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/

قطع و وصل کنتاکتور به صورت تک ضربه ای

مداری که بتواند یک کنتاکتور را تنها با یک پوش باتون قطع و وصل کند از سوالاتی است که در بسیاری از هنرستانها و یا دانشگاه ها مطرح می شود. طرح این مدار با توجه به خصوصیات ذاتی کنتاکتورها (که قطع و وصل بوبین آنها سبب قطع و وصل کنتاکتور می شود) نیاز به اضافه کردن دو کنتاکتور دیگر به عنوان حافظه دارد.
کنتاکتور اصلی مدار کنتاکتور1 می باشد که برای وصل آن از کنتاکتور3 ( والبته کنتاکت نگهدارنده ی خودش) و برای قطع آن از کنتاکتور2 استفاده می کنیم. حال با وصل کلید به صورت لحظه ای کنتاکتور 3 برقدار شده و کنتاکتور2 را قطع می کند و کنتاکتور اصلی را روشن می کند.
روشن شدن کنتاکتور1 سبب از مدار خارج شدن کنتاکتور3 و آماده شدن کنتاکتور2 برای فرمان گرفتن می شود. دست آخر با فشردن دوباره ی پوش باتن این بار بوبین کنتاکتور2 برقدار شده و کنتاکتور 1 را قطع می کند.

شبیه سازی شده ی این مدار را توسط نرم افزار EKTS می توانید در فایل زیر ببینید.

استفاده از لامپهای ال.ئی.دی =افزایش روشنایی و کاهش هزینه نیروگاه

استیو بورات

مترجم: رضا کیانی موحد

نیروگاه ذغالی دراکس یک نیروگاه 3960 مگاواتی در شمال یورکشایر انگلستان است. 3 فاز اولیه ی آن در سال 1974 و فازهای 4 تا 6 در سال 1986کامل شدند. یک شبکه ی 24*7 تایی از لامپهای بخارسدیم روشنایی داخلی کارخانه را تأمین می کردند که رو به خرابی گذاشته بودند. تعمیرات این لامپها سخت بوده و گرد و خاک زیاد نظافت آن را به معضلی تبدیل کرده اند. محدودیت دسترسی بازدیدهای 6 ماهه را با مشکل مواجه کرده و جایگاه نصب لامپها در طی بازدیدها و تعمیرات قبلی آسیب دیده اند. تعویض لامپهای بخار سدیم زمان زیادی می برد و پیدا کردن جایگزینی برای این لامپها که کیفیت بهتر و قابل اتکاتر باشند لازم به نظر می رسید.

لامپهای ال.ئی.دی

لامپهای ال.ئی.دی توسط یکی از برقکاران شرکت روشنایی هادار ،که در یک روز بازدید عمومی از تأسیسات دراکس بازدید می کرد، پیشنهاد شدند. پس از بررسی های بیشتر دراکس از هادر  یک پیشنهاد برای بهبود وضعیت روشنایی داخل کارخانه درخواستکرد.

تیم طراحی هادر پیشنهاد کرد که 20 عدد از لامپهای 400 وات سقفی و 30 عدد لامپ 70 وات دیواری را با 20 عدد لامپ 160 وات ال.ئی.دی و 15 نورافکن ال.ئی.دی 100 وات تعویض شود. آنها اطمینان دادند که طرح جدید بسیار بهتر از سیستم روشنایی قبلی خواهد بود و دراکس با طرح آنها موافقت کرد.

دو هفته بعد لامپها و نورافکنهای جدید تعحویل داده شدند. نصب آنها نیاز به کار در بالاسر کوره های زغال سنگ داشت که مقدار زیادی گرد و خاک ایجاد می کردند. به خاطر خطرات داربست زدن بر روی تأسیسات تیم نصب از یک بالابر قیچی شکل برای نصب لامپها استفاده کرد. نصب همه چراغها با استفاده از این روش تنها 6 روز طول کشید.

صرفه جویی در پول و در وقت

اگرچه دراکس برق مورد نیازش را خودش تولید می کند اما بازده بالا از اهداف دراکس است. با کاهش کلی تعداد نورافکنها از 50 به 35 و کاهش مصرف از 11050 وات به 4700 وات دراکس می توانست مصرف خود را پایین بیاورد. لامپهای ال.ئی.دی حرارت کمتری از لامپهای بخارسدیم تولید می کنند و با پره هایی که نقش هیت سینک را بازی می کنند این حرارت را از دست می دهند. طراحی سوراخهایی بر روی بدنه ی نورافکن ها یک جریان هوا مانند دودکش را ایجاد می کند. این جریان هوا علاوه بر خنک کردن تجهیزات روشنایی به نظافت گردوخاک ذغال سنگ ،که بر روی لامپها می نشیند، نیز کمک می کند. لامپهای ال.ئی.دی 5 سال گارانتی دارند و سوختن آنها کمتر اسباب نگرانی می شود و برنامه ی تعویض آنها می تواند به دقت طراحی شود.

لامپهای بخارسدیم قدیمی در کارخانه دراکس

لامپهای ال.ئی دی نصب شده در همان کارخانه

منبع:

http://www.powermag.com/led-lighting-improves-visibility-saves-money-power-plant/

یک طرح کمیاب برای باتری شارژر

رضاکیانی موحد

اغلب تجهیزاتی که از ترانسفورماتورها استفاده می کنند این وسیله را در ناحیه ی خطی منحنی هیسترزیس بکار می برند. در طرح باتری شارژر زیر از دو عدد ترانسفورماتور استفاده شده است. ترانسفورماتور اول (T1) یک ترانسفورماتور سروسط است که برای تغذیه یکسوساز (دیودهای D1,D2) مدار بکار برده شده است. اما ترانسفورمارتور دوم (T2) در ناحیه پاشنه منحنی هیسترزیس کار می کند. هر دو ترانسفورماتور با هم سری شده اند. با این ابتکار ترانسفورماتور T2 برای کنترل جریان شارژ باتری های وصل شده به خروجی مدار یکسوساز بکارمی رود.

همانطور که گفته شد مداراین باتری شارژر از یک یکسوساز-شارژر و یک تنظیم کننده ی جریان شارژ تشکیل شده است. مدار یکسوساز به خروجی ترانسفورماتور T1 وصل شده و با استفاده از دو دیود قدرت (دیودهای D1,D2)  خروجی ترانسفورماتور را یکسوکرده و به دو سر باتری می رساند.

تنظیم کننده ی جریان شارژ عبارت است از T2  که سیم پیچ اولیه ی آن با اولیه ی ترانسفورماتور T1 به صورت سری قرار گرفته است.اندازه ی شارژ زمانی که T2 به اشباع می رسد کنترل می شود. ولتاژ دو سر باتری توسط  دیود زنرD4 متصل به آن اندازه گیری می شود. یک مقسم ولتاژ در خروجی یکسوساز نصب شده است که ولتاژ مرجع برای دیود زنر را فراهم می کند. دیود زنر به پایه بیس ترانزیستور Q1 متصل شده است و ترانزیستور به عنوان شنت T2 عمل می کند.

هنگامی که باطری کاملا خالی باشد ولتاژ آن پایین است و جریانی که از T2 کشیده می شود سبب اشباع شدن هسته ی T2 می شود. امپدانس T2 به دلیل اشباع شدن آن کم می شود و  در نتیجه ولتاژ بیشتری بر روی اولیه ی ترانسفورماتور T1 می افتد و باتری ها با شدت بیشتری شارژ می شوند. هنگامی که ولتاژ باتری در اثر شارژ شدن زیاد می شود مدار تنظیم کننده ی جریان شارژ وارد عمل شده تا میزان جریان شارژ را کم کند. با رسیدن ولتاژ باتری به مقدار ولتاژ مورد نیاز، دیود زنر بیس ترانزیستور را فعال می کند و جریان به جای عبور از T2 از ترانزیستور موازی آن عبور می کند. T2 در نتیجه ی کاهش جریان از حالت اشباع درمی آید و امپدانس آن بالا می رود. درنتیجه، ولتاژ اولیه ی ترانسفورماتور T1 شروع به کاهش می کند و جریان شارژ باتری ها کم می شود.