ارتقاءکیفیت توان با استفاده از میکروتوربینها

شرکتHarbec Plastics سازنده قطعات پلاستیکی برای صنایع پزشکی وغذایی، دارای تجارب ناخوش آیندی ازقطع توان درکارخانجاتش میباشد.مجموعه تجهیزات این کارخانه یک پروسه تولیدپیچیده شامل30ماشین

(Computer Numerical- Controlled)CNC وتعدادی ماشینCAD  (Computer Aided Design)میباشد.                      

قطع لحظه ای قدرت در کارخانه باعث خروج از تنظیم ماشینهای CNC خواهد شد. در بهترین وضعیت خروج یک ماشین نیاز به شش تا هشت ساعت زمان برای بازیابی عملکرد عادی و راه اندازی مجدد دارد. در بدترین وضعیت باعث تخریب محصول شده، تولیدات چند روز را ضایع می سازد.

مدیریت شرکت خواهان یک راه حل بود که مستقل از شبکه، بتواند یک منبع تغذیه AC مداوم و پیوسته را برای تغذیه بارها و موتورهای الکتریکی کارخانه (تاHp 60) ایجاد نماید. خصوصیات منبع مورد نیاز در دسترس بودن بصورت مداوم، اقتصادی بودن، قابلیت تولید ولتاژ سه فاز Hz60 ، نیاز کم به تعمیرات، اقتصادی بودن سوخت آن، تشعشعات و آلودگی کم بود. پس از مطالعه انواع سیستمها از جمله ژنراتورها، میکروتوربینها، توربینهای بزرگ، سلولهای سوختی ( Fuel Sells) و فتوولتائیک سرانجام شرکت راه حل میکرو توربینها را برگزید.

فناوری میکروتوربین : میکروتوربینها ژنراتورهای کوچک الکتریسیته و حرارت میباشند که عملکرد آنها مشابه یک توربین جت است با این تفاوت که می توانند تنوعی از سوختهای اقتصادی قابل دسترسی نظیرگاز طبیعی، گازوئیل و پروپانول را بپذیرند. این واحدها که از نظرحجم تقریبا"به اندازه یک یخچال می باشند قابلیت کاردر یک شبکه(متصل به شبکه)،عملکرد بصورت مستقل وجدا از شبکه وسرانجام مد دوگانه(Dual) را دارا میباشند.

کارکرد در حالت اتصال به شبکه به واحد اجازه کار به صورت موازی با شبکه را می دهدبنحویکه آنرا برای تامین بار پایه و پیک زدایی مهیا می کند. حالت عملکرد مستقل، امکان کارکرد واحد را بصورت کاملا" مستقل از شبکه فراهم می کند. در حالت دوگانه واحد می تواند بین دو حالت ذکر شده قبلی بصورت اتوماتیک (یا دستی) سوئیچ شود.

میکروتوربینها شامل یک توربوژنراتور، بخش الکترونیک قدرت دیجیتالی و یک سیستم سوخت می باشند. توربوژنراتور شامل یک سیستم احتراق مکانیکی با تنها یک قسمت متحرک ( یک محور با یک روتور توربین در یک انتها و یک ژنراتور مغناطیسی دائم در قسمت دیگر ) و همچنین یک کمپرسور هوا می باشد. کمپرسور هوا را بداخل کشیده و پس از افزایش فشار آن و گرم کردن اولیه هوا، هوای گرم شده با سوخت مخلوط شده، محترق می گردد. انبساط مخلوط هوا و سوخت باعث گردش محور توربین و نهایتا" ایجاد الکتریسیته میگردد.گرم کردن اولیه هوا راندمان سیستم را(با توجه به کاهش سوخت مصرفی) افزایش میدهد.

 سیستم میکرو توربین توسط هوا خنک شده و تنها دارای یک عضو متحرک روی تکیه گاههای هوایی است.

 این امر فرسودگی و تعمیر قطعات را حداقل کرده، روغنکاری، خنک کننده و سیستمهای مرتبط با آنها را حذف می کند. هم چنین قسمت الکترونیک قدرت که شامل یک اینورتر با کلیدهای نوعIGBT و سیستم کنترل مبتنی بر (Digital Signal Processing) DSP می باشد با هوا خنک می گردد.

دیگر خصوصیات میکروتوربینها بشرح زیر می باشد:

1- کار کرد دائم: اگر چه اغلب برای تامین بار و پیک زدایی و حالت آماده بکار ( Standby)بکار می روند، اما میکرو توربینها برای کار دائم در بارنامی طراحی شده اند.

2- حداقل تعمیر: برای واحدهایی که با سوخت گاز با فشار زیاد کار میکنند تمیز کردن یا تعویض فیلترهای هوا و سوخت به ازاء 8000 ساعت کار دائم ( حدود یکسال کار) توصیه می شود. در هر 16000 ساعت، تمیز کردن یا تعویض سنسور های حرارتی و آتش زنها( igniter) توصیه می گردد. اکثر میکرو توربینها به تعمیرات اساسی ( Over hall) تنها بعد از 40000 ساعت کار دائم، نیاز دارند.

3- آلودگی کم: سیستم احتراق کنترل شده دیجیتالی در بارنامی کمتر ازppm9 اکسید نیتروژن و دیگر هیدروکربنهای نسوخته (در سوخت گازی) تولید می کند.

4- تولید مجدد( Cogeneration) : از حرارت خروجی واحد می توان در کاربردهای مختلفی استفاده نمود. مهمترین موارد استفاده گرم کردن محیط( در فصل زمستان) و کاربردهای خنک کننده و تهویه مطبوع(در فصل تابستان) می باشد. استفاده از حرارت خروجی، بازده سیستم را تا 70 % و بیشتر بالا می برد.

مشخصات سیستم نصب شده : تجهیزات نصب شده شامل 24 واحد میکروتوربین(هریک به قدرت KW30 ) و 5 واحد تولید مجدد می باشد.درصورت ضرورت هریک از واحدها را میتوان جهت سرویس و تعمیرات از مجموعه جدا نمود، بدون اینکه ضرورتی برای خروج دیگرواحدهاباشد.خروجی سیستم سه فازه60هرتز با ولتاژ VAC 480 میباشد.

سیستم نصب شده فعلا" مستقل از شبکه مجموعه را تغذیه کرده، از شبکه تنها به عنوان پشتیبان میکرو توربین استفاده می شود. انتقال قدرت از میکرو توربینها به شبکه در حال حاضر به صورت دستی انجام می شود اما سیستم کنترل مجموعه، امکان انتقال اتوماتیک از میکروتوربینها به شبکه و بالعکس را دارد.

5 واحد تولید مجدد، حرارت خروجی را جذب نموده تا آب 180 درجه فارنهایت تولید کنند. در زمستان بخشی از آب گرم برای گرم کردن محیط انبارهای کارخانه و باقیمانده برای گرمای محیط استفاده می شود. در تابستان گرمای حاصله یک چیلر جذبی 200 تنی که آب سرد شده تولید می کند را تغذیه می کند در نتیجه بدون اضافه کردن بار الکتریکی به کارخانه، سیستم تهویه مطبوع در دسترس می باشد.

خلاصه : میکروتوربینها راه حل مناسب و جذابی برای مواقعی که یک منبع قدرت دائم مورد نیاز است می باشند. سوخت آنها متنوع بوده بنحویکه قادر به سوئیچ کردن از گاز طبیعی به پروپان هستند.آلودگی آنها تقریبا" صفربوده، نیاز به تعمیرات نداشته و امکان بازیافت حرارت خروجی آنها نیز وجود دارد.

منبع :      IndustryClick Article                              

آدرس :http://industryclick.com       

هماهنگی استاندارهای کیفیت توان در IEC , IEEE

مقاله زیر گزارشی در مورد هماهنگی بعمل آمده بین استانداردهای IEEE وIEC در مورد مفاهیم و تعاریف مربوط به کیفیت انرژی الکتریکی می باشد.

کمیته هماهنگی استاندارد کیفیت توان (Standard Coordinating Committee) SCC – 22 جهت هماهنگی تعاریف کیفیت توان فعالیتهایی انجام داده است. این امر به منظور نزدیکتر کردن تعاریف بین  IEEE و IEC انجام شده است . چرا که این کمیته موارد مختلفی از تفاوت و یا تضاد تعاریف را مشاهده نمود. گروه کاری مدارک جمع آوری شده را جهت دسترسی همگان در شبکه اینترنت به آدرس :http://grouper.ieee.org/groups/1433/     قرار داده است.

مونیتور کردن کیفیت توان

مقایسه دقیق سطح کیفیت توان از یک وسیله و سیستم به وسیله دیگر به متدولوژی ثابت و محکمی نیاز دارد. استاندارد موجود IEEE-1159 فقط تعاریف و راهنمایی های کلی و عمومی را ارائه می کند. در نتیجه گروه کاری پیگیر دستورالعملهای دقیقتری برای مونیتور کردن سیستم می باشد.

در طرف دیگر اعضای IEC در حال توسعه استانداردهای مشخصی مرتبط با تجهیزات مونیتورینگ برای پدیده های کیفیت توان می باشند. به عنوان مثال استاندارد IEC 61000-4-7 تجهیزات مورد نیاز برای مونیتورینگ و اندازه گیری هارمونیکها را بیان می کند در حالی که استاندارد 61000-4-5 تجهیزات و روش کار مونیتورینگ فلیکر را تشریح می نماید. استاندارد 61000-4-30 در تلاش برای تهیه توصیه هایی جهت مونیتورینگ تمام پدیده های کیفیت توان می باشد.

کاهش ولتاژ ( Voltage Sag )

گروه کاری "کیفیت ولتاژ در شبکه توزیع" براساس استاندارد IEEE-P 1564 در حال تهیه شاخص هایی برای تعیین تاثیرات کاهش ولتاژ بوده، درصدد مقایسه آنها در سیستم های مختلف می باشد. علاقمندان    می توانند به استاندارد IEEE-1346-1998 مراجعه نمایند.

اعضای IEC-SC-77A درگروه کاری 8 اخیرا"طرح اولیه استاندارد IEC-61000-2-8 راتحت عنوان"کاهش ولتاژوقطعی های کوتاه مدت" تهیه کرده اند.هدف این استاندارد تشریح مشخصات وعملکرد سیستم میباشد.

هارمونیکها

در این ارتباط بخش زیادی از کارهای انجام شده در IEEE به سمت تکمیل استاندارد IEEE-519-1992 گرایش دارد. برای شناخت از کارهای انجام شده در این ارتباط می توانید به آدرس زیر مراجعه نمائید:

http://grouper.ieee.org/cgi-bin/netforum/ieee519/a/1 

مباحث انجام شده در گردهمایی زمستانه IEEE بر روی محدودیت حد هارمونیکی در داخل تجهیزات مصرف کنندگان معطوف شده بود. استاندارد 519-1992 توصیه های محدودیتی برای سطح هارمونیکها در نقطه اتصال عمومی (Point of Common Coupling) PCC یعنی نقطه مشترکی که مصرف کنندگان دیگر نیز تغذیه می شوند دارد. حد توصیه شده اعوجاج ولتاژ در PCC برابر با 5% برای اعوجاج هارمونیکی کل (THD) و 3% برای هارمونیکهای تکی است. در این ارتباط حد مشخص شده در IEC برای سیستم های ولتاژ پائین، اجازه THD برابر 8% را داده که شامل هارمونیکهای تکی نیز می گردد. دیگر فعالیت انجام شده در حوزه هارمونیکها بر روی محدودیت هارمونیکی تک فاز و هم چنین اینترهارمونیکها می باشد. این گروههای کاری تلاش خود را برای بازبینی استاندارد 519 معمول نموده اند.

گروه کاری فیلتر هارمونیکها که خود بخشی از زیر کمیته خازنها می باشد، اخیرا" راهنمائی برای طراحی فیلتر هارمونیکها تهیه کرده است که تحت عنوان IEEE - P1531 شناخته شده است. این مدارک هم اکنون در مرحله تصویب نهائی است. زیر گروهی نیز برای فیلترهای اکتیو تحت نظارت گروه هارمونیکهای IEEE تشکیل شده است که تاکنون مدارک خاصی تهیه ننموده است.

فلیکر

استاندارد IEC – 61000 – 4 – 15  دستور العمل اندازه گیری و هم چنین تجهیزات مورد نیاز را برای مونیتورینگ فلیکر ولتاژ به منظور تعیین مشخصات آنها ارائه می نماید. بروز کردن این استاندارد شامل مشخصه پاسخ لامپهای ملتهب در سیستم های^v 120 با فرکانس^HZ 60 می باشد که اجازه می دهد از همان تجهیزات مونیتورینگ برای تعیین مشخصات فلیکر در شبکه قدرت آمریکای شمالی نیز استفاده شود.        

استاندارد IEEE - P 1453 نیز در پی پذیرفتن و تطبیق با استاندارد IEC می باشد.

توان با کیفیت ( Custom Power )

گروه کاری CP تحت استاندارد IEEE – P 1409 درصدد توسعه راهنمای کاربردی برای تکنولوژی CP است تا کیفیت توان را در سیستم های توزیع ارتقاء دهد. این امر نکته مهمی برای بسیاری از مصرف کنندگانی است که مایلند توان با کیفیت خوبی دریافت نمایند (حتی از طریق عقد قرار داد مخصوص). این راهنما سال آینده تکمیل خواهد شد.

تولید پراکنده ( Distributed generation )

استاندارد جدید IEEE – P 1547 راهنمائی هائی برای اتصال تولید پراکنده , با سیستم های قدرت ارائه خواهد نمود. این استاندارد نیازمندی های لازم ( از دیدگاه کیفیت توان ) را برای اتصال واحدهای مستقل به یکدیگر ارائه می نماید. برای اطلاع بیشتر از این استاندارد می توان به آدرس زیر مراجعه نمود:

 

http://grouper.ieee.org/groups/scc21/1547

کمیته هماهنگی استانداردهای IEEE

کمیته هماهنگی استانداردهای IEEE  تحت عنوان SCC – 22  همه فعالیتهای زیر مجموعه کیفیت توان در IEEE را در نشستهای تابستان و زمستان خود هماهنگ می سازد تا از طریق ارائه گزارش زیر کمیته ها، از هم پوشانی و یا تداخل مسئولیت مجامع جلوگیری شود. درحال حاضر فعالیت SCC – 22 بر روی مونیتور کردن کیفیت توان در استاندارد IEEE – 1159 معطوف شده است.

گروههای کاری IEC

تحت نظارت کمیته مطالعاتی هماهنگی الکترومغناطیسی 77A ، استانداردهای کیفیت توان مورد بررسی و توسعه قرار می گیرند. کمیته ملی کشورها نیز فعالیتهای خود را با کمیته کاری مربوطه هماهنگ می سازند. در حال حاضر پنج گروه کاری در IEC 77A  بر روی مباحث زیر مشغول به کار می باشند :

گروه کاری 1 : هارمونیکها و دیگر اغتشاشات فرکانس پائین . این گروه کاری فعالیت خود را بر روی محدوده و روشهای اندازه گیری هارمونیکها و اینترهارمونیکها معطوف نموده است.

گروه کاری 2 : فلیکر و دیگر اغتشاشات فرکانس پائین . گروه کاری فوق فعالیت خود را بر روی حد نوسانات ولتاژ ایجاد شده توسط تجهیزات مصرف کنندگان و روشهای اندازه گیری آنها معطوف نموده است.

گروه کاری 6 : آزمایشات مصونیت فرکانس پائین . این گروه آزمایشاتی که مصونیت تجهیزات را در برابر تغییرات کیفیت توان ارزیابی می کند، تهیه و توسعه می دهد.

گروه کاری 8 : تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس شبکه . گروه کاری بر روی تأ ثیر متقابل پدیده کیفیت توان بین شبکه و تجهیزات مصرف کنندگان فعالیت می نماید.

گروه کاری 9 : روشهای اندازه گیری کیفیت توان . این گروه در حال توسعه 61000–4–30 IEC        میباشد که شامل راهنمای کلی برای تعریف تجهیزات مونیتورینگ کیفیت توان است.

 

 منبع : IndustryClick                                       

آدرس :    http://industryclick.com

کیفیت توان چالشی نوین برای توزیع انرژی الکتریکی در فشار متوسط

اغتشاشات قابل وقوع در شبکه انرژی الکتریکی که می توانند ناشی از صاعقه ، سوییچینگ نامناسب یا اتصال کوتاه ، افزایش حساب نشده سهم واحدهای تولید با انرژی تجدید ناپذیر و کاهش تعداد خطوط و پستهای رزرو، همگی دارای تاثیرات منفی بر کیفیت توان شبکه های توزیع فشار متوسط و ضعیف میباشند. به منظور بهبود کیفیت توان در این دو سطح از ولتاژ ، حداقل برای مشترکان حساس ، تلاشهای مفیدی در زمینه ارتقاء فناوری های موجود و تکنیک های مورد استفاده در مبدل های الکترونیک قدرت انجام پذیرفته است . اما از نظر اقتصادی ، بهتر است تا در آینده ساختاری را بنا نهاد تا بازار انرژی به صورت رقابتی و خصوصی باشد تا این مسائل از اساس، صحیح طراحی و اجرا گردد. علاوه بر شیوه های تغییر مبدل های الکترونیک قدرت ، فناوری اطلاع رسانی (I.T. ) نیز نقش مهمی در این زمینه بازی می کند.
خصوصی سازی و افزایش تولید واحدهای خصوصی هر دو دارای تاثیرات مثبتی بر کیفیت توان هستند. همچنین مقدار سرمایه گذاری لازم برای کسب میزان معینی از کیفیت توان، به ساختار سیستم توزیع و حوزه پوشش آن باز می گردد. از دیدگاه مهندسی برق ، روشهای زیادی در سطوح ولتاژ فشار متوسط و فشار ضعیف برای ارتقاء سطح کیفیت توان وجود دارد . این مهم در شکل شماره 1 ملاحظه می گردد.

 

 

شکل 1

در شکل(1) ، در سطح فشار متوسط سیستم های اتوماتیک که کار کنترل و پردازش داده را انجام می دهند، ملاحظه می گردند.
در سطح فشار متوسط نیز بهترین سیستم ها یکیSVC که بصورت گسترده ای بکار گرفته شده است و نیز سیستم های بازگردان دینامیکی ولتاژ (Dynamic Voltage Restorer) و یا DVR ، منبع انرژی الکتریسیته غیر قابل قطع (Uninterruptible Power Supply) موسوم بهUPS و نیز کندانسور سنکرون می باشند.
از دیدگاه نوین ، طراحی و توسعه سیستم های قدرت ایده آل و گرانقیمت نیز مورد توجه قرار گرفته اند. در سیستم های قدرت ایده آل ، کنترل بی درنگ شبکه فراهم گردیده و در مقابل اغتشاشات حاصل از بارها تجهیزات حساس شبکه را حفاظت می نمایند . بعنوان مثال در شکل شماره (2) یک سیستم ایده آل برای فشار متوسط نشان داده شده اند و بارهایAC و DC آن به صورت صحیحی حفاظت می گردند.

شکل 2

منبع : شرکت ABB
آدرس : http://www.abb.com

اندازه گیری و بهبود کیفیت توان الکتریکی

امروزه کیفیت برق برای شرکتها و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی از اهمیت خاصی برخوردار است.لوازمی همچون کامپیوترها، لوازم الکتریکی ودستگاههای صنعتی قابل برنامه ریزی و کنترل کننده ها، نسبت به اغتشاش در برق بسیار حساسند. از سوی دیگر، استفاده از لوازم تولیدکننده اغتشاش در سیستم قدرت مانند منابع الکترونیک قدرت و کنترل دور موتورها روند رو به افزایشی یافته است.مؤسسه Power tech با همکاری شرکت مادر خود یعنی شرکت B.C.Hydro اقدام به برآورد کیفیت توان در دو منطقه کرده است. یکی از این دو، برآورد دو ساله توان مصرف کنندگان B.C.Hydro در بخش توزیع و دیگری برآورد سه ساله کیفیت توان شرکت برق کانادا بوده است.

برای انجام این برآوردها، Powertech نرم افزاری تهیه کرده است که بطور اتوماتیک، اندازه و طول دوره زمانی پارازیتها را تعیین می کند که در استاندارد ANSI/IEEE شماره    446 ,Power Quality آمده است و مشخص می نماید که آیا اغتشاشات ثبت شده مشکل ساز می باشند یا خیر ؟

برنامه مذکور، قابلیت تجزیه و تحلیل تغییرات ولتاژ در طولانی مدت را نیز داراست. نتایج این تجزیه و تحلیل بصورت هیستوگرامهایی که محدوده تغییرات ولتاژ و مقدارمیانگین آن را نشان می دهند، نمایش داده می شود.

همچنین نرم افزاری برای اندازه گیری طولانی مدت هارمونیکها نیز ارائه گردیده است. این نرم افزار به تشخیص مشکلات منابع رزونانس هارمونیکی کمک کرده و می توان با استفاده از آن و به کمک استاندارد هارمونیکهای IEEE شماره 519 ،میزان هارمونیک ایجاد شده در شبکه توسط هر مشترک را تعیین کرد.

می توان در آزمایشگاهها با استفاده از آزمایشهای خاص به میزان هارمونیک تولیدی توسط منابع الکترونیک قدرت و بالاست(چوک) لامپهای فلورسنتها پی برد. هارمونیکها و علی الخصوص هارمونیک سوم، می توانند لوازم متصل به شبکه را تحت تاثیر قرار داده و هم برای مشترک و هم برای شرکت برق مشکلات جدی را ایجاد نمایند. در سیستمهای سه فاز، بالا بودن جریان هارمونیک سوم می تواند باعث اضافه بار شدن سیم نول ساختمانها گشته و تلفات ترانسفورماتورها را افزایش داده و درنتیجه باعث داغ شدن بیش از حد و پیری زودرس آنها گردد.

کارشناسان این مؤسسه می توانند با استفاده از اسیلوسکوپهای دیجیتالی و تجزیه و تحلیل کامپیوتری به میزان هارمونیک موجود در برق مصرفی تا هارمونیک مرتبه صدم ( و در صورت نیاز، مراتب بالاتر از آن ) پی ببرند.

این مؤسسه توانایی انجام کلیه آزمایشهای ایمنی بر روی لوازم الکتریکی را نیز داراست. این موسسه می تواند تجهیزاتی اعم از اتصالات فشار قوی، برقگیرها، رابطهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی تولیدکننده امواج ضربه را بر طبق استاندارد ANSI/IEEE شماره  C62.41   (1991) مورد آزمایش قرار دهد. تستهای با سطح 6kv یا 3kA با روندی روتین قابل انجام می باشند.

 

برای اطلاعات بیشتر با آدرسهای زیر تماس بگیرید:

 

*Dr.Bruce Neilson Electrical Technologies

E-mail:[e-mail]       Phone:[phone]

 

منبع :            مؤسسه  Powertech

آدرس:  http://www.powertech.com