میکرو توربین یک تکنولوژی به بلوغ رسیده،قسمت اول

استفان ژیلت معاون مدیرعامل شرکت کپستون

مترجم: رضا کیانی موحد

میکروتوربینهای امروزی با توان 200 تا 250 کیلووات تکامل یافته ی میکروتوربینهای اولیه با توان 30 تا 70 کیلووات هستند. امروزه پکیجهایی با توان 1 مگاوات ساخته شده اند که می توان توسط آنها واحدهای تولید نیرو به توان 5 تا 10 مگاوات را راه اندازی کرد. این پکیجهای با سیستمهای حفاظتی دیجیتال، سنکرونیزم، تجهیزات کنترلی به صورت یکپارچه عرضه می شوند و دارای بازده حرارتی و الکتریکی بالایی هستند و می توانند با انواع سوخت ها کار بکنند.

میکروتوربینها یک تکنولوژی نسبتا جدید در حوزه ی تولید انرژی هستند. بنابراین سوالات خریداران بالقوه، مهندسین، تولید کنندگان قطعات و سازمانهای دولتی درباره ی کارآیی آنها و تفاوت آنها با روشهای سنتی تولید برق نباید غافلگیرکننده باشد. در این مقاله برای پاسخ به این سوالات مشخصات اصلی میکروتوربینها توضیح داده شده اند و چند مثال از اینکه چگونه آنها در دنیای واقعی به کار برده می شوند آورده شده است.

 

1- بازدید ساده: یک میکروتوربین 65 کیلووات کپستون در حال بازدید توسط متخصصین فنی

ساختمان نوعی یک میکروتوربین

میکروتوربینها یک نوع ساده از توربینهای گازی هستند که دارای یک کمپرسور محوری و توربین بوده و اغلب هر کدام دارای یک طبقه می باشند. آنها نوعا از انرژی گازهای خروجی برای پیش گرم کردن هوای ورودی استفاده می کنند تا در مقایسه با یک ماشین حرارتی معمولی بازده الکتریکی بالاتری داشته باشند. مبدل حرارتی هوا-هوا به نام "بهبوددهنده" نامیده می شود و تمامی سیستم نوعا یک سیکل بهبودداده شده نام دارد.

تصویر2 یک نمای برش خورده از داخل یک میکروتوربین 65 کیلووات کپستون و اجزای داخلی آن را نشان می دهد. این مجموعه اغلب یک "توربوژنراتور" نامیده می شود چرا که میکروتوربین به یک ژنراتور وصل شده است. شفت توربین، کمپرسور و ژنراتور با سرعت 96000 دور/دقیقه می چرخند. بنابراین خروجی ژنراتور یک موج سینوسی فرکانس بالا است که باید برای تبدیل به فرکانس برق شهر (50 یا 60 هرتز) از فرکانس خروجی کاسته شود.

 

2- نمای داخلی یک توربوژنراتور کپستون.  هوای محیط در کمپرسور فشرده می شود، سوخت در محفظه ی احتراق به آن تزریق شده و با سوخت آن درجه حرارت هوا بالامی رود. گازهای پرفشار خروجی از توربین می گذرند و گشتاور خروجی را ایجاد می کنند. مبدل حرارتی حرارت گازهای خروجی را برای گرم کردن هوای ورودی بکار می برد تا مصرف سوخت کم شود و بازده بالا برود.

میکروتوربینها در مقایسه با توربینهای گازی متعارف با اندازه ی برابر بازده الکتریکی بالاتری دارند. بهبود دهنده ،که مقداری از انرژی گازهای خروجی را دوباره به پروسه ی تولید گازهای داغ بازمی گرداند، بازده آن را بالا می برد. تصویر 3 مشخصات چند میکروتوربین رقیب موجود در بازار و چند توربین گازی معمولی بزرگتر را نشان می دهد. توجه کنید که میکروتوربینها تا حدود 5 مگاوات بازده بالاتری دارند ،که تقریبا هم اندازه ی اولین توربین گازی معمولی استفاده کننده از بهبود دهنده(توربین سولار مدل مرکوری) می باشد.

 

3- مقایسه ی بازده: بازده الکتریکی چند توربین و میکروتوربین موجود در بازار

به هرحال، بازده بالا(20 تا 30 درصد) همیشه دلیل کافی اقتصادی برای سرمایه گذاری جدید در کاربردهای تجاری ،جایی که سوختهای متعارف خریداری می شوند و هزینه ی تولید باید با توان تولید شده مقایسه شود، نیست. مزیت میکروتوربینها در تولید همزمان گرما و انرژی   (CHP)یا تولید همزمان سرما،گرما و انرژی (CCHP)  ،جایی که گرمای خروجی بازیافت شده و دوباره استفاده می شود، می باشد.

ارزش اولیه میکروتوربینها برای بیشتر خریداران توانایی آنها برای کاهش هزینه ی تولید انرژی است. علاوه بر استفاده از روشهای تحلیل سرمایه ی استاندارد برای تخمین هزینه ها، میکروتوربینها اغلب برای مشوقهای مالی حکومتی ،هنگامی که از سوختهای تجدیدپذیر استفاده می کنند،  مطلوب هستند. همچنین بسیاری از کشورها برنامه های تخفیفی برانگیزنده ای برای تحریک خریداران به روشهای تولید انرژی پاک و با بازده بالا درنظرگرفته اند.

اگرچه یک بازگشت سرمایه ی جذاب همیشه برای جلب توجه خریداران لازم است اما ،همانطور که در زیر ملاحظه خواهید کرد، چند تولید کننده ی مطرح بازار چگونگی گسترش سریع میکروتوربینها را شرح خواهند داد.

میکروتوربینها محدودیتهای آلودگی هوا را رعایت می کنند

هر روزه کشورهای بیشتری درباره ی کنترل آلودگی هوا قوانین سختگیرانه تری ،مانند سطوح آلودگی هوا که توسط هیئت مدیره ی منابع هوای کالیفرنیا (CARB) تصویب شد، وضع می کنند. این امر بدان معنی است که روشهای تولید جایگزین مانند ژنراتورهایی با موتور جبران کننده، اغلب باید فیلترهایی در اگزوز خود نصب کنند. چند کارخانه ی ساخت میکروتوربین با قوانین کالیفرنیا خود را تطبیق داده اند بدون اینکه از فیلترهای اکتیو در خروجی گازها استفاده کنند که صرفه جویی زیادی را برای خریدار در برداشته است.

یکی از مزایای میکروتوربینها ظرفیت آنها برای رسیدن به سطوح بالای استانداردهای آلودگی هوا است. اتکاء بر اختلاط مواد سوختی قبل از ورود به مرحله ی احتراق مقدار خروجی اکسیدهای نیتروژن، مونوکسیدکربن و هیدروکربنهای نسوخته را ،که اغلب با گازهای ترکیبی آلی اندازه گیری می شوند، کاهش می دهد.

برای مقایسه ی بهتر یک انجین گازی با مخلوط کردن سوخت پیش از احتراق، نصف یک ژنراتور معمولی نیروگاهی اکسیدهای نیتروژن تولید می کند. میکروتوربین 65 کیلوواتی کپستون (با نرخ تولید حرارت 11800 Btu/kWh LHV) در حدود 9 ppmvd اکسیدهای نیتروژن ،قسمت کوچکی از آلودگی یک توربوژنراتور نیروگاهی، تولید می کند.

در مجموع، میکروتوربینها بازده بیشتری دارند بدون اینکه به فیلترهای گران فعال نیاز داشته باشند. آلودگی کمتر کلید فهمیدن این نکته است که چرا شرکتهای نفت و گازی ،که به دنبال اکتشاف نفت از لایه های ماسه ای هستند، 10 دستگاه میکروتوربین کپستون سی.65 با آلودگی کم در ماه آگوست سفارش داده اند تا از آنها را به عنوان تولیدکننده ی اصلی انرژی در تأسیسات خود در ایگل فورد(جنوب تگزاس) سفارش بدهند.

منبع

http://www.powermag.com/microturbine-technology-matures/

بازگشت منابع ذخیره هوای متراکم؛قسمت سوم

سونال پاتل

15 اکتبر 2008

منبع ذخیره هوای متراکم زیرآبی

در ابتدای امسال، غول انرژی آلمان شرکت ئی.اون به سیماس گاروی ، یک پرفسور دانشگاه ناتینگهام، 333500 دلار برای ساخت دو نمونه آزمایشی منبع ذخیره هوای فشرده پرداخت کرده است. نمونه اول بر روی خشکی نصب می شود و نمونه دوم زیر آب نصب شده و از انرژی امواج قدرت می گیرد. گاروی ،که به ایده"مهندسی فراوانی" می اندیشد، در خیالش تعداد زیادی از مخازن ذخیره هوای فشرده در زیر دریا را در ظرف بزرگ مخروطی شکل انعطاف پذیر ،که "کیسه انرژی " نام گرفته است، تصور می کند.

ماشینهای انرژی تجدیدپذیر باید انرژی را به صورت هوای فشرده ذخیره کنند، سپس اگر انرژی در دسترس بیشتر از تقاضای برق در آن زمان بود، مقداری از هوا ذخیره می شود اما گرمای آن گرفته می شود و به یک قسمت اندک از هوا که منبسط می شود داده می شود. گراوی می گوید که این پیش فرض که "نیروگاه بادی، یا "نیروگاه جذر و مدی"، یا "نیروگاه موجی" یا مجتمعی از این نیروگاه ها می توانند "توان پایه" را در بیشتر زمان تحویل دهند.

گراوی محاسبه کرده است که در عمق حدود 600 متر کیسه های انرژی می توانند در حدود 6945 مگاوات ساعت انرژی را در هر متر مکعب ذخیره کنند. نمونه های ساخت او در حال توسعه هستند و در ابتدای سال آینده برای آزمایش آماده هستند.

موتورهای هوای فشرده

در همین اواخر هوای فشرده به دلیل توانایی اش در به حرکت در آوردن موتورهای کوچک مورد توجه قرار گرفته است. خودرو هوایی، که توسط گروه سرمایه گذاری ام.دی.آی در لوکزامبورگ و یکی از مهندسین سابق فرمول یک به نام گای نگره توسعه یافته است، به وسیله یک موتور که از هوای فشرده استفاده می کند (CAE)حرکت می کند. این خودرو از هوای فشرده برای حرکت دادن پیستونهایش استفاده می کند و می تواند به سرعت 56 کیلومتر/ساعت برسد. در سرعت های بالاتر ، این خودرو می تواند به سرعت 145 کیلومتر/ساعت برسد، هوای فشرده قبل از ورود به پیستون به وسیله یک منبع سوختی ثانویه (سوخت زنده، بنزین یا گازوئیل) گرم  و منبسط می شود. ادعا می شود که بازده این ماشین در حدود 100 مایل بر گالن است. هوا به وسیله یک کمپرسور الکتریکی خارجی فشرده می شود.

بر اساس اظهارات معاون مدیرعامل ام.دی.آی ،شوا ونکات، یک خودرو شش نفره خانوادگی با موتور هوا برای بازار آمریکا تا سال 2010 در حال ساخت است(تصویر-2). این خودرو قیمتی در حدود 18000 دلار خواهد داشت.

 

تصویر2- موتور بدون آلودگی. نصب شده بر روی یک خودرو چهار در برای بازار آمریکا.

در ابتدای امسال، شرکت تاتاموتور هندوستان ادعا کرد که تا پایان امسال قصد دارد یک خودرو مجهز به موتور هوای فشرده را در بازار این کشور عرضه کند. اما در ماه آگوست تاتا به روزنامه های هندوستان اعلام کرد که تکنولوژی این خودرو هنوز در مراحل اولیه طراحی است و عرضه این خودرو در آینده نزدیک صورت خواهد گرفت.

 منبع

http://www.powermag.com/issues/departments/global_monitor/The-return-of-compressed-air-energy-storage_1443_p3.html

بازگشت منابع ذخیره هوای متراکم؛قسمت دوم

سونال پاتل

15 اکتبر 2008

ترجمه رضاکیانی موحد

منابع ذخیره هوای متراکم در نیروگاه های بادی

در این اواخر، با رشد ظرفیت تولید انرژی برق از باد، منابع ذخیره هوای متراکم به عنوان یک وسیله مدیریت بار و همچنین به دلیل ظرفیتی که به عنوان یک منبع مستقل انرژی برای ذخیره انرژی های دور دست ، ظرفیت پرداخت  و خدمات فرعی دارند دوباره مورد توجه واقع شده اند.

در ماه ژوئن، ساندیا اعلام کرد که با همکاری کمپانی خدمات عمومی نیومکزیکو در حال توسعه یک پارک ذخیره انرژی در یک آبخیز در نزدیک دس موینز آیوا و بیش از 100 تأسیسات شهری در آیوا، مینه سوتا و داکوتا است. پارک ذخیره انرژی آیوا (ISEP, www.isepa.com) یک نیروگاه 269 مگاوات با ذخیره هوای فشرده به همراه 50 ساعت انرژی ذخیره شده می باشد.بر اساس تخمین ساندیا، با استفاده از توان زیاد نیروگاه آیوا، این نیروگاه می تواند برای تأمین 20 درصد انرژی یک شهر نوعی بکار رود و بیش از 5 میلیون دلار صرفه جویی به همراه داشته باشد.

مدیر پروژه پارک ذخیره انرژی آیوا ،گئورگیان پیک، می گوید که انتظار می رود این پروژه تا سال 2012 ،که نسبتا زمان زیادی است، عملیاتی شود. تا ماه ژوئن دست اندرکاران این طرح ( بر اساس آزمایش های لرزه نگاری انجام شده) 95 درصد مطمئن بودند که مسیر درستی را انتخاب کرده اند،مدلسازی های کامپیوتری را انجام داده اند و اطلاعات را از یک سایت مشابه جمع آوری کرده اند. تابستان امسال، تیم طراحی برنامه ریزی کرد تا یک تحلیل از مکانیک صخره های محل نیروگاه ( شبیه مطالعه که در سال 2000 برای یک منبع ذخیره هوای متراکم 2700 مگاواتی در نورتون اهایو انجام شد) انجام دهند. ساندیا می گوید که پروژه هنوز در حال توسعه است.

ساخت یک منبع ذخیره هوای متراکم

در همین حال ، در ماه آگوست، گروه سرمایه گذاری خدمات عمومی نیوجرسی (PSEG) اعلام کرد که یک منبع ذخیره هوای متراکم برای استفاده داخلی را آزمایش کرده و به این نتیجه رسیده است که پتانسیل آن برای بازاریابی و توسعه به عنوان یک تکنولوژی به اندازه کافی بزرگ است و می تواند در اختیار صنعت برق قرار گیرد.

کمپانی اعلام کرده است که سرمایه گذاری مشترک بین یکی از شرکتهای زیرمجموعه آن و دکتر میکائیل ناخامین ، یک مهندس حرفه ای و متخصص بازگشت منابع ذخیره هوای متراکم که کارنامه اش شامل یک نقش پیشرو در طراحی و اجرای فنی نیروگاه مک اینتاش آلاباما است. PSEG 20 میلیون دلار را صرف این پروژه مشترک ذخیره انرژی و قدرت ال.ال.سی (ES&P) خواهد کرد و در طی 3 سال این پروژه می تواند یک نمونه پیشرفته منبع ذخیره هوای متراکم پیشرفته که توسط دکتر ناخامین توسعه یافته به همراه درسهای آموخته شده و تجربیات عملیاتی کسب شده از نیروگاه آلاباما باشد. ES&P همچنین کارایی منبع ذخیره هوای متراکم را بهینه خواهد کرد و پشتیبانی فنی برای طراحی، توسعه و فرآیند ساخت پروژه منبع ذخیره هوای متراکم را تهیه خواهد کرد.

بر طبق اظهارات ناخامین ، در مقایسه با نیروگاه آلاباما، این نسل دوم تکنولوژی منبع ذخیره هوای متراکم رشدیابنده تر است و نسبت به دیگر تکنولوژیهای ذخیره انرژی هزینه پایین تری در هر مگاوات توان دارد. این تکنولوژی همچنین نرخ پاسخ توان سریعتری دارد که برای پایداری شبکه های قدرت حیاتی است. این پروژه ها می توانند همچنین از اجزای استاندارد بیشتری استفاده کنند که سبب می شود نیروگاه ،بسته به معدنی که برای ذخیره در زیر خاک مورد نیاز است، ارزانتر تمام شود.

ناخامین می گوید که از نظر فنی، زیست محیطی و اقتصادی زمان مناسبی برای توسعه چنین نیروگاه هایی است. او اضافه می کند که ذخیره انرژی قطعه گم شده مهمی از معمای برنامه ریزی شبکه های قابل اعتماد است و تکنولوژی ذخیره هوای متراکم وی به نقطه ای خواهد رسید  که قابل استفاده باشد.

 منبع

http://www.powermag.com/issues/departments/global_monitor/The-return-of-compressed-air-energy-storage_1443_p2.html

بازگشت منابع ذخیره هوای متراکم؛قسمت اول

سونال پاتل

15 اکتبر 2008

مترجم رضا کیانی موحد

در مواجه با قیمت رو به رشد انرژی، محققین در اطراف جهان به منابع ذخیره هوای متراکم (CAES) ، یک تکنولوژی با قدمت 50 سال، را گرد و خاک زدوده اند و با درخشش آن به آن عمری دوباره بخشیده اند. به ویژه، آنها این تکنولوژی را به عنوان جزئی اصلی از جابجایی انرژی باد ودیگر منابع قابل تجدید انرژی می نگرند.

رد پای این تکنولوژی ،که بر پایه ذخیره انرژی تولید شده در ساعت کم باری به صورت هوای متراکم در مخازن زیرزمینی می باشد، را می تواند تا دهه 60 میلادی دنبال کرد، زمانی که ارزیابی توربینهای گازی به عنوان تولید کننده قدرت آغازشد. این روش در دهه بعدی مورد استفاده قرار گرفت چرا که بازده حرارتی خوبی داشت و برای پخش بار و کنترل پیک بار ظرفیت مناسبی ایجاد می کرد.

اما از زمان به خدمت درآمدن تنها دو کارخانه تولید هوای فشرده جهان ، کارخانه 290 مگاوات هانتورف در شمال آلمان در سال 1978 و کارخانه 110 مگاوات آلاباما در سال 1991، توسعه این تکنولوژی به ندرت انجام گرفته است.

یک دلیل این امر آن است که ساخت یک کارخانه تولید هوای فشرده پرهزینه و نیازمند یافتن زمینی با شرایط زمین شناسی مناسب می باشد. برای مثال هر دو کارخانه آلمان و آلاباما هوای فشرده را در تونلهای معادن نمک ذخیره می کنند.

کارخانه های هوای فشرده مانند باتری های بزرگ عمل می کنند. موتورهای الکتریکی بزرگ کمپرسورهایی را می گردانند که هوای فشرده را (در حدود 1100 پی .اس.آی) در ساعات کم باری به مخازن زیرزمین می رانند. زمانی که الکتریسیته بیشتری مورد نیاز باشد، هوای فشرده شده (ضرورتا جایگزین کمپرسور در توربین های گازی سنتی) برای بهبود عملکرد توربینهای گازی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود(تصویر1). گاز طبیعی یا دیگر سوختهای فسیلی هنوز برای بکار انداختن توربینها مورد نیاز هستند اما بر اساس گزارش آزمایشگاه ملی ساندیا فرآیند تولید برق در این وضعیت کارایی بهتری دارد و مصرف گاز طبیعی را بیش از 50 درصد کاهش می دهد.

تصویر1- یک تصویر هنرمندانه از ذخیره انرژی در ساعت کم باری به صورت هوای فشرده در مخازن زیر زمینی و استفاده از آن در ساعت پیک بار.

منبع

http://www.powermag.com/issues/departments/global_monitor/The-return-of-compressed-air-energy-storage_1443.html