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:
  • 57 رای - 2.56 میانگین
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
کاربرد سيستمهای توليد همزمان برق و حرارت
#1
کاربرد سيستمهای توليد همزمان برق و حرارت





چكيده
تدوين برنامه بلندمدت بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، تاثير مثبتي بر اقتصاد كشور و ارتقای نقش ايران در بازارهای جهانی انرژی دارد. از جمله نتايج حاصل از برنامه بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، بهبود راندمان و كاهش توليد آلاينده‌های ‌زيست محيطی ناشی از توليد انرژی است. راهكارهای بهينه سازي متعددی در بخش عرضه انرژی مطرح است كه از جمله آنها ميتوان به توليد همزمان برق و حرارت، سرمايش هوای ورودی به توربينهای گازي، استفاده از توربينهای انبساطی و تعيين تركيب بهينه در عرضه حاملهای انرژی اشاره نمود. در مطالعه حاضر، برنامه بلندمدت استفاده از واحدهای توليد همزمان برق و حرارت در كشور،كه بر اساس حداقل سازي مجموع هزينه‌های اقتصادی سيستم عرضه انرژی كشور تهيه‌شده است، از نظر ميگذرد. در محاسبه هزينه‌های اقتصادی سيستم عرضه ‌انرژي، مولفه‌های سرمايه‌گذاري، هزينه‌های بهره برداری و هزينه های سوخت لحاظ شده است.
كلمات كليدی: توليد همزمان، ارتقای كارآيي انرژي، سيكل تركيبي، توربين گاز،
Reciprocating Engine CHP, Back-Pressure, Extraction Condensing,






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

فرآيند توليد همزمان مي‌تواند بر اساس استفاده از توربينهای گاز، توربينهای بخار يا موتورهای احتراقی بنا نهاده شود و منبع توليد انرژی اوليه نيز شامل دامنه وسيعي است كه مي‌تواند سوختهای فسيلي، زيست توده، زمين گرمايي يا انرژی خورشيدی باشد.
گرمايش ناحيه‌ای شامل سيستمی است كه در آن حرارت بصورت متمركز توليد و به تعدادی مشتری فروخته ميشود. اين كار با استفاده از يك شبكة توزيع كه از آب داغ يا بخار بعنوان حامل انرژی حرارتي بهره مي‌برد، انجام مي‌پذيرد. شكل (1) شمای يك سيستم بازيافت و انتقال حرارت را نشان می دهد.
شكل 1- تجهيزات بازيافت و انتقال حرارت
[عکس: dwngdol5dcl8cnk7g.jpg]


سابقة تاريخی
اولين سابقه تاريخی استفاده از گرمايش مركزي به قرنهای سوم و چهارم پيش از ميلاد باز مي‌گردد. در آن زمان امپراتوريهای يونان و روم كه از نظر فن آوری پيشرفته بودند، برای اولين بار آب گرم خروجی از لايه‌های آهكي را با حفره كانال به حمام‌های عمومي، ورزشگاه، قصرها و قلعه‌های نظامی 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 بسياری از نقاط جهان از سيستم‌های توليد همزمان استفاده ميشود. جدول (1) ليست 10 كشور جهان و درصد تأمين حرارت بوسيلة سيستم‌های توليد همزمان به نسبت كل حرارت مصرفی در اين كشورها را نشان مي‌دهد.
جدول 1- اطلاعات مربوط به 10 كشور استفاده كننده عمده سيستمهای توليد همزمان

[عکس: 1hcr7idkrg7wexh7g.jpg]


خصوصيات گرمايش ناحيه‌ای
به طور كلی ميتوان خصوصيات يك سيستم گرمايش ناحيه‌ای را در 6 گروه اصلی دسته بندی نمود.





1-3- ارتقاء كارآيي انرژی

در واحدهای توليد همزمان برق و حرارت، تلفات به حداقل مي‌رسد. بازده كلی اين واحدها بين 80 تا 90 درصد خواهد بود، اين در حالی 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 انرژی در نيروگاههای معمول و نيروگاههای توليد همزمان

[عکس: 3lyr39ad1459wpa7g.jpg]

2- 3- تأمين حرارت مطمئن و انعطاف پذيری
با توجه به اينكه واحدهای توليد همزمان از حرارت توليدی نيروگاهها استفاده مي‌كنند، توليد انرژی حرارتي در آنها بدون وقفه انجام ميشود. همچنين ميزان توليد برق و حرارت، با توجه به تقاضای آنها قابل تغيير است.
3-3- محيط زيست
راندمان بالای واحدهای توليد همزمان، اين واحدها را بعنوان راه حلی قابل قبول برای تبديل انرژی مطرح نموده است. همچنين بازدهی بالای اين واحدها، باعث ميشود توليد دی اكسيد كربن و ساير آلاينده‌ها نظير تركيبات گوگردی و اكسيدهای نيتروژن كاهش يابد. از سوی ديگر در كشورهايي كه قوانين سخت گيرانه زيست محيطی در آنها اعمال ميشود با كاهش تعداد واحدهای تبديل سوخت به حرارت مفيد، كنترل واحدهای توليد آلاينده راحت‌تر انجام خواهد پذيرفت.

4- 3- هزينه‌های كمتر
در توجيه پذيری واحدهای CHP بايد محدوديتهای مالی را بدقت لحاظ نمود. لازمست در هر ناحيه انرژيهای رقيب با واحدهای توليد همزمان مقايسه و تصميم گيری بدقت انجام پذيرد. معمولاً واحدهای توليد همزمان به سرمايه گذاری بيشتری نسبت به سيستم‌های معمول تبديل انرژی نياز دارند. ولی بايد دقت داشت كه ميزان مصرف انرژی در آنها بسيار پايين‌تر است: بعبارت ديگر، هزينه‌های متوسط تبديل يك واحد انرژی در واحدهای CHP پايين‌تر از ساير روشهاست.
5-3- استفاده هرچه بيشتر از فضای ساختمانها
با استفاده از واحدهای توليد همزمان، تجهيزات نصب شده در تأسيسات گرمايشی ساختمانها كاهش مي‌يابد، به همين دليل فضای بيشتری در ساختمانها قابل استفاده خواهد بود.
6- 3- هزينه‌های پايين‌تر تعميرات و نگهداری
با توجه به اينكه برای استفاده از حرارت توليدی در يك واحد توليد همزمان، تجهيزات كمتری در هر ساختمان مورد نياز است، هزينه‌های تعميرات و نگهداری تجهيزات نيز كمتر خواهد شد.

روشهای توليد همزمان
نيروگاههای توليد همزمان را مي‌توان به پنج دستة كلی تقسيم نمود.
- بازيافت از توربينهای زيركش دار (Extraction condensing)
- بازيافت از توربينهای پس فشاری (Back – Pressure)
- بازيافت حرارت از توربين های گازي ( (Gas turbine heat recovery
- بازيافت از سيكل تركيبی (Combined Cycle)
- بازيافت از موتورهای رفت و برگشتي (Reciprocating Engines)

ساده‌ترين نيروگاه توليد همزمان، نيروگاههايي هستند كه از توربينهای Back - pressure استفاده مي‌كنند. در ايـن نـيـروگـاهـهـا، برق و حرارت در يك توربين بخار توليد ميشود. يكي ديگر از اجزای اصلی نيروگاههای Back - pressure بويلر است كه مي‌تواند برای سوزاندن سوختهای جامد، مايع يا گازي شكل طراحی شود.


1-4- نيروگاههای Extraction Condensing (زير كشدار)
توليد حرارت به روش توليد همزمان مي‌تواند در نيروگاههای مجهز به توربين بخار زير كشدار (Extraction Condensing) انجام شود. به اين طريق كه مقداری 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 برای مصارف صنعتی مورد استفاده قرار داد.
شكل (3) چرخه يك نيروگاه بخار كه در آن يك ايستگاه كاهش فشار نيز تعبيه شده است را نشان می دهد. از ايستگاه كاهش فشار بخار در مواقعي كه از توربين بخار استفاده نشود، استفاده می شود. در اين حالت بخار مطمئن برای 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 معمولی فقط برق توليد مي‌شود ولی دريك نيروگاه Extraction Condensing جزئی از بخار برای توليد حرارت از توربين خارج ميشود.
2-4- نيروگاههای Back - pressure
در نيروگاههای 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 قسمتهای ميانی توربين و با فشار بالاتر خارج ميشود و از اين بخار به منظور استفاده در مصارف گرمايشی استفاده ميشود. اين بخار مي‌تواند مستقيماً به عنوان بخار فرآيند (مثلاً در ماشينهای كاغذسازي) يا بعنوان سيال گرم در يك مبدل حرارتي برای گرم كردن آب مورد استفاده در سيستمهای گرمايشی ناحيه‌ای مورد استفاد قرار گيرد.
1-2-4- نيروگاههای Back - pressure صنعتی
در نيروگاههای صنعتی Back - pressure معمولاً فشار پشت توربين در بارهای كامل و جزئی و با در نظر گرفتن شرايط فرآيند ثابت نگه داشته ميشود. همچنين ميتوان از قسمتهای ميانی توربين نيز مقداری از بخار را با كيفيت بالاتر را استخراج نمود. اين بخار مي‌تواند در فرآيندهای صنعتی استفاده شود يا به مصرف داخلی نيروگاه برسد. در صورتيكه اين بخار به مصرف داخلی نيروگاه برسد به آن CHP اطلاق نمي‌شود. هرچه بخار با فشار بالاتر از توربين استخراج شود ميزان برق توليدی كمتر خواهد بود.


[عکس: 3kxq7lvsydsq9dz7g.jpg]
شكل3- نيروگاههای پس فشاری صنعتی


2-2-4- ‌نيروگاههای Back - pressure برای استفاده در گرمايش ناحيه‌ای
در سيستمهای متداول گرمايش ناحيه‌ای آب گرم كه حامل انرژی است با عبور از مبدلهای حرارتي عمل انتقال حرارت را انجام مي‌دهد. دمای اين آب با توجه به تغييرات دمای محيط متغير خواهد بود. بسته به طراحی شبكه دمای آب خروجی از نيروگاه حداكثر بين 120 تا 150 درجه سانتي گراد در نظر گرفته ميشود. بعنوان مثال اگر ميانگين دمای آب خروجی از نيروگاه بين 80 تا 85 درجه باشد، دمای آب برگشتي حدود 50 تا 55 درجه سانتي گراد خواهد بود.
در بعضی از مواقع برای افزايش دمای آب خروجی ازنيروگاه بويلرهايي بصورت سری با مبدلهای حرارتي در نظر گرفته ميشود. لازم بذکر است افزايش حرارت در اثر عبور از اين بويلرها نبايد در محاسبات راندمان كل سيستم CHP منظور شود.


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


هر چه دمای آب خروجی از سيستم گرمايش ناحيه‌ای بيشتر باشد. ميزان توليد برق كاهش خواهد يافت ارتباط بين ميزان برق حرارت توليدی را با فاكتوری 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. گازهای داغ خروجی 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، هوای داغ خروجی از توربين گاز از بويلر بازيافت حرارت عبور كرده و حرارت خود را به سيال حامل (آب) منتقل مي‌كند. در بسياری از مواقع از گاز طبيعي بعنوان سوخت مصرفی استفاده ميشود. اما گازوئيل يا تركيبی از گاز و گازوئيل نيز به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ميزان حرارت بازيافت شده به نوع سوخت مصرفی و دمای حرارت بازيافت شده بستگی دارد. اگر از گاز طبيعي بعنوان سوخت توربين گاز استفاده شود، ميتوان دمای گازهای خروجی از بويلر بازيافت را به حدود 60 تا 100 درجه سانتي گراد كاهش داد ولی در صورتيكه از سوختهای مايع استفاده شود بمنظور كاهش ريسك خوردگی گوگرد بايد دما بين 120 تا 170 درجه كنترل شود. در بعضی مواقع نيروگاه به يك مشعل كمكي مجهز ميشود كه از گازهای خروجی از توربين گاز بجای هوای احتراق استفاده مي‌كند. طبيعتاً حرارت توليدی از مشعلهای كمكي را نبايد در محاسبة حرارت توليدی از CHP منظور نمود.


[عکس: caoyx16fn54ksh97g.jpg]


شكل 5- توربين گاز مجهز به بويلر بازيافت


در بعضی از مواقع نيز اگزوز خروجی از توربينهای 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 ضروری آنرا از سيستم حذف نمود.
4-4- نيروگاههای سيكل تركيبی
اخيراً، استفاده از نيروگاههای سيكل تركيبی كه شامل يكي يا چند توربين گاز به انضمام بويلرهای بازيافت حرارت و توربين بخار هستند نيز متداول شده‌اند. يك نيروگاه سيكل تركيبی شامل يك يا چند توربين گازي و توربين بخار است. بسته به نوع توربين بخار، نيروگاه مي‌تواند معمولی يا توليد همزمان باشد. شكل (6) يك نيروگاه سيكل تركيبی 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 تركيبی

اگر از خنک كن‌های كمكي برای خنک كردن مايعات خروجی از توربين بخار استفاده نشود ميتوان اين واحدها را بعنوان واحدهايCHP مورد استفاده قرار دارد. مشخصة تمامی نيروگاههای سيكل تركيبي، بازيافت حرارت از گاز خروجی توربينهای گاز است. اين حرارت توسط بويلرهای بازيافت و به منظور توليد بخار مورد نياز توربينهای بخار استفاده ميشود. معمولاً برای افزايش كيفيت بخار از مشعلهای كمكي كه از گاز خروجی توربين گاز بعنوان هوای ورودی استفاده مي‌كنند برای حرارت دادن بويلر كمكي استفاده ميشود. سيستمهای سيكل تركيبی كه در آنها از مايع خروجی از كندانسور برای تأمين حرارت استفاده ميشود اساس سيستمهای توليد همزمان با سيكل تركيبی را تشكيل مي‌دهند.

5-4- نيروگاههای مجهز به موتورهای رفت و برگشتي
اين روش نيز مشابه به روش توليد همزمان در نيروگاههای گازي است با اين تفاوت كه بجای توربين گاز از موتورهای درونسوز رفت و برگشتي استفاده ميشود. در نيروگاههايي كه از موتورهای رفت و برگشتي استفاده مي‌كنند، حرارت مي‌تواند از روغن موتور يا آب خنک كن موتورها از حرارت گازهای خروجی از اگزوز بازيافت شود.

[عکس: 0a6ep9515qwm4r57g.jpg]

شكل 7 - بازيافت حرارت از موتورهای رفت و برگشتي

بازده الكتريكي موتورهای رفت و برگشتي بين 35 تا 42 درصد است و در صورتيكه در اثر قوانين زيست محيطی لازم باشد اكسيدهای نيتروژن به ميزان زيادی كاهش پيدا كند اين راندمان 1% كاهش مي‌يابد. با توجه به اينكه موتورهای پيشرفته گازهای اگزوز خنك‌تری (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 برای اين موتور حدود 10 مگاوات خواهد بود، بازده كل مجموعه حدود 88% مي‌رسد.

انتقال آب گرم
برای انتقال آب گرم از خطوط لوله خاصي استفاده می شود. اين خطوط برای حداكثر فشار عملياتي bar 16 طراحی شده اند و به سنسورهای نشت ياب مجهز هستند. اين خطوط بطور كلی با خطوط انتقال آب يا گاز طبيعي تفاوت دارند و به گونه ای طراحی شده اند كه حداكثر مقاومت حرارتي و ايمنی را داشته باشند. معمولاً برای جلوگيری از نشتي و كنترل دقيق از يك سيستم مانيتورينگ كامپيوتری استفاده می شود. با استفاده از سيستم مانيتورينگ امكان يافتن سريع محل خرابی و تسريع در برطرف نمودن آن فراهم می 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 انرژی- وزارت نيرو- 1382.
4- برنامه 25 ساله عرضه انرژی در كشور- گروه عرضه- دفتر برنامه ريزي انرژی- معاونت امور انرژی- 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 109

تلفن: 44277189 (021)

فکس: 44387366 (021)

پست الکترونیک: info@iranhsk-co.com

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

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