پارسی English


صفحه فيسبوک شرکت صفحه توئيتر شرکت صفحه لينکدين شرکت کانال تلگرام شرکت صفحه گوگل پلاس شرکت صفحه اينستاگرام شرکت صفحه آپارات شرکت بانک اطلاعات
شرکت حامیان صنعت کیمیا ,

امتیاز موضوع:
  • 72 رای - 2.54 میانگین
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
کاربرد سيستمهاي توليد همزمان برق و حرارت
#1
کاربرد سيستمهاي توليد همزمان برق و حرارت





چكيده
تدوين برنامه بلندمدت بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، تاثير مثبتي بر اقتصاد كشور و ارتقاي نقش ايران در بازارهاي جهاني انرژي دارد. از جمله نتايج حاصل از برنامه بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، بهبود راندمان و كاهش توليد آلاينده‌هاي ‌زيست محيطي ناشي از توليد انرژي است. راهكارهاي بهينه سازي متعددي در بخش عرضه انرژي مطرح است كه از جمله آنها ميتوان به توليد همزمان برق و حرارت، سرمايش هواي ورودي به توربينهاي گازي، استفاده از توربينهاي انبساطي و تعيين تركيب بهينه در عرضه حاملهاي انرژي اشاره نمود. در مطالعه حاضر، برنامه بلندمدت استفاده از واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت در كشور،كه بر اساس حداقل سازي مجموع هزينه‌هاي اقتصادي سيستم عرضه انرژي كشور تهيه‌شده است، از نظر ميگذرد. در محاسبه هزينه‌هاي اقتصادي سيستم عرضه ‌انرژي، مولفه‌هاي سرمايه‌گذاري، هزينه‌هاي بهره برداري و هزينه هاي سوخت لحاظ شده است.
كلمات كليدي: توليد همزمان، ارتقاي كارآيي انرژي، سيكل تركيبي، توربين گاز،
Reciprocating Engine CHP, Back-Pressure, Extraction Condensing,






مقدمه
توليد همزمان برق و حرارت يك روش صرفه جويي انرژي است كه در آن برق و حرارت بطور همزمان توليد مي‌شوند. حرارت حاصل از توليد همزمان مي‌تواند بمنظور گرمايش ناحيه‌اي (District heating) يا در صنايع فرآيندي مورد استفاده قرار گيرد.

فرآيند توليد همزمان مي‌تواند بر اساس استفاده از توربينهاي گاز، توربينهاي بخار يا موتورهاي احتراقي بنا نهاده شود و منبع توليد انرژي اوليه نيز شامل دامنه وسيعي است كه مي‌تواند سوختهاي فسيلي، زيست توده، زمين گرمايي يا انرژي خورشيدي باشد.
گرمايش ناحيه‌اي شامل سيستمي است كه در آن حرارت بصورت متمركز توليد و به تعدادي مشتري فروخته ميشود. اين كار با استفاده از يك شبكة توزيع كه از آب داغ يا بخار بعنوان حامل انرژي حرارتي بهره مي‌برد، انجام مي‌پذيرد. شكل (1) شماي يك سيستم بازيافت و انتقال حرارت را نشان مي دهد.
شكل 1- تجهيزات بازيافت و انتقال حرارت
[عکس: dwngdol5dcl8cnk7g.jpg]


سابقة تاريخي
اولين سابقه تاريخي استفاده از گرمايش مركزي به قرنهاي سوم و چهارم پيش از ميلاد باز مي‌گردد. در آن زمان امپراتوريهاي يونان و روم كه از نظر فن آوري پيشرفته بودند، براي اولين بار آب گرم خروجي از لايه‌هاي آهكي را با حفره كانال به حمام‌هاي عمومي، ورزشگاه، قصرها و قلعه‌هاي نظامي منتقل نمودند. در سال 1888 اولين توليد كننده همزمان برق و حرارت در آلمان شروع بكار نمود. در اين سال در شهر هامبورگ از حرارت حاصل از توليد برق بمنظور تأمين حرارت تالار شهر (City Hall) استفاده شد. هم اكنون در بسياري از نقاط جهان از سيستم‌هاي توليد همزمان استفاده ميشود. جدول (1) ليست 10 كشور جهان و درصد تأمين حرارت بوسيلة سيستم‌هاي توليد همزمان به نسبت كل حرارت مصرفي در اين كشورها را نشان مي‌دهد.
جدول 1- اطلاعات مربوط به 10 كشور استفاده كننده عمده سيستمهاي توليد همزمان

[عکس: 1hcr7idkrg7wexh7g.jpg]


خصوصيات گرمايش ناحيه‌اي
به طور كلي ميتوان خصوصيات يك سيستم گرمايش ناحيه‌اي را در 6 گروه اصلي دسته بندي نمود.





1-3- ارتقاء كارآيي انرژي

در واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت، تلفات به حداقل مي‌رسد. بازده كلي اين واحدها بين 80 تا 90 درصد خواهد بود، اين در حالي است كه در يك نيروگاه متداول بازده حرارتي بين 40 تا 50 درصد است. شكل (2) مقايسه يك نمونه نيروگاه حرارتي معمول و يك واحد CHP و تلفات آنها را نشان مي‌دهد.


شكل 2- مقايسه بازده انرژي در نيروگاههاي معمول و نيروگاههاي توليد همزمان

[عکس: 3lyr39ad1459wpa7g.jpg]

2- 3- تأمين حرارت مطمئن و انعطاف پذيري
با توجه به اينكه واحدهاي توليد همزمان از حرارت توليدي نيروگاهها استفاده مي‌كنند، توليد انرژي حرارتي در آنها بدون وقفه انجام ميشود. همچنين ميزان توليد برق و حرارت، با توجه به تقاضاي آنها قابل تغيير است.
3-3- محيط زيست
راندمان بالاي واحدهاي توليد همزمان، اين واحدها را بعنوان راه حلي قابل قبول براي تبديل انرژي مطرح نموده است. همچنين بازدهي بالاي اين واحدها، باعث ميشود توليد دي اكسيد كربن و ساير آلاينده‌ها نظير تركيبات گوگردي و اكسيدهاي نيتروژن كاهش يابد. از سوي ديگر در كشورهايي كه قوانين سخت گيرانه زيست محيطي در آنها اعمال ميشود با كاهش تعداد واحدهاي تبديل سوخت به حرارت مفيد، كنترل واحدهاي توليد آلاينده راحت‌تر انجام خواهد پذيرفت.

4- 3- هزينه‌هاي كمتر
در توجيه پذيري واحدهاي CHP بايد محدوديتهاي مالي را بدقت لحاظ نمود. لازمست در هر ناحيه انرژيهاي رقيب با واحدهاي توليد همزمان مقايسه و تصميم گيري بدقت انجام پذيرد. معمولاً واحدهاي توليد همزمان به سرمايه گذاري بيشتري نسبت به سيستم‌هاي معمول تبديل انرژي نياز دارند. ولي بايد دقت داشت كه ميزان مصرف انرژي در آنها بسيار پايين‌تر است: بعبارت ديگر، هزينه‌هاي متوسط تبديل يك واحد انرژي در واحدهاي CHP پايين‌تر از ساير روشهاست.
5-3- استفاده هرچه بيشتر از فضاي ساختمانها
با استفاده از واحدهاي توليد همزمان، تجهيزات نصب شده در تأسيسات گرمايشي ساختمانها كاهش مي‌يابد، به همين دليل فضاي بيشتري در ساختمانها قابل استفاده خواهد بود.
6- 3- هزينه‌هاي پايين‌تر تعميرات و نگهداري
با توجه به اينكه براي استفاده از حرارت توليدي در يك واحد توليد همزمان، تجهيزات كمتري در هر ساختمان مورد نياز است، هزينه‌هاي تعميرات و نگهداري تجهيزات نيز كمتر خواهد شد.

روشهاي توليد همزمان
نيروگاههاي توليد همزمان را مي‌توان به پنج دستة كلي تقسيم نمود.
- بازيافت از توربينهاي زيركش دار (Extraction condensing)
- بازيافت از توربينهاي پس فشاري (Back – Pressure)
- بازيافت حرارت از توربين هاي گازي ( (Gas turbine heat recovery
- بازيافت از سيكل تركيبي (Combined Cycle)
- بازيافت از موتورهاي رفت و برگشتي (Reciprocating Engines)

ساده‌ترين نيروگاه توليد همزمان، نيروگاههايي هستند كه از توربينهاي Back - pressure استفاده مي‌كنند. در ايـن نـيـروگـاهـهـا، برق و حرارت در يك توربين بخار توليد ميشود. يكي ديگر از اجزاي اصلي نيروگاههاي Back - pressure بويلر است كه مي‌تواند براي سوزاندن سوختهاي جامد، مايع يا گازي شكل طراحي شود.


1-4- نيروگاههاي Extraction Condensing (زير كشدار)
توليد حرارت به روش توليد همزمان مي‌تواند در نيروگاههاي مجهز به توربين بخار زير كشدار (Extraction Condensing) انجام شود. به اين طريق كه مقداري از بخار قبل از رسيدن به آخرين مرحله توربين از آن خارج شود. گرمايش متمركز مي‌تواند با استفاده از بخار استخراج شده از توربين يا براي مصارف صنعتي مورد استفاده قرار داد.
شكل (3) چرخه يك نيروگاه بخار كه در آن يك ايستگاه كاهش فشار نيز تعبيه شده است را نشان مي دهد. از ايستگاه كاهش فشار بخار در مواقعي كه از توربين بخار استفاده نشود، استفاده مي شود. در اين حالت بخار مطمئن براي تأمين حرارت فرآيندها تأمين خواهد شد. بايد دقت داشت كه در صورتيكه از توربين بخار استفاده نشود به اين سيستم توليد همزمان اطلاق نمي‌شود. در يك نيروگاه معمولي فقط برق توليد مي‌شود ولي دريك نيروگاه Extraction Condensing جزئي از بخار براي توليد حرارت از توربين خارج ميشود.
2-4- نيروگاههاي Back - pressure
در نيروگاههاي بخار معمولي، بخار فشار بالا در بويلر توليد ميشود كه اصطلاحاً به آن بخار زنده اطلاق ميشود. اين بخار از ميان توربين عبور مي‌كند و پس از انبساط كامل، با فشار پايين وارد يك كندانسور ميشود. در اين بخش حرارت باقيمانده در اين بخار با هوا يا آب منتقل ميشود.
در يك توربين Back - pressure بخار از قسمتهاي مياني توربين و با فشار بالاتر خارج ميشود و از اين بخار به منظور استفاده در مصارف گرمايشي استفاده ميشود. اين بخار مي‌تواند مستقيماً به عنوان بخار فرآيند (مثلاً در ماشينهاي كاغذسازي) يا بعنوان سيال گرم در يك مبدل حرارتي براي گرم كردن آب مورد استفاده در سيستمهاي گرمايشي ناحيه‌اي مورد استفاد قرار گيرد.
1-2-4- نيروگاههاي Back - pressure صنعتي
در نيروگاههاي صنعتي Back - pressure معمولاً فشار پشت توربين در بارهاي كامل و جزئي و با در نظر گرفتن شرايط فرآيند ثابت نگه داشته ميشود. همچنين ميتوان از قسمتهاي مياني توربين نيز مقداري از بخار را با كيفيت بالاتر را استخراج نمود. اين بخار مي‌تواند در فرآيندهاي صنعتي استفاده شود يا به مصرف داخلي نيروگاه برسد. در صورتيكه اين بخار به مصرف داخلي نيروگاه برسد به آن CHP اطلاق نمي‌شود. هرچه بخار با فشار بالاتر از توربين استخراج شود ميزان برق توليدي كمتر خواهد بود.


[عکس: 3kxq7lvsydsq9dz7g.jpg]
شكل3- نيروگاههاي پس فشاري صنعتي


2-2-4- ‌نيروگاههاي Back - pressure براي استفاده در گرمايش ناحيه‌اي
در سيستمهاي متداول گرمايش ناحيه‌اي آب گرم كه حامل انرژي است با عبور از مبدلهاي حرارتي عمل انتقال حرارت را انجام مي‌دهد. دماي اين آب با توجه به تغييرات دماي محيط متغير خواهد بود. بسته به طراحي شبكه دماي آب خروجي از نيروگاه حداكثر بين 120 تا 150 درجه سانتي گراد در نظر گرفته ميشود. بعنوان مثال اگر ميانگين دماي آب خروجي از نيروگاه بين 80 تا 85 درجه باشد، دماي آب برگشتي حدود 50 تا 55 درجه سانتي گراد خواهد بود.
در بعضي از مواقع براي افزايش دماي آب خروجي ازنيروگاه بويلرهايي بصورت سري با مبدلهاي حرارتي در نظر گرفته ميشود. لازم بذكر است افزايش حرارت در اثر عبور از اين بويلرها نبايد در محاسبات راندمان كل سيستم CHP منظور شود.


[عکس: ujh5ccw6zzn22rt7g.jpg]
شكل (4): نيروگاههاي پس فشاري مورد استفاده در گرمایش منطقه ای


هر چه دماي آب خروجي از سيستم گرمايش ناحيه‌اي بيشتر باشد. ميزان توليد برق كاهش خواهد يافت ارتباط بين ميزان برق حرارت توليدي را با فاكتوري بنام نسبت حرارت به برق (Heat to power Ratio) مي‌سنجد.
3-4- توربين گاز و بويلر بازيافت حرارت
يك سيستم ساده و كم هزينه توليد همزمان برق و حرارت ميتواند با تركيب يك توربين گاز و يك بويلر بازيافت حرارت ايجاد شود. گازهاي داغ خروجي از توربين گاز از يك بويلر بازيافت حرارت عبور مي‌كنند و بخار مورد نياز فرآيند يا گرمايش مورد نياز را تأمين مي‌كند. در اين نوع نيروگاهها، هواي داغ خروجي از توربين گاز از بويلر بازيافت حرارت عبور كرده و حرارت خود را به سيال حامل (آب) منتقل مي‌كند. در بسياري از مواقع از گاز طبيعي بعنوان سوخت مصرفي استفاده ميشود. اما گازوئيل يا تركيبي از گاز و گازوئيل نيز به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ميزان حرارت بازيافت شده به نوع سوخت مصرفي و دماي حرارت بازيافت شده بستگي دارد. اگر از گاز طبيعي بعنوان سوخت توربين گاز استفاده شود، ميتوان دماي گازهاي خروجي از بويلر بازيافت را به حدود 60 تا 100 درجه سانتي گراد كاهش داد ولي در صورتيكه از سوختهاي مايع استفاده شود بمنظور كاهش ريسك خوردگي گوگرد بايد دما بين 120 تا 170 درجه كنترل شود. در بعضي مواقع نيروگاه به يك مشعل كمكي مجهز ميشود كه از گازهاي خروجي از توربين گاز بجاي هواي احتراق استفاده مي‌كند. طبيعتاً حرارت توليدي از مشعلهاي كمكي را نبايد در محاسبة حرارت توليدي از CHP منظور نمود.


[عکس: caoyx16fn54ksh97g.jpg]


شكل 5- توربين گاز مجهز به بويلر بازيافت


در بعضي از مواقع نيز اگزوز خروجي از توربينهاي گاز مجهز به يك كنار گذر (By- Pass) خواهد بود كه در اينصورت ميتوان فقط در مواقع لازم از بويلر بازيافت استفاده كرد و در مواقع غير ضروري آنرا از سيستم حذف نمود.
4-4- نيروگاههاي سيكل تركيبي
اخيراً، استفاده از نيروگاههاي سيكل تركيبي كه شامل يكي يا چند توربين گاز به انضمام بويلرهاي بازيافت حرارت و توربين بخار هستند نيز متداول شده‌اند. يك نيروگاه سيكل تركيبي شامل يك يا چند توربين گازي و توربين بخار است. بسته به نوع توربين بخار، نيروگاه مي‌تواند معمولي يا توليد همزمان باشد. شكل (6) يك نيروگاه سيكل تركيبي توليد همزمان كه شامل 2 توربين گاز، 2 بويلر بازيافت و يك توربين بخار است را نشان مي‌دهد.

[عکس: a88dqa82y9d34g97g.jpg]

شكل 6- توليد همزمان در نيروگاه سيكل تركيبي

اگر از خنك كن‌هاي كمكي براي خنك كردن مايعات خروجي از توربين بخار استفاده نشود ميتوان اين واحدها را بعنوان واحدهايCHP مورد استفاده قرار دارد. مشخصة تمامي نيروگاههاي سيكل تركيبي، بازيافت حرارت از گاز خروجي توربينهاي گاز است. اين حرارت توسط بويلرهاي بازيافت و به منظور توليد بخار مورد نياز توربينهاي بخار استفاده ميشود. معمولاً براي افزايش كيفيت بخار از مشعلهاي كمكي كه از گاز خروجي توربين گاز بعنوان هواي ورودي استفاده مي‌كنند براي حرارت دادن بويلر كمكي استفاده ميشود. سيستمهاي سيكل تركيبي كه در آنها از مايع خروجي از كندانسور براي تأمين حرارت استفاده ميشود اساس سيستمهاي توليد همزمان با سيكل تركيبي را تشكيل مي‌دهند.

5-4- نيروگاههاي مجهز به موتورهاي رفت و برگشتي
اين روش نيز مشابه به روش توليد همزمان در نيروگاههاي گازي است با اين تفاوت كه بجاي توربين گاز از موتورهاي درونسوز رفت و برگشتي استفاده ميشود. در نيروگاههايي كه از موتورهاي رفت و برگشتي استفاده مي‌كنند، حرارت مي‌تواند از روغن موتور يا آب خنك كن موتورها از حرارت گازهاي خروجي از اگزوز بازيافت شود.

[عکس: 0a6ep9515qwm4r57g.jpg]

شكل 7 - بازيافت حرارت از موتورهاي رفت و برگشتي

بازده الكتريكي موتورهاي رفت و برگشتي بين 35 تا 42 درصد است و در صورتيكه در اثر قوانين زيست محيطي لازم باشد اكسيدهاي نيتروژن به ميزان زيادي كاهش پيدا كند اين راندمان 1% كاهش مي‌يابد. با توجه به اينكه موتورهاي پيشرفته گازهاي اگزوز خنك‌تري (حدود 400) دارند، بازيافت حرارت فقط مي‌تواند بصورت بخار باشد. مثلاً يك موتور ديزل 2/4 مگاواتي مي‌تواند 5/1 مگاوات بخار و 1/3 مگاوات آبگرم و داغ توليد كند. با توجه به اينكه كل مصرف سوخت براي اين موتور حدود 10 مگاوات خواهد بود، بازده كل مجموعه حدود 88% مي‌رسد.

انتقال آب گرم
براي انتقال آب گرم از خطوط لوله خاصي استفاده مي شود. اين خطوط براي حداكثر فشار عملياتي bar 16 طراحي شده اند و به سنسورهاي نشت ياب مجهز هستند. اين خطوط بطور كلي با خطوط انتقال آب يا گاز طبيعي تفاوت دارند و به گونه اي طراحي شده اند كه حداكثر مقاومت حرارتي و ايمني را داشته باشند. معمولاً براي جلوگيري از نشتي و كنترل دقيق از يك سيستم مانيتورينگ كامپيوتري استفاده مي شود. با استفاده از سيستم مانيتورينگ امكان يافتن سريع محل خرابي و تسريع در برطرف نمودن آن فراهم مي شود.

[عکس: 1l9011iiqgonwzc7g.jpg]


مراجع
1- http://www.kdhc.co.kr/english/index_e.htm.
2- http://www.cogen.org/
3- سیاستها و برنامه های بهینه سازی انرژی در جانب عرضه – قسمت اول: تولید همزمان برق و حرارت- گروه عرضه- معاونت امور انرژي- وزارت نيرو- 1382.
4- برنامه 25 ساله عرضه انرژي در كشور- گروه عرضه- دفتر برنامه ريزي انرژي- معاونت امور انرژي- وزارت نيرو- 1380.
پاسخ


پرش به انجمن:


کاربران در حال بازدید این موضوع: 1 مهمان

تماس با ما:

آدرس: تهران، خیابان ستارخان، نبش خسرو، مجتمع الماس غرب، واحد 110

تلفن: 44277189 (021) و 11-44266510 (021)

فکس: 44387366 (021)

پست الکترونیک: info@iranhsk-co.com

تمامی حقوق اين سايت متعلق به شرکت حاميان صنعت کيميا می باشد.

logo-samandehi

مطالب شرکت را در شبکه های اجتماعی دنبال کنيد.

صفحه فيسبوک شرکت صفحه توئيتر شرکت صفحه لينکدين شرکت صفحه تلگرام شرکت
صفحه گوگل پلاس شرکت صفحه اينستاگرام شرکت صفحه آپارات شرکت بانک اطلاعات