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/