سیستم های chp - تولید همزمان برق و حرارت

[zahrabb 0]

چالش اصلی یکی از بزرگترین تامین کننده برق و گرمایش در ??ریبورگ آلمان تولید نیروی پاک و مقرون به صر??ه است. در کنار ??ضای بسیار محدود سری 4000 MTU Onsite Energy نقش کلیدی را در این امر ای??ا کرده است. شرکت محلی برق با همکاری گسترده MTU Onsite Energy برای 5300 شهروند این شهر زندگی راحت تری را رقم زده است.

تعری?? نیروگاه تولید برق مقیاس کوچک :

به كليه نيروگاههاي تولید برق با توان تا ٢٥ مگاوات كه در نقاط متعدد به شبكه برق متصل مي شوند مولدهاي مقياس كوچك مي گويند.

مولد های مقیاس کوچک می تواند تبدیل گاز شهری ، انرژی باد و نور خورشید به برق باشد.

تعری?? تولید همزمان برق و حرارت CHP :

برخی از واحد های تولید در مقیاس کوچک به گونه ای طراحی مي شوند كه علاوه بر توليد توان الكتريكي ، حرارت مورد نياز جهت است??اده در سيستمهاي تاسيساتي يا ساير نقاط مجموعه مصر?? را تامين كنند. به اين سيستم توليد همزمان برق و حرارت CHP - Combined Heat and Power اطلاق مي شود.

عملکرد سیستمهای CHP :

در سیستم های CHP ، غالباً برای تولید برق و حرارت بصورت همزمان طراحی می شود. یک محرک اولیه دیزل یا توربین انرژی شیمیایی سوخت را آزاد نموده و به توان مکانیکی در محور خروجی تبدیل می کند. در این موارد ، محور محرک با یک ژنراتور کوپل شده و توان الکتریکی تولید می شود ، از طر?? دیگر ، حداکثر راندمان موجود برای محرک اولیه دستگاه و مولد کمتر از 50% است و این به معنی اتلا?? بیش از نیمی از انرژی سوخت بصورت حرارت می باشد.

در این نوع سیستم ، منابع اتلا?? این حرارت ، که بارتند از گازهای خروجی از محرک اولیه ، سیکل خنک کن و روغن روغنکاری ، شناسایی شده و با قرار دادن مبدل های حرارتی ، گرمای اتلا??ی به شکل حرارت با دمای بالا ( حرارت قابل است??اده ) بازیا??ت می شود. با ??راهم شدن امکان استحصال حرارت اتلا??ی در سیستم تولید مشترک برق و حرارت خصوصیات منحصر ب??رد این سیستم بدست می آید.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

??ناوری سیستم CHP :

معمولاً برق مورد نیاز واحدهای صنعتی، ساختما نهای تجاری و ساختما نهای مسکونی از نیروگاههای عمده کشور تأمین می شود. در حالیکه نیاز حرارتی تمام آنها در همان محل تولید می گردد. اما روش دیگری که از دیر باز وجود داشته و امروزه توجه بیشتری را معطو?? خود کرده که تولید همزمان بر ق و حرارت است . که عبارتست از تولید همزمان برق ، یا توان محوری و حرارت م??ید توسط یک سیستم.

سال ها پیش این ??ناور ی برای اولین بار در نیروگا ههای سیکل بخار بکار ر??ته و از بخار استخراج شده از سیکل برای مصار?? گرمایشی کارخانه و واحدهای اطرا?? آن است??اده می شده است . این عمل گرچه کمی باعث کاهش راندمان نیروگاه بوده اما با تأمین حرارت مورد نیاز واحد از مصر?? حجم زیادی سوخت جلوگیری می کرده است. خوشبختانه این ایده تنها به نیروگا ههای بخار محدود نشد و در طی این سا لها ، بویژه درسال های اخیر ، ??ناوری تولید مشترک برق و حرارت ، که بهره وری بالایی را در مصر?? انرژی بدنبال دارد ، به سایر مولدهای تولید قدرت ( مکانیکی یا الکتریکی ) گسترش داده شد . به عبارت دیگر امروزه می توان با پیشر?? ت های صورت گر??ته ، هر سیستم مولد قدرتی با هر اندازه و کاربرد را به صورت یک واحد مشترک طراحی نمو د . به این ترتیب علاوه بر تولید توان الکتریکی یا مکانیکی توسط دستگاه ، امکان استحصال حرارت اتلا??ی مولد یا موتور بصورت انرژی گرمایی قابل است??اده وجود دارد. امروزه بدلیل توجه خاصی که به این نوع سیستمها می شود و نیز اهمیت کاربرد آن در دنیای امروز و نهادینه کردن ??رهنگ است??اده از آن ، در ادبیات مهندسی بجای اصطلاح دیر آشنای Cogeneration از عنوان " سیستم ترکیبی حرارت و قدر ت Combined Heat and Power " است??اده می شود.

بنابراین سیستم CHP در اصل یک ??ناوری جدید محسوب نمی شود. اما آنچنان پیشر??ت و گسترش یا??ته است که کمتر شباهتی با م??هوم کلمه متراد??ش Cogeneration دارد.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

راندمان یک مولد برق حرارتی :

دستگاه CHP بیشترین بهره وری در مصر?? انرژی سوخت را دارد . به گونه ای که متوسط راندمان یک مولد برق در حدود 35% , متوسط راندمان یک بویلر حدود 90% است. در حالیکه یک سیستم CHP با تولید هر دوی این محصولات راندمانی بیش از 85% دارد. یعنی راندمان الکتریکی آن حدود 35% و راندمان حرارتی ( منظور از راندمان حرارتی عبارتست از انرژی حرارتی تولید شده به انرژی سوخت مصر??ی 50% ) است. از طر?? دیگر در مقایسه با سیستم های تولید برق و تولید حرارت متشابه رایج که بصورت مجزا هستند ، حدود 35% سوخت کمتری مصر?? می کند.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

کاهش مصر?? سوخت با است??اده از ??ناوری CHP :

کاهش در مصر?? سوخت ، هزینه سوخت مصر??ی را در سبد اقتصادی واحد کاهش می دهد. همچنین از دید ملی ، این صر??ه جویی در مصر?? سوخت می تواند چه از طریق صادرات و چه از طریق ??راهم آمدن شرایطی برای است??اد ه های سودمندتر از سوخت ??سیلی مزیت محسوب شو د. بعلاوه است??اده هر چه کمتر از سوخت های ??سیلی باعث کاهش آلاینده های محیط زیست می شود. سیستم های CHP نه تنها توسط ??یلترهایی از آزاد شدن آلاینده هایی مانند UHC و CO ، CO2 ، NOx جلوگیری می کند ، بلکه کاهش 35% سوخت در این دستگاه ها نقش بزرگی در کم شدن تولید آنها دارد.

سیستم CHP در زمینه های مختل?? صنعتی و کشاورزی بویژه گلخانه ها ، تجاری و مسکونی است??اده می شود. و بنابراین انداز ه های متنوعی از آن وجود دارد.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

کاربرد مهم برای حرارت سودمند :

تغییر در طراحی و عملکرد یک نیروگاه تولید توان به تولید مشترک حرارت سودمند و توان ، کاربرد و است??اده از انرژی را توسعه و بهبود می بخشد . البته حرارت بدست آمده بایستی کی??یت ، مقدار و دمای بالا و کا??ی را برای آب گرم موردنیاز خانگی ، تجاری و ساختمانهای عمومی یا بخار مورد نیاز صنایع را جهت ??رآیندها ی آن تأمین نماید . بنابراین دو کاربرد مهم برای حرارت سودمند وجود دارد :

1- گرمایش ناحیه یا بخش خاص CHP& DH

Combined heat and power & District Heating

2- است??اده در صنعت جهت ??رآیندها CHP& IND

Combined heat and power & For Industry

.حالت اول مربوط می شود به شبکه گرمایش ناحیه ای که حرارت تغذیه توسط آب داغ در دمای بین 80 الی 150 درجه سانتی گراد صورت می پذیرد

در حالت دوم ( است??اده در صنعت جهت ??رآیند ها ) بخار داغ یا گازهای داغ ( خروجی از توربین گاز یا بخار ) گرمای مورد تقاضا را برآورده می نمایند.

در تعری?? تولید مشترک حرارت و توان و است??اده از حرارت م??ید ، موارد زیر شامل این حرارت سودمند نمی گردد :

- آب گرمی که از کندانسور نیروگاه خارج شده و مصر?? آن در بخش کشاورزی و استخر پرورش ماهی می باشد.

- زباله ها و آشغالهایی که بعنوان سوخت در نیروگاههای زباله سوز مورد مصر?? قرار گر??ته و تولید توان الکتریکی می نماید.

اساساً تبدیل و تغییر نیروگاههای موجود یا طراحی نیروگاههای جدید CHP جهت ??راهم آوردن و تولید حرارت مازاد به شکل سودمند و م??ید در دمایی بالاتر از نیروگاههای مرسوم مورد نظر می باشد.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

تولید همزمان برق و حرارت : Cogeneration

تولید همزمان دو شکل مختل?? انرژی م??ید و مورد است??اده را با بکارگیری یک منبع اولیه انرژی Cogeneration یا تولید همزمان می گویند.

دو شکل مختل?? انرژی عبارتست از :

- انرژی الکتریکی و انرژی حرارتی.

- انرژی مکانیکی و انرژی حرارتی.

کاربرد آن در بعضی از صنایع می باشد که همزمان به انرژی الکتریکی و بخار ??شار پائین جهت ??رآیند نیاز دارند.

موارد کاربرد تولید مشترک برق و حرارت :

در واحدها یی که بطور همزمان به حرارت و توان نیاز دارند ، پتانسیل ایجاد تولید مشترک وجود دارد . البته در صورتیکه سیستم مصر?? انرژی خصوصیات زیر را داشته باشد،

صر??ه جوئی قابل توجهی در هزینه انرژی بدست آمده و سیستم تولید مشترک جذاب تر و مقرون به صر??ه تر خواهد بود.

مشخصات یک سیستم ایده آل برای نصب و اجرای تولید مشترک :

- نیاز حتمی به توان الکتریکی.

- ا??زونی موارد است??اده انرژی حرارتی نسبت به انرژی الکتریکی.

- الگوهای بار پایدار و ثابت انرژی حرارتی و الکتریکی.

- طولانی بودن ساعات بهره برداری ??رآیند.

- قیمت بالای برق شبکه یا عدم دسترسی به شبکه.

انرژی حرارتی مورد نیاز به منظور اهدا?? زیر مورد است??اده قرار می گیرد :

خشک کردن، پیشگرم نمودن، تولید بخار ??رآیند، محرک تجهیزات بازیا??ت حرارت و تولید آب سرد، آب گرم، سیال داغ و غیره.

بعضی از دامنه های کاربرد کاملاً مؤثر سیستم تولید مشترک عبارتند از :

ال?? – تولید مشترک در Utility

- سرمایش و گرمایش منطقه ای

ب – تولید مشترک در صنعت

- صنایع غذایی

- صنایع دارو سازی

- صنایع کاغذ و مقوا

- پالایشگاه و پتروشیمی

- صنایع نساجی

- صنایع ??ولاد

- صنایع سیمان

- صنعت شیشه

- صنعت سرامیک

ج – تولید مشترک در مؤسسات خانگی و تجاری

- بیمارستان

- دانشگاه

- هتل

همچنین برای تأمین برق و نیاز گرمایشی واحدهای مسکونی مانند آپارتما ن ها ، برج ها و حتی برای واحدهای مسکونی تک خانوار می توان از آن است??اده کرد . بعبارت ساده تر سیستم CHP برای واحدهایی که نیاز توأمان به برق و حرارت داشته باشند م??ید است.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

عملکرد مطلوب دستگاه CHP :

لذا برای ترویج ??رهنگ است??اده از CHP شرکت های سازنده نیز برای جلب رضایت مشتریان و ساد ه تر شدن عرضه و خرید و نصب سیستم های CHP کوچکتر از 1 مگاوات الکتریکال آنها را به صورت پکیج شده تولید می کند ، به این ترتیب مشتریان علاو بر اطمینان از سلامت دستگاه هنگام خرید ، هزینه نصب و تعمیر و نگهداری آن نیز کاهش می یابد.

دانستن نیاز واقعی واحد مصر ?? کننده به برق و حرارت در انتخاب درست اندازه CHP و نحوه است??اده از آن تأثیر ??راوانی دارد. یک سیستم CHP مطلوب به گونه ای است که حداقل 4500 ساعت در طول سال ??عال باشد. برای اندازه های mini CHP تا 3000 ساعت نیز قابل قبول است.

و تا جایی که ممکن است روشن بودن آن مداوم باشد و پی در پی قطع و وصل نشود. این معیار اولیه در انتخاب اندازه CHP به گونه ای مؤثر است که عدم رعایت آن هزینه های مضاع??ی را چه برای خرید دستگاه و چه برای تعمیر و نگهداری بر کاربر تحمیل می کند.

معمولاً سیستم CHP به تنهایی کاربرد ندارد ، یعنی برای تأمین تمام نیاز واحد تنها CHP در نظر گر??ته نمی شود. از نظر تولید برق در زمانهایی از CHP است??اده می شود که هزینه برق تولیدی در مقایسه با برق خریداری شده از شبکه مقرون به صر??ه باشد. ( لذا گاهی در برخی از ساعات شبانه روز خرید برق از شبکه مقرون به صر??ه تر خواهد بود ).

حرارت تولیدی CHP نیز در اغلب موارد تمام نیاز واحد را پوشش نمی دهد ، لذا در کنار آن از یک بویلر نیز است??اده می شود. همچنین توصیه می شود در کنار سیستم CHP یک مخزن آب گرم تعبیه شود که علاوه بر ??راهم بودن همیشگی آب گرم ، امکان نصب یک آب گرمکن ثانویه ( مانند بویلر مذکور ) نیز باشد.

بدین ترتیب علاوه بر اقتصادی تر شدن سرمایه گذاری ، عدم انطباق زمان تولید و مصر?? آب گرم برطر?? می شود.

از آنجائیکه امکان ??روش برق تولیدی مازاد بر مصر?? توسط CHP به شبکه برق وجود دارد ، لذا معیار اصلی در انتخاب اندازۀ CHP ، دیماند حرارتی واحد می باشد ، تا مازاد حرارت تولید نشود ، اما از طر?? دیگر نباید مصر?? برق بگونه ای باشد که بار اعمالی کمتر از 50% بار نامی سیستم شود چرا که این موضوع ا??ت شدید راندمان را در پی دارد.

علاوه بر انتخاب اندا زۀ مناسب ، نوع سیستم CHP نیز اولاً برای توانایی تأمین نیازهای کاربر و ثانیاً از لحاظ صر??ه اقتصادی ، بسیار مهم می باشد.

منبع : سازمان بهر هوری انرژی ایران (سابا)

کاربرد سیستمهای تولید همزمان برق و حرارت :

در سیستمهای تولید همزمان از انواع تجهیزات است??اده شده و ممکن است برای ر??ع نیاز بخصوص ، در یک محل مشخص طراحی گردند. از طر?? دیگر ، بسیاری از واحدها دارای احتیاجات مشابه بوده و سیستمهای تولید همزمان پکیج ( از قبل طراحی شده ) میتوانند این احتیاجات را ر??ع کرده و از جهت اقتصادی بر سیستمهای مهندسی طراحی از ابتدا ، ترجیح داده می شوند. آنچه در ذیل می آید مثالهائی برای سیستمها ی تولید همزمان در سه بخش مختل?? اقتصادی می باشد. سیستم های تولید همزمان در تمام بخشهای اقتصادی دنیا وجود دارند. برای سادگی مقایسه ، سیستمهای تولید همزمان را غالباً در یکی از سه گروه زیر تقسیم بندی می کنند.

1 – صنعتی

2 – اداری

3 – تجاری

انواع و اندازه های سیستم تولید همزمان در این سه بخش تا اندازه ای با یکدیگر تطابق دارند ولی برای تشریح انواع کاربردها این تقسیم بندی سه گانه کار را راحت می کند. در این بخش مثالهائی در مورد انوع کاربردهائی که وجود دارند آورده می شود.

1 - بخش صنعتی Industrial Sector

بخش صنعت در مقایسه با دیگر بخشهای اقتصادی ، قدیمی ترین ، بزرگترین و بیشترین تعداد را در سیستم های تولید همزمان دارا می باشد. تولید همزمان در صنعت ابتدا در اوایل قرن بیستم برای تأمین احتیاجات حرارتی و برقی بصورت کارآ مورد است??اده قرار گر??ت. بسیاری از صنایع دارای تاریخچه غنی و دائمی از کاربردهای تولید همزمان می باشند. بخش صنعت به دلایل چندی عمده ترین کاربرد تولید همزمان را داشته است.

واحدهای صنعتی غالباً بطور پیوسته کارکرده و در آنها نیازهای برقی و حرارتی همزمان وجود داشته و پیشاپیش دارای نیروگاه و پرسنل متخصص مربوطه می باشند. صنایعی که مشخصاً مصر?? کننده بالای انرژی هستند ، مثل صنایع پتروشیمی و چوب و کاغذ ، صنایع غذایی بهترین موارد برای تولید همزمان هستند.

بسیاری از این صنایع دارای ظر??یت تولید همزمان چند صد مگاوات نیروی برقی در محل هستند. بعلاوه صنایع با ظر??یت متوسط و کوچک نیز می توانند از تولید همزمان است??اده کنند.

2 - بخش اداری Institutional Sector

بخش اداری شامل طی?? گسترده ای از مراکز غیر انت??اعی شامل دانشگاهها ، کالج ها و مدارس ، ساختمان های دولتی بزرگ ، بیمارستانها ، مر اکز نظامی و دیگر مراکز غیر انت??اعی می باشد. بسیاری از این مراکز اگر هم بطور پیوسته مورد است??اده قرار نگیرند در ساعات زیادی از روز مورد است??اده قرار می گیرند. بعضی مراکز ( مانند بیمارستان ها ) ممکن است از قبل برای توان رویارویی با شرایط اضطراری دارای سیستم تولید برق اضطراری که بتوان از آن در سیستم تولید همزمان است??اده کرد باشند. اگر چه یک بیمارستان بزرگ یا یک دانشگاه بزرگ را نمی توان با یک واحد صنعتی بزرگ مقایسه کرد ، ولی گاهی در این موارد به 50 مگا وات یا بیشتر ، نیروی برقی تولید شده بصورت همزمان نیاز است.

3 - بخش تجاری Commercial Sectorبخش های تجاری شامل طی?? گسترده ای از مراکز انت??اعی شامل مراکز تجاری ، هتل ها ، متل ها ، آپارتمانها و مجتمع های مسکونی ، رستورانها ، مراکز خرید ، خشک شوئی های صنعتی و آزمایشگاهها می شود. عموماً دیزل ژنراتور این بخش کوچکتر نیز تولید کننده های همزمان را شامل شده و مزایای اقتصادی در این بخش در مقایسه با دیگر بخش ها کمتر بوده مگر اینکه نرخهای برق بطور غیرعادی بالا باشد. از آنجائیکه بسیاری از این مراکز خصوصیات مشابهی را دارند ، غالباً است??اده از سیستم های تولید همزمان آماده و طراحی شده از قبل امکان پذیر می باشد. است??اده از این واحدها ارزانتر از حالتی است که در آن طراحی از ابتدا صورت گر??ته باشد.منبع:دیزل ژنراتور برق ا??شان سپاهان