میکرو توربین یک تکنولوژی به بلوغ رسیده،قسمت سوم و آخر

قسمت اول

قسمت دوم

مطالعات اخیر

در ادامه دو نمونه از تأسیساتی که از میکروتوربین استفاده کردند را برای توضیح بیشتر موضوع ذکر می کنیم. اولین نمونه یک کاربری از سوختهای تجدیدپذیر است که از یک میکروتوربین 200کیلووات استفاده می کند. این تأسیسات در حدود 2 سال است که راه اندازی شده است. دومی یک کاربری از دو یو.پی.اس دورگه 65 کیلوواتی است که در مرکز داده ی یک دانشگاه نصب شده است.

تأسیسات تصفیه آب

تا بهار 2009 مشعل تولید بیوگاز ،که به صورت دائم می سوخت، نشانه ی مرکز تصفیه آب کوساتو در ایتالیا بود. گازی که هدر می رفت اسباب زحمت تأسیسات بود(تصویر-5)

تصویر5-بازیافت بیوگاز- مرکز تصفیه آب کوستا اسپولینا بیوگازهای تولید شده را می سوزاند تا اینکه با نصب میکروتوربینها توانستند از بیوگاز تولید شده برای تولید برق و حرارت استفاده کنند.

امروزه یک میکروتوربین کپستون سی.آر-200 تمام انرژی الکتریکی مورد نیاز تأسیسات و حرارتی که سبب می شود تأسیسات با بهترین بازده کار کنند را تأمین می کند.(تصویر-6) این روش ساده و برازنده به عنوان نمونه ای در تأسیسات تصفیه آب در اقصا نقاط جهان الگو برداری شده است.

تصویر6-سیستم بسته. یک میکروتوربین کپستون نصب شده در مرکز تصفیه آب کوستا اسپولینا که بیوگاز را می سوزاند و برق مورد نیاز مرکز را تأمین می کند حرارت بازیافت شده از میکروتوربین نیز استفاده می شود.

اعداد واقعیت را بهتر بیان می کنند. اول اینکه این توربین 1.7 میلیون کیلووات ساعت در سال تولید انرژی الکتریکی داشته است که مصرف تأسیسات را با صرف 2600 متر معکب بیوگاز ،که قبلا در مشعل می سوخت، پوشش داده است. دوم اینکه یک مبدل حرارتی خارجی ،که بر روی کنار آن نصب شده است، 2.3 میلیون کیلووات ساعت انرژی حرارتی برای گرم کردن دایجسترها ایجاد کرده است. به همراه هم، ترکیب حرارت و توان الکتریکی تولید دی اکسید کربن را 1.8 تن در سال پایین آورده است. واحد دوم برای این تأسیسات در حال نصب می باشد. در عرض 18 ماه این واحد هزینه ی خود را درخواهد آورد و احتمالا یک طرح انقلابی در مراکز تصفیه آب برای تولید همزمان حرارت و انرژی الکتریکی خواهدشد.

مرکز داده ی دانشگاه سیراکوز

دوازده دستگاه یو.پی.اس دورگه کپستون سی-65 اخیرا در مرکز داده ی جدید دانشگاه سیراکوز در نیویورک نصب شده اند. این تأسیسات در دسامبر 2009 عملیاتی شد. دانشگاه سیراکوز در ساخت یک مرکز داده ی سبز شریک آی.بی.ام و مرکز تحقیق و توسعه ی ایالتی است تا نیاز به انرژی الکتریکی را تا 50 درصد مرکز داده های معمولی پایین بیاورند. تصویر 7 میکروتوربینهای نصب شده را نمایش می دهد. مساحت کلی این مرکز 12هزار فوت مربع است که نیمی از آن به تجهیزات کامپیوتری اختصاص یافته است.

تصویر7-12 میکروتوربین 65 کیلوواتی کگستون به یو.پی.اس که حرارت خروجی گازهایش بازیافت می شود تا برای تولید سرما یا گرما در دیتاسنتر دانشگاه سیراکوز بکاربرده شود.

این طرح از چند رهیافت بدیع برای کاهش انرژی مورد نیاز استفاده کرده که عبارتند از:

·        یو.پی.اس های دورگه به همراه CCHP. میکروتوربینهای کپستون با گازطبیعی کار می کنند و خروجی تمیز آنها برای گرم کردن آب در مبدلهای حرارتی سنتی و سردکردن آب در چیلرهای جذبی بکار می رود. در صورت نیاز، گازهای خروجی آنها به یک یا هر دو مصرف کننده منتقل می شود. در نتیجه در مقایسه با رویکرد معمولی ،خرید برق از شبکه های محلی، بازده بیشتری به دست آمده و بدون نیاز به آبگرم کن هایی که گاز می سوزانند یا چیلر های جذبی نیازهای حرارتی و برودتی ساختمان برآورده شده ا ند. بهینه سازی دیگری که در بازده صورت گرفت کاهش مبدلهای توان ،درمقایسه با اضافه کردن یو.پی.اس های دوطرفه ی سنتی، در زمانی است که بارهای حساس توسط میکروتوربینها تأمین می شوند.

·        آب سرد شده برای سردکردن تجهیزات. آی.بی.ام از مبدلهای حرارتی جدیدی پرده برداری کرده که سرورهایش را به صورت موثری خنک کنند. آب خنک شده از مبردهای جذبی ،برخلاف هوای خروجی پنکه ها، می توانند در جایی که بیشترین تأثیر را دارند بکار برده شود.

·        توزیه توان DC. قسمتی از بارهای حیاتی سیستم با جریان مستقیم کار می کنند که استفاده از این روش تلفات انرژی ناشی از چند کنورتور را کاهش می دهد.

به عنوان قسمتی از توافق بین دانشگاه سیراکوز، آی.بی.ام و مرکز تحقیق و توسعه ی ایالتی، دانشگاه باید کارآیی این سیستم را ،در مقایسه با یک ساختمان معمولی، مانیتور کند تا انرژی ذخیره ش تأیید شود و استانداردی برای پیش بینی خصوصیات دیتاسنترهای آینده با همین بهینه سازی انرژی به دست آید.

یکپارچه سازی با نیروگاه های خورشیدی

در ماه جولای، کپستون و هلیوفوکوس نشان دادند که چگونه انرژی خورشید می تواند یک میکروتوربین را به حرکت درآورد. این نمایش با یک میکروتوربین کپستون سی-65 و یک دریافت کننده ی خورشیدی جدید ساخت هلیوفوکوس بر روی یک برج نوری ثابت در انستیتوی ویزمان در رهووت اسرائیل انجام شد. دریافت کننده های خورشیدی انرژی را برای تهیه ی گرمای لازم برای به چرخش درآوردن میکروتوربین متمرکز می کنند. بهره برداری از سیستم شبیه دیگر پروژه هایی است که از اشعه ی متمرکز شده ی خورشید[i](CSP)  استفاده می کنند اما به جای اینکه یک مایع را گرم کنند هوای فشرده را گرم می کنند که در توربین ایجاد گشتاور می کند.

گفته می شود که این روش استفاده از انرژی های تجدید پذیر برای سیستم های از 30کیلووات تا 5 مگاوات بازده بالاتری دارد. مزیت بزرگ آن در این است که انرژی خورشیدی در طی روز توربین را به چرخش در می آورد و شب هنگام می توان توربین را با استفاده از گاز طبیعی یا دیگر منابع سوختی تجدیدپذیر راه اندازی کرد.

پی نوشت: دوستان می توانند برای کمک مالی به این وبلاگ هر مبلغی را که مایل بودند به شماره کارت زیر واریز نمایند.

6104-3378-7718-1469

بانک ملت به نام رضا کیانی موحد

---

[i] concentrated solar power

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/