تحقیق مقاله نیروگاه گازی

نیروگاه گازی  

نیروگاه های گازی ، کاربردهای ویژه ای دارند.

نیروگاه گازی به نیروگاهی می گویند که برمبنای سیکل گاز( سیکل برایتون) کار
می کند ؛وازسیکل های حرارتی می باشد، یعنی سیال عامل کاریک گاز است.( عامل انتقال وتبدیل انرژی گازی است ، مثلا هوا )

  درنیروگاه های بخارعامل انتقال : بخارمایع می باشد.

  نیروگاه گازی دارای توربین گازی است ،یعنی باسیکل رایتون کارمی کند.ساختمان آن درمجموع ساده است :

1-کمپرسور: وظیفه فشردن کردن هوا .

2-اتاق احتراق : وظیفه سوزاندن سوخت درمحفظه .

3-توربین :  وظیفه گرداندن ژنراتور . 

کمپرسور به کاررفته درنیروگاه های گازی شبیه توربین است ، دارای رتوری است که برروی این رتور پره متحرک است ، هوا به حرکت درآمده وبه پره های ساکنی برخوردکرده ، درنتیجه جهت حرکت هوا عوض شده واین هوا بازبه پره های متحرک برخورد کرده واین سیکل ادامه دارد ودرهرعمل هوا فشرده ترمی شود.

  کمپرسور مصرف کننده عظیم انرژی است  هوای فشرده گرم است .

هوای فشرده کمپرسور وارد اتاق احتراق که دارای سوخت گازوئیل است می شود .
چون هوای فشرده شده گرم است ودراتاق احتراق سوخت آتش گرفته وهوافشرده وداغ می شود .

هوای داغ فشرده کارهمان بخارداغ فشرده توربین های بخار راانجام می دهد .هوای داغ فشرده رابه توربین می دهیم ؛ توربین دارای پره های متحرک وساکن است .

پره های ثابت چسبیده به استاتور می باشد ؛ پره های متحرک چسبیده به رتور می باشد.

حال ژنراتور رامی توان به محور وصل کرده واز ترمینال های ژنراتور می توان برق گرفت ؛ طول نیروگاه ممکن است به  m 20 است . ژنراتور را می توان به محل B ویا A متصل نمود ؛ اما محل  A بهتراست .

قدرت نیروگاه های گازی از 1 M w وتا بالای 100Mw نیز ساخته می شود .

نحوه راه اندازی واستارت نیروگاه چگونه است ؟

درابتدا نیاز به یک عامل خارجی است تا توربین رابه سرعت 3000 دوربرساند.

حسن نیروگاه :

1- سادگی آن است  - تمام آن روی یک شافت سواراست .

2-  ارزان است – چون تجهیزات آن کم است . یکی از عواملی که برروی راندمان تأثیرمی گذارداین است که هوای ورودی چه دمایی دارد.

3- سریع النصب است .

4-  کوچک است . درسکوهای نفتی که نیاز به برق زیادی می باشد بایدازنیروگاه گازی استفاده کرد، تاجای کمتری بگیرد.

5-  احتیاج به آب ندارد. ( درسیکل اصلی نیروگاه نیاز به آب نیست ) اما درتجهیزات جنبی نیازبه آب است برای خنک کردن هیدروژن به کاررفته جهت سردکردن ژنراتور درسرعت های بالا .

6- راه اندازی این نیروگاه سریع است .

7-  پرسنل کم .

زمانی نیروگاه گازی خاموش است که دراتاق احتراق سوخت نباشد .

 یک نیروگاه بخار رابعد از راه اندازی نباید خاموش کرد .

اما نیروگاه گازی بدین صورت است که صبح می توان روشن کردوآخرشب خاموش نمود .

نیروگاه گازی بسیارمناسب برای بارپیک است ونیروگاه بخاربرای بارپیک نامناسب است .

معایب :

1- آلودگی محیط زیست زیاد است .

2- عمرآن کم است .( فرسودن توربین وکمرسور) سوخت مازوت به علت آلودگی بیشتری که نسبت به سوخت گازوئیل دارد، کمتربه کارمی رود .

3- استهلاک زیاداست . ( پره توربین ، پره کمپرسور )

4- راندمان کم است . ( مصرف سوخت آن زیاد است ) ؛ این نقیصه ای است که کشورهای اروپایی باآن مواجهند .

دلایل راندمان پایین :

الف ) خروج دود بادمای زیاد

ب ) حدود 3/1 توان توربین صرف کمپرسور می شود .

   بنابراین درنیروگاه گازی برای استفاده درازمدت اصلا جایزنیست چراکه هزینه مصرف سوخت گران است .

5- امکان استفاده ازسوخت جامد فراهم نیست . ( مانند زغال سنگ ) چراکه بلافاصله پره های رتورپرازدود می شود .

نیروگاه های گازی را اگربخواهیم برای مدت طولانی استفاده کنیم ، هزینه نیروگاه گازی بالا ست .

نیروگاه گازی را ازجایی استفاده کنند که امکان بهره برداری زمان بهره برداری زیر2000 ساعت باشد .

اگرزمان بهره برداری بالای 2000 ساعت باشد (رسال) نیروگاه بخار اگرزمان بهره برداری درسال بالای 5000ساعت باشد ، نیروگاه آبی استفاده می شود.

 درکشورما برق عمده مصرفی برق خانگی است ( 60% ) وحدود 30 % برق صنعتی است . درنتیجه 50 % نیروگاه های کشورباید هرشب روشن شود ؛ بنابراین قسمت عمده برق تولیدی ماباید ازنوع نیروگاه گازی باشد.

نیروگاه گازی رابه دلیل ارزانی درکارخانجات نیز می توان به کاربرد .نیروگاه گازی را درنیروگاه اتمی نیزاستفاده می شود جهت سردکردن رآکتور به کارمی رود که درنتیجه هواداغ وفشرده می شود ودرنتیجه به نیروگاه گازی داده وبرق مصرفی نیروگاه اتمی راتأمین می کنند .

  درنیروگاه های گازی جهت افزایش راندمان روش هایی رااتخاذ می کنند.

دود خروجی هوای ورودی به اتاق را گرم می کند .( سیکل پیچیده ترشده اما راندمان بالا می رود.)

حالت اول : دودباهواب ورودی کمپرسورکناریکدیگرقرارداده دراین صورت راندمان تجهیزات به شدت افت می کند.

حالت دوم : باروش ذیل راندمان 1 الی 2 درصدقابل افزایش است ؛ ( هوای ورودی به اتاق احتراق گرم می شود )

2-استفاده از توربین های دو مرحله ای :

زیاد شدن راندمان مستلزم مخارج وصرف هزینه نیز می باشد .

3- استفاده از کمپرسور دومرحله ای هر چه دمای ورودی کمپرسور پایین ترباشد ؛ راندمان بیشتراست .

    بااین روش دمای ورودی کمپرسور به طورمصنوعی پایین نگه داشته می شود درمرحله L p به دلیل بالارفتن فشارهواگرم می شود که ازکولراستفاده می کنند ؛ آب سرد برروی لوله فشارهوا ریخته وهواخنک کرده آب گرم می شود وخارج می شود .

    بالاترین راندمان چیزیث درحدود 35% است که نیروگاه دارای کمپرسور دومرحله ای توربین دومرحله ای وپیش گرم کن می باشد.

    نیروگاه گازی به این معنا نیست که سوخت ان گازاست ، بلکه توربین آن گازی است وسوخت آن مایع است یا گازوئیل است که اکثرا گازوئیل است .

    درکشورما به دلیل زیادبودن سوخت گازوئیل ، نیروگاه گازی باسوخت گازوئیل نیروگاه گازی باسوخت گازوئیل به کار میرودومرسوم است اما درکشورهای اروپایی به دلیل زیادبودن سوخت جامد ، نیروگاه گازی به نحو دیگری طراحی شده که باسوخت جامد کارمی کند ، به این نیروگاه ها ، نیروگاه گازی سیکل بسته می گویند.

     هوای داغ ناشی ازاحتراق راداخل گرم کن می چرخانیم وبعد هوارابیرون می فرستیم .

    ملاحظه می شودکه هوای داغ ناشی از احتراق داخل توربین می شود .لذامی توان ازسوخت جامد استفاده کردکه این نوع ساده ترین نوع نیروگاه گازی سیکل بسته
می باشد.

    می توان سیکل فوق راکامل ترکرد. اگرهوای ورودی به کمپرسورتصفیه شده باشد ، پره های توربین دارای عمرزیادی خحواهدبود. مشکل ایجاد این است که هوای خارج شده ازتوربین به دلیل تصفیه بودن بایداستفاده شود ، پس هواس خروجی ازتوربین رااستفاده می کنیم ، اما این هوا داغ است وگاز وارد کمپرسور شود راندمان افت می کند ؛ لذااز کولراستفاده می کنیم وهواراسرد می کنند

    در نیروگاه گازی هرچه هوای ورودی به کمپرسور سردتر باشد، راندمان افزایش می یابد. لذا نیروگاه های گازی درزمستان راندمان بهتری دارند.

محاسن نیروگاه های گازی سیکل بسته :

1-  امکان استفاده ازسوخت جامد فراهم می شود.

2-  عمرزیاد ( خوردگی پره ها کم است )

3-  چون سیکل بسته است ، لذاضرورت نداردکه فشارهوای خروجی توربین
 1  Atm باشد، پس می توان سطح کارفشار هوارابالا برد، به جای 1 Atm از 10 Atm که چون هوای فشرده ترشده ، جای کمتری گرفته وحجم کمپرسور وتوربین درنهایت کوچک ترمی شود.

معایب :

1- راندمان درمقایسه باسیکل بازکمتر است.4 الی 5 درصد راندمان کاهش می یابد.

2- هزینه زیاداست .

  درسوخت مایع نیروگاه های گازی سیکل بسته ، اجازه داریم توربین رادوقسمتی بسازیم .

کمپرسورهواراگرفته وداخل اتاق احتراق می سوزاند ، هوای خروجی آن راوارد گرم کن می کنیم که خود گرم کن یک سیکل بسته راتشکیل می دهد.

توربین کمکی قدرت لازم ازژنراتور کوچک درقسمت توربین کمکی به کاربرد .
    درنیروگاه گازی سیکل بازدارای معایب زیراست :

قدرت کمپرسور خیلی ازانرژی توربین رامی گیرد وهمچنین دود خروجی داغ است 3 00  C درنتیجه سوخت ایجاد شده به هدرمی رود ؛ لذا راندمان کاهش می یابد.
    استفاده از نیروگاه سیکل ترکیبی ( نیروگاه گازی درکنار نیروگاه بخار)
   هوای گرم خروجی ازتوربین رابال اضافه کردن اکسیژن به آن به طرف بویل نیروگاه بخار برده می شود .

    راندمان این قبیل نیروگاه ها50 % می باشد.

نیروگاه بادی

در احداث نیروگاه بادی پیدا کردن محل سایت عامل بسیار مهمی است تا حداکثر بهره برداری را از نیروی باد بدست آورد.

اطلاعات اولیه برای احداث نیروگاه بادی بینالود توسط ایستگاه هواشناسی حسین آباد آغاز گردید و کارهای مقدماتی آن از سال 74 شروع شد. اطلاعات بدست آمده از ایستگاه در اختیار مهندسین قرار داده شد و پس از مطالعات فراوان سر انجام محل فعلی برای احداث انتخاب گردید.

تونل بادی که در این منطقه وجود دارد از امام تقی آغاز و تا کویر سبزوار ادامه دارد و محل احداث نیروگاه در دهانه این تونل است و بیشترین بهره برداری را از نیروی باد میکند.

نکته مهم بعدی پس از انتخاب محل نحوه چیدمان واحدها است تا بتوان حداکثر استفاده را از نیروی باد کرد. از چندین طرح ارائه شده سرانجام چیدمان 10×6 انخاب گردید.

در فاز اول 43 واحد از 60 واحد با یستی به بهره برداری برسد. قدرت هر واحد 660  ولت است. از 43 واحد فوق 5 واحد از خرداد 83 به بهره برداری رسیده و مابقی در حال نصب و راه اندازی است. واحدها با مشارکت ایران و چند کشور خارجی از جمله آلمان و دانمارک به بهره برداری رسیده به طوری که 60 درصد تولید داخل و 40 درصد تولید خارج است.

کل برق تولید شده توسط واحها توسط کابل به پست (132/20) برده میشود و توسط آن به شبکه اصلی منتقل میگردد.

خروجی هر واحد 600 وتوسط ترانسفورماتورهای مجزا به 20000 تبدیل میگردد.
در سطح سایتهای شناخته شده در سطح جهان دو سایت متمایز وجود دارد: سایت آلتامونت پاس کالیفرنیا که بیش از 7000 توربین دارد و حدود 2 مگا ولت انرژی تولید میکند و دیگری سایت بینالود. وجه تمایز این دو سایت در این است که در تابستان بیشتر باد می آید و در نتیجه تولیدی این دو سایت در تابستان که پیک مصرف است پیک تولید هم است.

یک واحد خود از 4 قسمت اصلی تشکیل شده است:

1- امبیدر سیلندر (سیلندر مدنون)

2- برج (تهتانی و فوقانی)

3- نافل (ماشین فونه(

4- نویز کون (دماغه (

ژنراتور نیروگاههای بادی از نوع آسنکرون میباشند.در ژنراتور آسنکرون بر خلاف سنکرون لغزش میتواند بین 3 تا 5 درصد باشد و در کار ژنراتور اختلالی بوجود نیاورد.

ولی نکته مهم در اینجا انژی بسیار متغییر باد است که دائما در حال تغییر است و متناسب با آن دور تغییر میکند. لغزش مجاز این ژنراتورها 10 درصد است.

برای کارآیی بهتر لازم است تا ولتاژ القایی در روتور ثابت نگه داشته شود برای این کار از سه مقومت متغییر 1 اهمی استفاده میشود به طوری که این مقومتها روی هر فاز قرار میگیرند و توسط یک مدار کنترلی بطور اتومات تغییر میکنند.برای انتقال انرژی باد به ژنراتور از مین گیربکس استفاده میگردد.عموما توربین های بادی از لحاظ دور به سه دسته تقسیم میشوند:

1-دور ثابت

2- دور متغییر

-دو دوره توربین های این نیروگاه از نوع دور ثابت هستند.

دور پره 28 دور در دقیقه و دور ژنراتور 1600 دور در دقیقه است. گیربکس طوری طراحی گردیده است که ورودی آن متغییر ولی خروجی آن ثابت باشد.

اگر باد از مقدار معینی بیشتر گردد تولید برق بطور اتومات قطع میگردد بطوری که اگر سرعت باد 5 متر در ثانیه باشد تولید شروع میگردد و در 16 متر بر ثانیه تولید حداکثر است و نهایتا در 25 متر در ثانیه تولید بطور اتومات قطع میگردد تا به اجزا واحد آسیب نرسد.

البته شرایط بالا با شرط ایزو میباشند (فشار 1 اتمسفر و دمای 25 درجه) و در جوی سایت بینالود ( 1550 متر ارتفاع از سطح دریا) فول تولید در سرعت 14 متر در ثانیه بدست می آید.

شرایط راه اندازی و تولید:

در زمان راه اندازی ژنراتور ابتدا بصورت موتور به را می افتد و تا زمانی که سرعت آن به سنکرون برسد ادامه دارد. در این زمان تغذیه موتور قطع میگردد و به صورت ژنراتور به کار خود ادامه میدهد.

پره ها:

پره ها طوری طراحی شده اند که بطور اتومات تا 90 درجه تغییرپیدا میکنند (پیچ کنترل)

کلا برای توقف و ترمز واحدها دو روش وجود دارد:

1- در نوک پره ها پره ای دیگر موجود است (پره آیرودینامیکی) که از نوک پره اصلی فاصله دارد و تغییر حالت آن موجب توقف پره های اصلی میگردد ( ترمز دینامیکی(