت در شب مصرف برق بسيار بالاست و در بعضي ساعات، مانند ساعات نيمه شب تا بامداد، مصرف برق خيلي پايين است.

اگر فرض كنيم كه در تمام ساعات شبانه روز يك «مصرف پايه» (بار پايه) به طور مستمر داشته باشيم، اين بار پايه را معمولاً توسط واحدهاي بخار كه به خاطر سوختشان هزينه جاري آنها كمتر است و همچنين توسط واحدهاي برق آبي تأمين مي گردد. در بعضي ساعات كه موقتاً مصرف بالاتر از بار پايه مي رود، به واحدهايي نياز داريم كه اگرچه سوخت آنها گرانتر از سوخت واحدهاي تأمين كننده مصرف پايه مي باشد،

اما مي توان زود به مرحلة باردهي برسد زيرا كه واحدهاي بخار از آغاز راه اندازي تا بادهي چندين ساعت وقت لازم دارند كه بسيار مهم است و استفاده از آنها نيز به صورت رزرو مقرون به صرفه نمي باشد. در اين مورد از واحدهاي گازي استفاده مي شود. البته در كشورهايي مثل ايران كه مسأله تأمين سوخت حتي گازوئيل و گاز مسئله مهمي ايجاد نمي كند، از واحدهاي گازي نيز براي تأمين مصرف بار پايه نيز استفاده مي گردد.

2ـ1 معرفي نيروگاه

در سال 1355 كار نصب 6 واحد آسك و 8 واحد هيتاچي به منظور رفع نياز شبكه سراسري شروع شد. در هنگام نصب واحدهاي فوق الذكر كار خريد و عقد قرار داد 30 واحد ديگر با شركت هاي مختلف انجام پذيرفت و در پايان سال 1356 كار نصب اين واحدها به پايان رسيد.

از سال 1360 با انتقال 4 واحد از نوع آ.ا.گ به شيروان كار انتقال واحدهاي اين نيروگاه به نقاط نياز در سراسر كشور آغاز شد و هم اكنون اين نيروگاه داراي 30 واحد گازي از نوع فريمي در دو تيپ جنرال الكتريك (GC) وستينگ هاوس (WH) وجود دارد اختلاف اين دو تيپ در شكل هاي (2ـ2) و (2ـ3) نشان داده شده است.

2ـ2 مشخصات فني نيروگاه ري

قدرت عملي و اسمي نيروگاه در جدول (2ـ1) آورده شده است در ضمن مشخصات فني واحدهاي نيروگاه در جدول (2ـ2) آورده شده است.

2ـ3 افزايش قدرت توربين هاي گازي فيات در تابستان

در تابستان با گرم شدن هوا، بازده توربين هاي گاز كاهش پيدا مي كند. در تابستان سال 1998 ميلادي به دليل افزايش رقابت در توليد برق آمريكا، مسأله كاهش برق توليد شده توسط توربين هاي گاز به دليل افزايش درجه حرارت محيط بسيار حاد شد. شركت برق ايالات شمالي آمريكا، مطالعاتي در زمينه روش هاي افزايش قدرت توربين هاي گاز در تابستان انجام داد. از بين روش هاي مرسوم، يك روش كه عبارت بود از پاشيدن پودر آب به داخل قسمت ورودي هوا به كمپرسور بسيار مورد توجه قرار گرفت.

مطالعات در مورد اين روش در چندين نيروگاه گازي كه داراي توربين هاي گازي از نوع توربين گاز جنرال الكتريك فريم 7 و توربين گاز وستينگهاوس فريم AA501 هستند انجام شد. خلاصه اي از اين مطالعات و يافته ها در اين قسمت ارائه شده است.

2ـ3ـ1 پاشش پودر آب در قسمت هواي ورودي به كمپرسور توربين گاز

توربين هاي گاز ماشين هايي با حجم ثابت هستند لذا جرم هواي جريان يافته در توربين گاز توسط چگالي هواي ورودي تعريف مي شود. با افزايش دماي هواي محيط، چگالي هوا و به دنبال آن قدرت توليدي توربين گاز، افت مي كند، به طور تقريبي مي توان گفت كه در ازاي هر دو درجه فارنهايت (1/1 درجه سانتي گراد) افزايش دما در محيط يك درصد از قدرت توليدي توربين گاز كاهش مي كند.

بنابراين هنگامي كه درجه حرارت محيط به 100 درجه فارنهايت (7/37 درجه سانتي گراد) برسد، مقدار قدرت توليدي توربين گاز حدود 20% نسبت به قدرت توليدي آن در شرايط ايزو افت پيدا مي كند.

پاشيدن پودر آب در قسمت ورودي هوا به كمپرسور، يك روش كنترل شده براي افزايش قدرت توليدي توربين هاي گاز است.

براي توليد پودر آب از آب تصفيه شده (بدون يون) با خلوص بسيار بالا كه هيچ گونه رسوبي بر روي پره هاي كمپرسور نخواهد داشت، استفاده مي شود.

در بسياري از موارد آب مقطر استفاده شده باعث تميز شدن پره ها شده است. مصرف برق مورد نياز براي توليد پودر آب حدود 5/0 درصد قدرت افزايش يافته يا به طور تقريب حدود 05/0 درصد قدرت كل توربين گاز است.

هزينه نصب و بهره برداري از اين روش به مراتب پايين تر از روش هاي ديگر است. براي نصب سيستم پاشيدن پودر آب نبايد هيچ گونه تغييري در كانال هاي هواي ورودي موجود داده شود.

سيستم پمپاژ به صورت بسته اي و بر روي پايه فلزي است. بنابراين نصب و جادهي اين سيستم در كنار توربين گاز بسيار ساده و راحت است.

سيستم پمپاژ طوري طراحي شده است كه حتي در زمستان نيز مي توان آن را باز كرد و در انبار نگهداري كرد.

يك دستگاه اندازه گيري شرايط محيط بر روي هر يك از سيستم هاي پمپاژ قرار دارد تا همواره شرايط محيط را اندازه و مقدار آب مورد نياز را محاسبه مي كند.

2ـ3ـ2 پاشيدن بيش از حد آب

پاشيدن بيش از حد آب عبارت است از شرايطي كه آب بيش از حد لازم براي ايجاد 100% رطوبت به داخل قسمت هواي ورودي به كمپرسور توربين گاز پاشيده شود.

هدف از پاشيدن بيش از حد آب، افزايش قدرت توليدي توربين گاز توسط خنك كردن مراحل مياني كمپرسور است.

پاشيدن بيش از حد آب روشي است كه توسط سازندگان صنايع توربين سازي آمريكا پذيرفته شده است، به همين دليل سيستم هاي پاشيدن پودر آب طوري طراحي مي شوند كه قابليت پاشيدن آب به ميزان 6/0 درصد بيش از حد معمول در داخل حجم هواي ورودي به كمپرسود را داشته باشند.

مطالعات انجام شده توسط سازندگان توربين هاي گاز نشان مي دهد كه روش پاشيدن بيش از حد آب به داخل كمپرسور به اندازه روش پاشيدن پودر آب به داخل هواي ورودي به كمپرسور ظرفيت توليد توربين گاز را افزايش نمي دهد.

با پاشيدن بيش از حد آب به داخل كمپرسور امكان صدمه ديدن پره هاي كمپرسور بر اثر وجود قطرات بزرگ آب وجود دارد، در صورتي كه در سيستم پاشيدن پودر آب در حد مناسب كه فقط مقدار رطوبت هوا را به 100% برساند امكان صدمه ديدن پره هاي كمپرسور وجود ندارد.

2ـ3ـ4 مشخصات فني سيستم پاشيدن پودر آب

سيستم پاشيدن پودر آب شامل تعدادي پمپ تزريق كننده فشار قوي است، معمولاً فشار توليدي توسط اين پمپ ها حدو 200PSI (137بار) است.

براي پودر كردن آب از نازل هاي مخصوص با سوراخ بسيار ريز استفاده مي شود همچنين براي توليد آب لازم بايد از سيستم آب بدون يون با كيفيت بالا استفاده كرد.

آب بدون يون بايد در مخزن هاي مخصوص (كه معمولاً از ورق ضد زنگ است) نگهداري شوند.

تجربيات به دست آمده از اين نوع سيستم هاي خنك كننده نشان داده است كه براي ايجاد بهترين وضعيت استفاده از اين سيستم ها بايد نكاتي را رعايت كرد كه عبارتند از:

…

2ـ4 نيروگاه ري به عنوان Slack

همان طور كه گفته شد چون واحدهاي گازي، بعد از استارت در عرض چند دقيقه (كمتر از 10 دقيقه) به مرحله باردهي مي رسند، نيروگاه هاي مهمي در مواقع اضطراري از جمله Black Out مي باشند.

نيروگاه ري نيز با داشتن واحدهاي گازي با استارت ديزلي، توانايي Slack واقع شدن در مواقع Black Start را دارد.

2ـ4ـ1 استراتژي باز وصل شبكه برق

شناسايي و مكان وقوع حادثه
جدا نمودن بخش حادثه ديده از شبكه
تعيين تعداد بخش ها (جزيره)
برقرار كرد هر بخش (جزيره)

الف) تعيين يك نيروگاه Black start با خاصيت Slack شدن

ب) راه اندازي واحدها توأم با بارگيري (پله هاي بارگيري تعريف شده)

ج) اطمينان يافتن به پايداري نيروگاه هاي در مدار

د) برقرار كردن خطوط انتقال و بارگيري فيدرهاي حساس و اولويت دار با توجه به سطح ولتاژ و ظرفيت بارگيري.

2ـ4ـ2 مراحل بازيابي شبكه انتقال منطقه تهران در صورت Black out در شبكه

با توجه به مراحل ذكر شده در استراتژي باز وصل شبكه برق مراحل بازيابي شبكه انتقال تهران با در نظر گرفتن موارد زير:

الف) انتخاب نيروگاه ري به عنوان Slack و پايدار نمودن اين نيروگاه با بارگيري در پست ري گازي و پست هاي مجاور.

ب) برق رساني به نيروگاه هاي تحت پوشش مخصوصاً نيروگاه هاي گازي

ج) بر قرار نمودن خطوط و پست ها با توجه به بارهاي حساس

3ـ1 راهنماي استفاده از نقشه

همراه با شماتيك تجهيزات نيروگاه اعدادي و حروفي نوشته شده كه مشخصات آن تجهيز را نمايان مي كند در اين قسمت معاني اين حروف و اعداد ذكر مي شود.

نحوه كد گذاري تجيزات در نقشه تك خطي پست ها:

به طور كلي در كد گذاري تجهيزات از چهار رقم استفاده مي شود:

رقم اول نشان دهنده سطح ولتاژ است

رقم دوم و سوم نشان دهنده نوع تجهيزات

رقم آخر هم نوع وسيله متصل را نشان مي دهد.

4ـ1 مقدمه

ژنراتور جزئي از يك نيروگاه مي باشد كه براي تبديل انرژي مكانيكي دوراني محور ژنراتور به انرژي الكتريكي از آن استفاده مي شود. براي توليد برق در ژنراتور كار مكانيكي را به عنوان ورودي، داده و انرژي الكتريكي به عنوان خروجي دريافت مي شود. براي انجام اين عمل يعني تبديل كار مكانيكي به انرژي الكتريكي از خاصيت مغناطيسي استفاده مي شود.

4ـ2 ساختمان ژنراتور

در ژنراتورهاي بزرگ كه ولتاژها و جريان هاي خيلي بالا توليد مي شود، قسمت ثابت ژنراتور سيم پيچ ها و قسمت متحرك قطب ها مي باشند. بدنه ژنراتور كه سيم پيچ ها در داخل آن قرار دارند استاتور ناميده مي شود و سيستم مغناطيس ژنراتور كه به وسيله الكترومغناطيس را آن1راآن را مي سازند، رتور مي نامند. رتور براي سيم پيچ هاي خود به جريان برق مستقيم احتياج دارند، اين جريان مستقيم از سيستمي كه به آن تحريك كننده مي گويند، تأمين مي شود.

4ـ2ـ1 استاتور

هسته استاتور از تعداد زيادي صفحات منگنه شده يا تعدادي صفحات فولاد سيليكون نازك كه داراي خواص مغناطيسي عالي است، درست مي شود. اين صفحات نازك با لاك يا كاغذ نسبت به هم عايق مي شوند.

فهرست مطالب
فصل اول
1ـ1 مقدمه 2
1ـ2 اساس كار توربين هاي گازي 3
1ـ3 انواع توربين هاي گازي با سيكل ساده (سيكل باز) 4
1ـ3ـ1 توربين هاي گازي مخصوص كار سنگين از نوع فريمي 4
1ـ3ـ2 توربين هاي گازي گرفته شده از موتورهاي جت 5
1ـ3ـ3 توربين هاي گازي از نوع صنعتي 6
1ـ3ـ4 توربين هاي گازي كوچك 7
1ـ3ـ5 ميكرو توربين 7
1ـ4 اجزاء اصلي توربين گاز 8
1ـ4ـ1 كمپرسور 8
1ـ4ـ2 سيستم احتراق 8
1ـ4ـ3 توربين 10
1ـ4ـ4 اجزاء فرعي توربين گاز 10
1ـ5 مزايا و معايب توربين گاز 11
1ـ6 كاربرد توربين هاي گازي در صنعت برق 12

فصل دوم
2ـ1 معرفي نيروگاه 15
2ـ2 مشخصات فني نيروگاه ري 20
2ـ3 افزايش قدرت توربين هاي گازي فيات در تابستان 25
2ـ3ـ1 پاشش پودر آب در قسمت هواي ورودي به كمپرسور توربين گاز 25
2ـ3ـ2 پاشيدن بيش از حد آب 27
2ـ3ـ3 روش هاي ديگر براي خنك كردن هواي محيط 28
2ـ3ـ4 مشخصات فني سيستم پاشيدن پودر آب 28
2ـ3ـ5 نمونه اي از سيستم پاشيدن پودر آب در نيروگاه ري 29
2ـ4 نيروگاه ري به عنوان Slack 30
2ـ4ـ1 استراتژي باز وصل شبكه برق 30
2ـ4ـ2 مراحل بازيابي شبكه انتقال منطقه تهران در صورت Black out در شبكه 31

فصل سوم
3ـ1 راهنماي استفاده از نقشه 35
3ـ2 معرفي تجهيزات پست 39

فصل چهارم
4ـ1 مقدمه 50
4ـ2 ساختمان ژنراتور 50
4ـ2ـ1 استاتور 50
4ـ2ـ2 رتور 51
4ـ2ـ3 سيستم تحريك 53
4ـ2ـ4 مزايا و معايب روش ديناميكي و استاتيكي 65
4ـ2ـ5 ساختمان كلي تنظيم تحريك يا (AVR) 65
4-3 عکسهایی از واحد 5 آسک 68
مراجع 73

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، شکل، جدول، فهرست مطالب (فصل بندی شده) و 73 صفحه متن (در قالب word ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله B Nazanin(14) و برای تیترهای داخل مقاله B Titr می باشند.

قیمت این مقاله 8700 تومان می باشد، جهت پرداخت و دریافت کامل متن مقاله روی تصویر زیر کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات الکترونیک

نوشته شده در 1 شهریور 1400

فرآیند تولید انرژی برق