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

استفاده از توربینهای بادی شناور در اقیانوس اطلس

سونال پاتل

فوریه 2012

در نوامبر سال قبل یک ساختار نیمه شناور به عنوان پایه ای برای یک توربین بادی به قدرت 2 مگاوات در حدود 350 کیلومتر یدک کشیده شد تا به آبهایی با عمق 35 متر در اقیانوس اطلس برده شود و در سواحل آگوخادورای پرتغال نصب شود(تصویر-1). اگرچه پروژه توربین شناور به چند پروژه در دست توسعه مشابه دیگر متصل است به خاطر امکانات نوینی که در بهره برداری از بادهای فلات قاره در خطوط ساحلی بزرگ و عمیق ارائه می کند می تواند در جلب توجه در حوزه انرژی بادی موثر باشد.

تصویر1- پروژه توربین شناور

پروژه توربین شناور توسط شرکایی از کنسرسیوم ویند پلاس شامل شرکت پرینسیپل پاور (واقع در سیاتل)، انرژیاس دی پرتغال، آ سیلوا ماتو، وستاس ویند سیسیتمز، انوو کاپیتال و فوندو دی آپیو آ اینواخائو توسعه یافته است. گزارش شده که بیش از 60 فروشنده اروپایی در سوارکردن، نصب و تحویل ابتدایی این توربین بادی 80 ولتی در کارخانه لیسناوه ، نزدیک ستوبال پرتغال، مشارکت داشته اند.

پس از آن ،بنا به گفته پرینسیپل پاور، تمامی مجموعه بدون استفاده از جرثقیلهای سنگین دریایی به میان آبهای اقیانوس یدک کشیده شده است. از ژانویه به بعد دست اندرکاران این توربین شناور آن را آزمایش کرده و عملیات راه اندازی آن را انجام داده اند که این فعالیتها شامل آزمایشهایی در زمینه بهره برداری و رسیدن به ظرفیت نهایی می شود.

این پروژه نه اولین توربین بادی شناور است و نه بزرگترین آنها. در ماه ژوئن 2009 شرکت زیمنس انرژی و شرکت نروژی استات اویل یک توربین بادی شناور 2.3 مگاواتی را در 12 کیلومتری ساحل و در عمق 220 متری دریای شمال نصب کردند.  این پروژه در حال بهره برداری است و اخیرا استات اویل درخواست اجاره یک مکان برای یک پروژه آزمایشی شناور در خلیج ماین را به دفتر مدیریت انرژی اقیانوس آمریکا داده است.

اما چه چیزی توربین شناور را از پروژه های دیگر متمایز می کند؟ توربین شناور بر خلاف های ویند استات اویل که اساسا شبیه یک بویه (یک تیر که با سه کابل به کف دریا بسته شده) است یک ساختار نیمه شناور دارد که توسط 4 تا 6 کابل به کف دریا بسته شده است و بیشتر شبیه یک سه پایه عمل می کند. توربین شناور همچنین در این نکته متمایز است که می تواند به خارج دریا کشیده شود یا در آبهای کم عمق تر (بین 30 تا 50 متر) بکارگرفته شود.

توربین شناور با صفحات محصور کننده ای که آب را به دام می اندازند در هر پایه اش مجهز شده است که تأثیرات جریانات گردابی را کاهش می دهند. همچنین این سیستم یک بدنه حلقه بسته قابل تنظیم را ارائه می کند که می تواند نیروی ناشی از باد را کاهش دهد و فواید زیادی در هنگامی که سرعت و جهت باد عوض می شود دارد. تمام مجموعه توسط اجزای متعارف ،شامل زنجیرها و کابلهای پلی استر و لنگرهای پیش دفن شده کاهش دهنده پسا، به کف دریا متصل می شود. ستیزه هایی که می توند اسباب زحمت طرح شوند شامل قیمت فولاد بکار رفته و شبکه اتصال است.

تولیدکنندگان طرح می گویند که با وجود اینها، سادگی و طراحی اقتصادی می تواند صنعت انرژی فلات قاره ای را تقویت کند. آنتونیو ویدیگال ، مدیر اجرایی فوندو دی آپیو آ اینواخائو، می گوید:" اعماق اقیانوس جبهه بزرگ بعدی در حوزه انرژی است." او پروژه توربین شناور را یکی از تکنولوژی های قابل اعتماد می داند و اضافه می کند:" تکنولوژی توربینهای بادی فلات قاره ای ، به ویژه این پروژه، به ما اجازه خواهند داد تا بادهای قوی تر و پایدارتر را مهار کنیم و در میان مدت انرژی قابل توجهی را به شبکه های خود تحویل دهیم. امروزه زمان آزمایشهای گسترده و معتبرسازی است، پیشروی در توسعه این تکنولوژی قابل اتکا."

منبع

http://www.powermag.com/renewables/wind/4319.html

کنترل ولتاژ محورها؛ قسمت دوم

جیمز اس. بوثول

15 می 2007

رضاکیانی موحد

باتری هایی که به حساب نمی آیند

آیا توربین ژنراتور شما مانند باتری عمل می کند؟ احتمالا نه، اما یک "باتری متناوب" یا به عبارت دیگر یک پتانسیل متناوب بر روی محور بین ژنراتور و اکسایترهای بدون زغال توربینهای کوچک یا تمامی محور اکسایتر های بدون زغال توربینهای بزرگ وجود دارد.

یک مورد تاریخی دیگر را درنظر بگیرید. ولتاژ متناوب بر روی پایه بیرینگ یک ژنراتور 800مگاواتی توسط یک اهم متر دستی 40 ولت اندازه گیری شده است. در زمان نصب، یک ذغال متحرک به انتهای محور بسته شد و یک آمپرمتر جریان پایه بیرینگ به زمین را اندازه گیری کرد. زمانی که ذغال به پایه بیرینگ می چسبید 150 آمپر جریان نشان داده می شد. این جریان می تواند هر فیوزی را ذوب کند.

به عنوان یک موضوع عملی، از اندازی گیری جریان اکسایترهای بدون زغال پرهیز کیند. همچنین، سعی نکنید که محور را در فاصله بین ژنراتور و اکسایتر یا محور اکسایتر را زمین کنید. عایق سازی بین بیرینگ ها و بدنه دستگاه و عایقسازی کوپلینگ ها تنها را حل مشکل "باتری های متناوب" هستند.

وی.اف.دی ها؛ یک مورد ویژه

پایین بیرینگها و چرخدنده های بعضی تجهیزات دوار می توانند خراب و بدشکل شوند حتی اگر آنها قسمتی از قطعات متحرک نباشند. در واحدهای جدید وی.اف.دی (variable-frequency-drive) ،که از کنترلهای حالت جامد برای کاهش نویز در زمان کلید زنی و گرفتن بر روی محور استفاده می کنند، سیگنالهای سوزنی می توانند مسیرشان را به سمت زمین از طریق بیرینگهای محور ببندند. تولید کنندگان موتور اولین کسانی بودند که این پدیده را کشف کردند و با عایق کردن هر دو بیرینگ به این مشکل پاسخ گفتند. تولید کننده های گیربوکس در مرحله بعد متوجه مشکل شدند اما زمان بیشتری طول کشید تا آن را اصلاح کنند.

در یک مورد، لرزش بر روی توربینی که کمتر از شش ماه کار کرده زیاد شده است. این مجموعه شامل یک توربین بخار، یک کوپلینگ عایق شده، یک گیربوکس، یک کوپلینگ عایق شده دیگر، یک کمپرسور چند مرحله ای و یک ژنراتور با اکسایتر بدون زغال بود. زمانی که لرزش محور زیاد شد مجموعه برای بررسی وتعمیر متوقف شد. گزارش شد که بیرینگهای توربین دچار خوردگی شده و ناچار شدند که آن را عوض کنند. زمانی که واحد دوباره راه اندازی شد گزارش شد که وضع دستگاه اتصال به زمین محور به سرعت خراب شده و نمی تواند ولتاژ محور را نزدیک صفر نگه دارد. نصب یک زمین ساز تسمه ای الکتریسیته ساکن روی محور را تا 0.01 ولت پایین آورد.

ظاهرا تولیدکنندگان گیربوکس یا کوپلینگهای عایق شده را در هر دو محور ورودی و خروجی گیربوکسها نصب کرده اند یا بر نصب آن در زمان تعمیرات اصرار می ورزند. در این صورت، الکتریسیته ساکن توربین بخار ناشی از زمین شدن ناقص مسیرش را به بدنه توربین از طریق بیرینگهای توربین می بندند و از میان بیرینگها یا چرخدنده های گیربوکس عبور نمی کند.

کوپلینگ عایق شد باید بین محور چرخنده توسط واحد وی.اف.دی و اجزای پایین تر ، به علاوه بین واحد تولید کننده الکتریسیته ساکن و اجزای پایین تر نصب شود. این امر به ویژه برای گیربوکسهای مخصوص یا تجهیزاتی که از رول بیرینگ یا بال بیرینگ استفاده می کنند لازم است.

بعضی استفاده کنندگان از وسیله زمین کننده بر روی محور که توسط واحد وی.اف.دی به حرکت درمی آید استفاده می کنند تا از آسیب دیدن بیرینگهای پس از آن جلوگیری کنند. در هر صورت، این وسیله از آسیب دیدن بیرینگ های قبل از آن جلوگیری نمی کند. می دانیم که خواه تجهیزات زمین کردن خواه تجهیزات اندازه گیری ولتاژ محور درست عمل نکنند عملکرد نهایی مورد تأیید نخواهد بود.

روشهای دیگری برای تولید یک ولتاژ در محور یا جریان محور به زمین شناخته شده اند. این راه ها عبارتند از: مدارهای نامتعادل در موتورهای یا ژنراتورها (که توسط جریانهای گردابی در استاتور ایجاد می شوند)، میدان های مغناطیسی نامتعادل در روتور ژنراتورها (که توسط جریانهای گردابی در روتور ایجاد می شوند) و سوختن دیودهای اکسایترهای بدون زغال یا اکسایترهای ساکن. راه های مقابله با این موارد را باید خود جستجو کنید.

زمین شدن مناسب

اگرچه دو واژه "زغالهای زمین کردن" و "وسایل زمین کردن" به یکی معنی به کار می روند در حقیقت نامهایی بی مسما هستند. هر کدام از آنها به یک منظور استفاده می شوند. رساندن الکتریسیته ساکن از محور توربین به بدنه توربین و نه زمین نیروگاه.

مواردی هست که افراد در یک نیروگاه سیمهای زغالهای زمین کردن توربینهای بخارشان را به زمین نیروگاه وصل کرده اند. دوستی آنها دوستی خاله خرسه بوده است. به این دلیل که زمانی که جرقه یا قوس الکتریکی بین روتور و بیرینگها یا نشدبندها زده می شود جریان باید مستقیما از محور به بدنه توربین برود. وسیله زمین کردن در اتصال با روتور باید اول به بدنه متصل شود. در قدم بعدی این اتصال باید به زمین نیروگاه متصل گردد.

چند وسیله زمین کردن به صورت تجاری در دسترس هستند:

·        زغالهای کربنی (Carbon brushes)

·        زغالهای مسی اشباع شده با کربن(Copper-impregnated carbon brushes)

·        تسمه مسی به هم تابیده شده(Braided copper straps)

·        تسمه مسی به هم تابیده شده فنردار(Braided copper straps with spring assists)

·   تسمه مسی به هم تابیده شده به همراه وزنه در یک انتها(Braided copper straps with weights on one end)

·        زغال مویی(Bristle brushes)

·        کابل جوشکاری بافته شده(Braided welding cables)

·        تسمه مسی زمین(Copper ground straps)

هر کدام از این ابزار نقاط ضعف و قوت خود را داراست و قیمت آنها از چند دلار تا چند هزار دلار متغیر است. تمام تجهیزات زمین کردن ،فارغ از نوع آنها یا کارخانه سازنده شان، نیاز به مراقبت و اندازه گیری ولتاژ محور برای اطمینان از هم پتانسیل بودن روتور و بدنه دارند. کاملا آشکار نیست که یک وسیله زمین کردن بتواند در تمام تجهیزات و یا تمام شرایط بکارگرفته شود. خدمه هر نیروگاهی باید خودشان کارایی آنها را بسنجند و بر اساس کارایی آنها، یکی را انتخاب کنند. به همین دلیل، قیمت بالا دلیل نمی شود که تجهیز در نیروگاه شما خوب جواب دهد.

نیازهای تعمیرات و نگهداری تجهیزات زمین کردن محور و سنسورهای ولتاژ آن شبیه نیازهای نیروگاه و تجهیزات خاص آن هستند. در یک نیروگاه ،جایی که خدمه هر روز 4 زغال مویی نصب شده بر روی توربین را باز کرده و تمیز می کردند، ولتاژ محور ،که توسط ولتمترهای دستی خوانده می شد، زیر 1 ولت باقی می ماند. در نیروگاه دیگری خدمه تسمه های زمین را هر هفته آزمایش می کردند اما دوره آزمایش را به دو هفته یکبار و بعدتر به ماهی یکبار و دست آخر به 6 ماه یکبار افزایش داند. اگرچه آنها بر روی محور تجهیزات اندازه گیری ولتاژ نصب کردند که ولتاژ خوانده شده را در اتاق فرمان نمایش می داد اما خودشان هر از گاهی آن را با ولتمترهای دستی اندازه گیری می کردند.

من زمانی که برای آزمایش ولتاژ محور روی قطعات چرخان می روم با خودم تسمه های زمین کردن برمی دارم. در بیشتر موارد می بینم که ولتاژ محور زیاد شده که نشانگر این مطلب است که یا تجهیزات زمین کردن محور درست کار نمی کنند یا بکلی خراب شده اند. اگر به چنین وضعی برخوردکردم تسمه زمین کردن را به محور وصل می کنم. این امر همیشه ولتاژ محور را تا زیر 0.001 ولت کاهش می دهد و فرصت می دهد تا مشکل را پیدا کرده و رفع کنم. درهر صورت، مشتری اجازه می دهد تا تسمه های من بر روی محور باقی بماند تا ولتاژ نزدیک 0.01 ولت باقی بماند.

نصب تجهیزات زمین کردن

تجهیزات زمین کردن بر روی بیشتر توربین ژنراتورها بر روی پوشش آن بیرینگهای توربین که به ژنراتور نزدیک تر هستند نصب می شود. در بعضی موارد تجهیزات زمین کردن بر روی پایه گاورنر نصب می شوند. از آنجا که محور توربین ژنراتور شامل پیچهای ثابت کوپلینگ است، یک، دو یا چند تجهیز زمین کردن می تواند بر روی یک نقطه نصب شود تا پایه گاورنر را به محور (بین توربین و ژنراتور) به هم وصل کند. همین امر می تواند برای توربین کمپرسورها با پیچهای ثابت کوپلینگ هم روی دهد. من توصیه می کنم که تجهیزات زمین کردن را بر روی توربین ژنراتورها نزدیک توربین کم فشار و در توربین کمپرسورها و توربین پمپها نزدیک توربین نصب کنید.

همین وضعیت برای دستگاه های شامل گیربوکس هم پیش می آید. در بعضی موارد، یک توربین باید ژنراتور را از طریق یک گیربوکس بچرخاند که تجهیزات زمین کردن بین گیربوکس و ژنراتور یا به پوسته انتهایی ژنراتور نصب شده اند. الکتریسیته ساکن بر روی محور توربین باید از میان دندانه چرخدنده های گیربوکس عبور کند تا از به تجهیزات زمین کردن و بدنه توربین برسد. این چیدمان ،که قسمتی از طراحی کل واحد است، آشکار است که شامل مسیرهای الکتریکی نیست. نصب تجهیزات زمین کردن بر روی محور توربین اجازه می دهد تا الکتریسیته ساکن از محورتوربین به بدنه توربین منتقل شود بدون اینکه بخواهد از چرخدنده ها عبور کند.

نمونه هایی از تسمه های تابیده شده زمین کردن وجود دارد که آنها را بر روی پایه گاورنر توربین ژنراتور نصب کرده اند تا الکتریسیته ساکن را از روتور خارج کند. الکتریسیته ساکن از دندانه های چرخدنده عبور کرده و خود را به بدنه توربین رسانده است. در نتیجه سوراخ های ایجاد شده چرخدنده ها سوراخ های ایجاد شده چرخدنده ها غیرقابل استفاده شده اند. در وضعیت درست تسمه های باید جابجا شوند تا مستقیما به روتور متصل شوند.

 منبع:

http://www.powermag.com/issues/features/Controlling-shaft-voltages_352_p2.html