في هذه الأيام, الطاقة هي أكبر حاجة استراتيجية للبشر وأصبح تأمينها أحد أبرز المخاوف الدائمة للدول.

بالنظر الى وضع نفاد مصادر الطاقة من جانب والأثر التخريبي لهذه الطاقة على البيئة من جانب آخر , فلذا يجب النظر في أهمية وضرورة تحسين طرق انتاج الطاقة وتبديل الوقود الاحفوري إلى طاقة  .

الكهرباء , هي واحدة من أنواع الطاقة المتبدلة , وتمتلك الدور الحيوي الأول في سلة الطاقة لأي بلد وكمية كبيرة منها في جميع بقاع الأرض يتم تأمينها عن طريق تحويل الوقود الاحفوري.

في ايران , اكثر من 80 بالمئة من الطاقة الكهربائية المستهلكة ,يتم توليدها عن طريق توربينات الغاز والبخار للمحطات الحرارية.

من أجل ذلك وبسبب محدودية موارد الوقود الاحفوري , موضوع السيطرة على أسعار الطاقة و تقليل تأثير تبديل واستهلاك الطاقة على الطبيعة و تقليل النفايات وتحسين كفاءة انتاج الكهرباء بالطرق الحرارية يجب أن يأخذ هذا الموضوع أهميته .

تحسين الكفاءة ويمكن أن يتم بطرق مختلفة .

الى جانب تحسين تصميم المعدات يوجد نهجين آخرين يمكن أن يتم استخدامهم في توليد الكهرباء في العالم وهما :

1-اعادة استخدام مخلفات الطاقة الحرارية ( الانتاج المشترك للكهرباء والحرارة)

2-نقل مراكز الانتاج بالقرب من مناطق الاستهلاك ( الانتاج المتقطع )

باعتبار مجموعة مپنا شركة رائدة في مجال انتاج الكهرباء, بالنظر الى القدرة المنخفضة في الادارةو التقنية- الهندسية و المالية- الاقتصادية و توفير المعدات والقدرات التنفيذية في مشاريع محطات الطاقة الكهربائية وبالاحساس بالمسؤولية تجاه الحفاظ على الوقود الاحفوري على أنه ثروة وطنية لابديل لها وفي طريق الحد من خسائر الطاقة , في الدخول الى سوق التوليد المتقطع (DG) والتوليد المشترك (CHP) بنظرة وطنية ومن منظور المسؤولية الاجتماعية وليس الوصول الى الأرباح المادية, اتخذت الخطوات الاولى وباستخدام كل قدرات شركات المجموعة في أعقاب ايفاء الوظيفة التي يتوقع أن يقوم بها الجيل الجديد والمساهمين.

الانتاج المتقطع والانتاج المشترك

الانتاج المتقطع

في الطريقة المعروفة يتم انتاج الكهرباء اللازمة للمستهلكين مثل الكهرباء الصناعية والتجارية والزراعية والبيتية في محطات توليد كبيرة ومركزية , وبعد النقل تصل الى المستهلك عن طريق شبكات التوزيع .

أما في طريقة الانتاج المتقطع , يتم استخدام محطات توليد صغيرة بدلا من تلك المركزية وتتأسس هذه المحطات بالقرب من مكان الاستهلاك .

خسائر الكهرباء المتولدة عن طريق محطات الطاقة الكبيرة موضح في الجدول التالي :

الخسائر مقدار الخسائر (%)
الاستهلاك الداخلي لمحطات الطاقة الكهربائية     ۴
شبكات النقل     ۴/۵
شبكات التوزيع     ۱۷/۵
المجموع ۲۶

كما يلاحظ , ۲۶% من الكهرباء المتولدة بالطريقة المركزية يتم هدرها اثناء النقل والتوزيع .
في التقرير الذي تم تهيئته من قبل وزارة الطاقة ,اكثر من 30 بالمئة من السعة يتم تعيينها كخسائر خلال ذروة الصيف .

لذلك فإن تبديل انتاج الطاقة المركزية الى انتاج الطاقة المتقطعة يعد تصميم حاسم و استراتيجي .

فوائد استخدام طريقة الانتاج المتقطع

  • انتاج الكهرباء الاضطرارية
  • تقليل تكلفة الانتاج والتوزيع
  • زيادة الكفاءة في انتاج الكهرباء
  • تقليل خسائر النقل والتوزيع
  • زيادة الأمن والاستقرار ونوعية إمدادات الطاقة
  • الاستفادة من المحروقات المختلفة وزيادة الكفاءة
  • الحد من تحميل الشبكة خلال ساعات الذروة (الذروة)
  • تقليل حجم الاستثمار وبالتالي تسهيل دخول عدد كبير من القطاع الخاص
  • ملكية عدد اقل من الاراضي من أجل تنمية الشبكة والحد من التبعات المالية والاجتماعية و البيئة المحيطة والتلوث
الانتاج المتقطع والانتاج المشترك

الانتاج المشترك للكهرباء والحرارة

في طريقة الانتاج المتقطع , بسبب القرب من مكان الاستهلاك ,يوجد امكانية لاعادة تدوير الحرارة, في نفس الوقت مع الكهرباء . بتعبير اخر , في العادة الانتاج المتقطع (DG) يؤدي الى الانتاج المشترك (CHP). الانتاج المشترك هو عبارة عن انتاج متزامن لعدة أنواع من الطاقة القابلة للاستخدام ( في العادة كهربائية وحرارية ) في نظام واحد ومتكامل .

عندما يتم في أحد الأنظمة بالاضافة الى انتاج الكهرباء والحرارة باستخدام الطاقة المهدورة فإنه يتم أيضا  انتاج البرودة ويطلق عليه اسم CCHP (Combined cooling, Heating & Power). في نظام التوليد المتزامن للكهرباء والحرارة بالاضافة الى الفوائد التي تم ذكرها تزداد الكفاءة بشكل كبير  من أجل التوليد المتقطع. من خلال تنفيذ هذا النظام فإنه يمكن تحقيق كفاءة أكثر من ۸۰%

تقنية CHP

أنظمة CHP المرتبطة بنوع المحفز الأولي (Prime Mover) تتقابل مع تقنيات مختلفة.

تصنّف المحفزات الأولية في الأنواع التالية:

  • ميكروتوربينات
  • محرك استرلينك
  • خلايا الوقود
  • للتوربين الغازي

محطات الطاقة الشمسية , الرياح والأزرق الصغير أيضا يعدوا من فئة الانتاج المتقطع .

CHP عينة مپنا

CHP عينة مجموعة مپنا مع قابلية التبديل لنظام CCHP تتشكل من العناصر التالية:

  • مبرّد ( اختياري )
  • نظام التحكم والمعدات الملحقة
  • توربين غازي
  • غلّاية ارجاعية حرارية
  • مولدة
  • تحلية المياه

تصميم زيادة الكفاءة والانتاج

در این طرح به صورت انتخابی (Option) امکان استفاده از بخشی از بخار تولیدی توسط بویلر بازیاب یا بخشی از برق تولیدی توربین در یک دستگاه چیلر جهت خنک کاری هوای ورودی به توربین وجود دارد. با استفاده از این طرح و خنک کاری هوای ورودی به ۱۵درجه سانتیگراد ، امکان افزایش ظرفیت توربین و افزایش راندمان در فصول گرم فراهم می گردد.

شرح نظام

CHP عينة مپنا

CHP في بداية دورة  الانتاج وباستخدام طاقة الوقود , بواسطة التوربين الغازي موديل UGT25000 زوریالی اوكرانيا والمولدة موديل Jisalt 245 F زومونت فرنسا ,يتم توليد 25 ميجا واط من الكهرباء في ظروف ISO .

بتوجيه الدخان الخارج من التوربين بمعدل 87 كيلوغرام في الثانية وبدرجة حرارة 480 درجة مئوية الى داخل غلّاية ارجاعية حرارية (HRSG) , يقوم بانتاج بحدود 48 طن بالساعة من البخار بضغط نسبي 12 اتموسفير وحرارة 200 درجة مئوية. البخار الناتج يمكن أن يصل للمستهلك. في CHP عينة مپنا يمكن أن يستخدم هذا البخار في جهاز تحلية المياه من النوع الحراري ويمكن انتاج الماء المحلّى بحجم تقريبي 104 ليتر في الثانية ( 9000 متر مكعب في اليوم ).

الحسابات التي أنجزت على CHP عينة مپنا تظهر أنه في ظروف ISO تكون كفاءة النظام بحدود 80 بالمئة .

مواصفات

التوربين الغازي

في مجموعة التوليد المتزامن للكهرباء والحرارة , التوربين يلعب دورا مهما جدا. في هذه المعدات , بعد أن يعبر الهواء المحيطي من مجموعة التصفية يقوم بالدخول في قسم الضاغط ومن هناك بعد العبور بطبقات مختلفة يصبح مضغوطا بنسبة محددة.

في المرحلة التالية احتراق الهواء المضغوط والوقود المحقون , يؤدي الى تحرير الطاقة المرسلة , والطاقة الناتجة عن عمل محور التوربين توفر الطاقة الميكانيكية اللازمة من أجل دوران المولدة .

بالاضافة الى انتاج الطاقة الميكانيكية , الغازات الخارجة من التوربين والتي تمتلك درجة حرارة عالية تنتقل الى الغلّاية الارجاعية من أجل الاستخدام التالي .
التوربين الغازي المستخدم في مشروع CHP عينة مپنا من نوع UGT 2500 (DG80) والذي يكون في الوقت الحالي عقد نقل المعرفة التقنية من خلال انتاج وتجميع 42 عدد من هذه التوربينات بين شركة ZORYA-MASHPROEKT الاوكرانية والشركة الهندسية لصناعية التوربينات مپنا .

المواصفات المهمة التقنية والحرارية لتوربين UGT 25000 في ظروف ISO عبارة عن:

مواصفات التوربين الغازي UGT-25000      
(Rated Power (MW ۲۵
Electrical Efficiency (%) ۳۵٫۰
(Exhaust Gas Mass Flow (Kg/s ۸۷
(Exhaust Gas Temperature (C ۴۸۰
 Presseure Ratio ۲۲٫۶:۱
(Dimensions (m*m*m ۶٫۵*۲٫۵*۲٫۶
(weight (Ton ۱۶
(Gas Turbine Output Shaft Speed (rpm ۳۰۰۰
مواصفات

المولدة سنكرون

مهمام المولدة هي توليد الطاقة الكهربائية في تردد واحد وجهد خاص.

وهكذا يتم نقل القدرة المكيانيكة من شفت التوربين إلى شفت المولدة بشكل دوراني وعن طريق وصلة اقتران و بالتزامن مع التدفق يتم اعمال ال DC ويتم تحريض جهد ثلاثي في الأسلاك الملتفة للروتور . في المولدات ذات الترددات الكهربائية المتناسبة مع السرعة الدورانية لشفت انتقال القوة . المولدة المستعملة في مشروع ال  CHP نموذج مپنا من نوع Jisalt 245 F , التي أجريت وفقاً للإتفاقات , وضع مشروع انتقال العلوم التقنية والانتاجية لها على لائحة جدول أعمال شركة مپنا الهندسية لصناعة المولدات . المواصفات التقنية لهذه المولدة تعرض بالجدول بالأسفل .

المواصفات الهندسية للمولدة JISALT 245      
Rated Continuous Output ۲۵
(Rated Nominal Voltage (KV ۱۱
(Rated Frequency (HZ ۵۰
(Rated Speed (rpm ۳۰۰۰
(Dimensions (m*m*m ۶٫۵*۴٫۶*۳٫۹
(weight (Ton ۶۴٫۲
مواصفات

النظام الكهربائي الأتوماتيكي

تشمل تجهيزات نظام اهي الأصلية في مصانع ال CHP مجموعة من التوربينات والمولدات و السخانات الإرجاعية و أجهزة تحلية المياه بالإضافة لمعداتهم الإضافية .
و في حال تشغيل أكثر من واحدة في المصنع يضاف إليهم أقسام مشتركة أيضاً .

يتم استعمال نظام التحكم الأتوماتيكي ACS من أجل الحيلولة عن دخول الأنظمة التمذكورة سابقاً بأعمال غير مسموحة Hazardous , بما في ذلك من أنظمة حماية تعمل وفق المعايير الاعتيادية .
يتم تخصيص نظام تحكم اتوماتيكي Automatic Control System للتحكم بكل واحدة في هذه العملية وفيما يلي مواصفات البرمجيات و المعدات الصلبة لهذا النطام :

  • HMI Software: WIN CC
  • Protectopn System of ACS is based on SIL-3_Certfied
  • Software for Logic Develop: SIMATIC MANAGER STEP 7
  • Hardware : – CPU , – IO Module

تستطيع أنظمة حماية الحركة التي تتضمن (Exciter و AVR)و مولدات سنكرون أن تكون جزء من ال ACS

الوظائف الأساسية

لنظام التحكم الاتوماتيكي

عمل نظام ال ACS لكل واحدة في سياق التنفيذ و وتحقيق الأهداف التالية لكل من الأنظمة الأساسية و الجانبية لمجموعات التوربينات , وقسم من المولدات والسخّانات الإرجاعية و أجهزة تحلية الماء :

  • التحكم الاتوماتيكي
  • الحفاظ على الأنظمة من وقوع أمور حرجة وخطيرة
  • Governing
  • الاشراف والمتابعة

يستفيد هذا النظام من -الوظائف التشغلية الذاتية يعني وظائف التحكم و Governing و الحماية المبنية على SIL-3 وعمليات خاصة Monitoring and Archiving, Data Gathering  – لنفيذ وتحقيق الأهداف المذكورة بالأعلى .

كل واحد من الأهداف الأصلية المذكورة أيضاً تستخدم لتغطية جميع الأهداف المذكورة من مجموعة إجراءاتها الداخلية .

في هذا النظام Local Operator Panel تم التوقع باستخدام ال ابراتور في التشغيل .نشاهد في الشكل بالأسفل مثال عن مخطط الشبكة ونظام تكوين ال ACS .

غلّاية ارجاعية حرارية

يتم تركيب جهاز سخّانة حرارية Heat Recovery Steam Generator  من أجل إعادة تدوير الطاقةالموجودة في الغازات الحارّة الناتجة عن التوربين الغازية .

يستفاد من البخار الناتج من أجل تأمين الطاقة الحرارية اللازمة لجهاز تحلية المياه . وتجدر الإشارة إلى أن الاستفادة من حرارة المحطات التالفة في إيطار ال CHP يؤدي إلى زيادة كفائتهم الحرارية من 30 إلى 80 بالمئة .

يتم تصميم وصناعة السخّانة الحرارية الإرجاعية  المذكورة بواسطة شركة مپنا بويلر وبإشراف شركة دوسان الكورية الجنوبية .

نوع هذه السخّانة أفقي وأيضاً يمكن تصميمها مع شعلة إضاقية أيضاً .

مواصفات السخّانة الإرجاعية بحسب شروط الإيزو في الجدول التالي :

مواصفات السخّانة الإرجاعية      
(Flue Gas Flow Rate (Kg/s ۸۷
(Steam Pressure (barg ۱۲
(Stream Flow Rate (Ton/hr ۴۷٫۸
(Steam Temperature (C ۲۰۰

المبرّد

بهدف زيادة قدرة وكفائة التوربين الغازية وزيادة الكفائة بشكل عام , يوجد قي مپنا نظام تبريد بعنوان الحل الأمثل في ال CHP والذي يقوم بتبريد الهواء الذي يدخل إلى الضاغط بشروط الايزو (15 درجة سنتي كراد ) في الفصول الحارّة .

وبهذه الطريقة تزداد استطاعة التوربين بنسبة 7 ميجاواط وكفائتها بنسبة ۳٫۳ بالمئة .

في نظام التبريد يتم الاستفادة من البخار الناتج عن السخانة الارجاعية أو الكهرباء الناتج عن التوربين الغازية كقوة دفع  .

معدل الهواء الذي يتدفق إلى الضاغط من أجل تبريده يصل إلى 87 كيلو غرام في الثانية.

جهاز تحلية المياه

حيث أنّ في تصميم ال CHP ,يمكن التحطم  ببخار السخّانة الناتج عن الطاقة الارجاعية لغازات التوربين الناتجة  , يعتبر جهاز تحلية الماء الحراري ( التبخيري )أفضل من الجهاز الغشائي ويوفّر من تكاليف إنتاج الماء المحلّى .

التكنولوجيا المستعملة هي ال MED-TVC , لأن هذه التكنولوجيا بالإضافة إلى أنها تحناج إلى ضغط وحراراة قليلين , أيضاً تستهلك القليل من الكهرباء ,وتغطي مجموعة القدرات اللازمة لتصميم ال CHP .

في نظام ال MED-TVC  يتم توجيه مياه البحر داخل أنابيب المضخة . ويقسم هذا الماء بعد التسخن الابتدائي في المكثف إلى قسمين .

وظيفة القسم الأكبر منه هي هي التبريد وتعاد إلى البحر و القسم الثاني المياه المغذية التي توجه إلى ال اوبراتور .

في هذا النظام تتم عملية التبخير على السطح الخارجي لأنابيب التسخين و تتم عملية التكثيف داخل الأنابيب .

كلّما ازداد عدد المراحل كلما نقص مقدار البخار الداخل اللازم لعمليات النظام . يتم استعمال ضاغط من أجل زيادة الكفاءة وإيحاد الفراغ المناسب في هذا النظام .

استطاعة هذا التصميم الانتاجية هي 9000 متى متر مكعب في اليوم ( 375 متر مكعب في الساعة ) من الماء العذب . في جهاز تحلية الماء السابق يتم الاستفادة من الضغط المتوسط للبخار الناتج عن السخانة الحرارية الإرجاعية HRSG و الماء الذي يتم تحليته هو ماء البحر . يعتبر المنتج ماء عذب Potable Water ويستعمل للشرب .وأيضاً من الممكن الاستفادة من حرارة الماء الذي تمّ تكثيفه للتسخين الأوّلي للماء الداخل للواحدة .يتم إعادة جزء من الماء المنتج في المرحلة الأولى من أجل تأمين البخار اللازم لعملية التحلية إلى السخّانة .

المواصفات التقنية للواحدة هي :

 
مواصفات عملية تحلية المياه      
Desalination Type MED-TVC
(Product Net Flow Rate/Unit (m3/Day ۹۰۰۰
[(GOR [product/inlet steam (mass ratio ۸٫۵
(Operating Steam Pressure (barg ۱۲
(Operating Steam Temperature (C ۲۰۰
Effects Tube Arrangement Horizontal
(Guaranteed Product Water TDS (ppm Less than 10
(Steam Flow Rate/Unit (Ton/hr ۴۷٫۸