سیستم های تولید همزمان حرارت و قدرت در آمریکا ( CHP )

چنانچه یک فناوری جدید ارائه شود که بتواند هزینه انرژی را 40% ، آلاینده های اتمسفر را 50% کاهش و راندمان تولید انرژی را 20% افزایش دهد و سرمایه گذاری در آن در کمتر از 5 سال برگردد آیا نباید صنایع و مصرف کنندگان مختلف انرژی برای خرید این فناوری عجله کنند؟ قانون گذاران و مسئولان حمایت کافی برای رشد این فناوری را بنمایند؟ این فناوری وجود دارد و تولید همزمان قدرت و حرارت (CHP) گفته می شود ولی کمتر مورد توجه بوده است حتی فروش آن از سال 1997 به بعد در آمریکا بخاطر مسائل جانبی کاهش یافته است. این مسائل قوانین خاصی است که در بعضی ایالتها برقرار شده که موانعی را در سر راه رشد CHP ایجاد کرده است. در زیر یک نمونه ارائه می شود.

دانشگاه ماساچوست (MIT) از سال 1985 به دلائل مختلف درصدد تولید انرژی مورد نیاز خود بر آمد که این بیشتر بخاطر بالا رفتن هزینه مصرف انرژی دانشگاه بود. در این راستا دانشگاه یک نیروگاه گازی 22 مگاواتی که گاز طبیعی مصرف می کند و تواما" حرارت خروجی توربین را جهت سیستم گرمایش بکار می رود انتخاب نمود. این سیستم 18% راندمان بالاتری در مقایسه با تولید الکتریسیته و بخار جداگانه داشته است. انتظار بر این بود که 40% هزینه های مصرف انرژی کاسته شود.

اولین مشکل MIT اخذ مجوز زیست محیطی قبل از ساخت نیروگاه بود. دانشگاه تا آن زمان حرارت مورد نیاز خود را از دو بویلر قدیمی تأمین می کرد و کنارگذاشتن آنها و نصب سیستم CHP جدید 45% آلودگی محیط را کاهش می داد. تامین حداقل شرایط اداره محیط زیست بخصوص برای تولید NOx از مسائل اصلی طرح جدید بود. تکنولوژئی که بتواند استاندارد محیط زیست را تأمین کند نیاز به سرمایه گذاری زیاد و تعبیه و ذخیره میزان قابل توجهی آمونیاک در محل دانشگاه است و این خطرناک می باشد. MIT توانست با شکایتی که مطرح کرد با توجیه کاهش آلودگی در طرح جدید و مضر بودن آمونیاک مجوز لازم را اخذ کند. با این وجود با اینکه دانشگاه این مسئله را پشت سرگذاشت و سیستم را تا سال 1995 نصب نمود ولی مسئله به اینجا ختم نگردید. نصب سیستم جدید در دانشگاه MIT همزمان با بازسازی صنایع برق در ماساچوست بوده است در این ارتباط شرکت تأمین کننده برق دانشگاه (قبل از نصب سیستم CHP) درخواست هزینه اصلاح شبکه از دانشگاه نمود و حتی موضوع را به دادگاه کشانید و دانشگاه با مسائل حقوقی درگیر شد. حتی ممکن است بخاطر اینکه دانشگاه از شبکه خارج شده مجبور به پرداخت 5/6 میلیون دلار شود. گفتنی است در این راستا تلاش های دیگری در دست اقدام است تا قوانین محلی برای موارد مشابه معافیتهای مالیاتی را ملحوظ کند.

گرچه دانشگاه MIT در حال حاضر از سیستم CHP استفاده می کند و هزینه انرژی آن پائین آمده و آلودگی ایجاد شده در مصرف انرژی کاهش یافته است ولی تلاشهای زیادی برای برطرف کردن موانع پیش آمده صورت گرفته که این از عهده دانشگاه برآمده است ولی آیا موسسات دیگر آمادگی و توانائی جنگیدن در این ارتباط را دارند؟

امروزه در سیستم های CHP با توجه به حجم حرارت و قدرت مورد نیاز از سیستم های نیروگاههای بخاری، نیروگاههای گازی یا دیزلی و سیکلهای ترکیبی و حتی پیلهای سوختی استفاده می شود در پیلهای سوختی انرژی شیمیائی مستقیما" به انرژی الکتریکی تبدیل شده و حرارت نیز تولید می گردد. در سال 1997 ده کمپانی و گروههای عام المنفعه از دولت آمریکا خواستند جهت کاهش آلودگی تا میزان 25 میلیون متریک تن تا سال 2010 ، 36 GW انرژی از نوع CHP پیش بینی شود.

 

شکل (1)

شکل (1) میزان پتانسیل CHP و کاهش کربن طی سالهای آتی در آمریکا را نشان می دهد. این هدف معادل 70% افزایش در مقایسه با پیش بینی قبلی برای CHP در سال 2010 که برای 49 GW بوده است می باشد ولی همچنان کمتر از مقداری است که بر اساس نظر کارشناسان قابل حصول است.

 

منبع :مؤسسه تحقیقاتی NEMW (North East Middle West Institute)  

 - سایت Energy Advantage

آدرس :       http://www.nemw.org

راهنمای متالورژیک شکست لوله های بویلر نیروگاههای بخاری

شکست لوله های بویلر همچنان از دلائل اصلی خارج شدن نیروگاه از مدار تولید است. استفاده از راهنمای جامع آنالیز متالوژیکی می تواند نسبت به تشخیص صحیح عامل شکست موثر بوده و علت واقعی را تعیین کند. EPRIدر سال 1985 دراولین قدم گزارش CS – 3945 را بعنوان راهنمای تشخیص شکست لوله های بویلر منتشر کرد.

بسیاری از نیروگاهها با استفاده از این راهنما برنامه های لازم را پیش بینی کردند. تعیین دقیق علت شکست لوله های بویلر نیاز به تشخیص دقیق متالوژیک شکست می باشد بر اساس بررسی انجام شده در بسیاری از حوادث شکست تشخیص فوق دقیق نبوده و اقدامات بعدی نیز صحیح نبوده است. بر این اساس تصمیم بر این شد که یک راهنمای تشخیص علت شکست تهیه و ارائه گردد.

تیم تهیه کننده راهنما با 30 موسسه بین المللی که در این زمینه فعالیت داشتند تماس برقرار نمود که این موسسات اطلاعات لازم در آنالیز متالوژیکی را فراهم نمودند در نتیجه یک کاتالوگ جدید برای مواد مختلف جنس لوله های بویلر در ارتباط با وضعیت ساختاری ماده لوله و نحوه زوال آن ارائه گردید. این کاتالوگ توسط موسسه الکتریکی ادیسون (EEI) مرور گردید. گزارش قدم به قدم مراحل ارزیابی متالوژیکی لوله بویلر و تشخیص علت شکست لوله های Waterwall و سوپر هیتر را نشان می دهد. هر مکانیزم شکست توسط عکس های مختلف و مثالهای موردی در کاتالوگ آورده شده است بعلاوه درضمائم گزارش اطلاعات مربوط به طراحی وساخت لوله ها، خواص دمائی لوله ها و ریزساختارآنها آورده شده است.

این راهنما در دو جلد تهیه شده است و با توجه به مثالهای موردی که داده شده می تواند راهنمای خوبی در جهت تشخیص صحیح علت شکست باشد بخصوص که مواردی که قبلا" اشتباها" آنالیز شده بودند با ذکر علت آنها آورده شده است. موارد شکست اشاره شده عبارتند از : 

• خوردگی قسمت آتش و اورهیت شدن دراز مدت (long term over heating ) 
• آسیب های هیدرژن و خوردگی اسیدهای فسفات 
• خوردگی خستگی و تنش های القائی 
• اورهیت شدن کوتاه مدت ( short term over heating )

پس از انتشار اولین گزارش EPRI ، فهم دلائل شکست لوله های بویلر بیشتر شده بنحویکه پس از جمع بندی اطلاعات موجود در سال 1994 کاتالوگ را تجدیدنظر کرده و غیر از جنبه های فنی (مانند آنالیز ریشه، ارزیابی غیرمخرب nondestructive evalution و محلولها ) مسائل مدیریتی را نیز در آن گنجانید.

 

منبع : مؤسسه EPRI                                                         

 آدرس : http://www.epri.com

کاهش هزینه ساخت بویلرهای نیروگاهی بکمک مدلسازی سه بعدی

یکی از مشکلات همیشگی طراحی و نصب بویلرها ایجاد نقشه های مربوط به خطوط لوله ها و شیر آلات متنوع و بعضا" پیچیده آن بوده است که باعث صرف وقت و انرژی بسیار زیادی هنگام ایجاد یک نیروگاه جدید می گردد. در طرحی نو شرکت Rebis اقدام به ایجاد نرم افزار بسیار توانایی به نام AutoPlant  کرده است. این نرم افزار توانا که دقیقا" جهت تسهیل کارهای طراحی و ساخت نیروگاهی طراحی شده دارای خصوصیات متعددی است که موجب آسانی کار با آن می گردد.

اساس کار این نرم افزار به این صورت است که از ابتدا طرح ها را به صورت سه بعدی پیاده سازی و مدل می نماید. تمام قطعات یک طرح دقیق و مناسب به صورت ذخیره شده در این نرم افزار موجود است و فقط باید انتخاب گردیده و در محل مناسب قرار گیرند.

امکان طراحی سه بعدی وجود هرگونه خطا از جمله برخورد خطوط لوله را به وضوح نشان داده و خطاها را تا حد زیادی تقلیل می دهد. این نرم افزار قابلیت کار با AutoCad را نیز داراست و اصطلاحا" از نوع نرم افزارهای add-on می باشد که پس از آشنایی با AutoCad کار با آن را بسیار ساده می کند.

امکان چرخاندن (Rotate) و عوض کردن دریچه دید (Viewport) و همچنین حذف خطوط پنهان (Shade) و درشت نمایی (Zoom) در آن بسیار یاری دهنده است. ایجاد مدل بویلر به این روش علاوه بر دقت، سرعت عمل را نیز بسیار بالا می برد. اما کار خارق العاده این نرم افزار از این پس صورت می گیرد و آن تهیه تمام مقاطع لازم و برش ها، تمام نقشه های ایزومتریک و پلان های دوبعدی به همراه قیمت مصالح و انواع گزارشها به صورت خودکار می باشد.

پایگاه اطلاعاتی (Database) بسیار قوی این نرم افزار را پشتیبانی می کند که اولا" باعث صرفه جویی مهندسان در وارد کردن توضیحات اضافی می گردد ثانیا" بهترین و کاملترین گزارشها را تهیه می نماید و در اسرع وقت در اختیار می گذارد.

امکان تصحیح اشتباهات و تغییر تمام لیست ها و گزارش ها و نقشه ها بر این اساس و همچنین نشأت گرفتن تمام پلان ها و نقشه ها و برش ها از یک منبع به آن ها اعتبار مضاعفی بخشیده است.

در عمل تیم اجرا نیز به وضوح دریافته که اجرای این نقشه ها بسیار آسانتر و قابل فهم تر بوده است و مشکلات نصب به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.

 

منبع :      شرکت Rebis

آدرس : http://www.rebis.com   

 

یک نیروگاه سیکل ترکیبی با قابلیت انعطاف زیاد

امروزه در بازار تولید کنندگان تجهیزات برق ، هزینه نصب کم یا هزینه سیکل عمر کم و راندمان و توان خروجی بالا بهمراه پارامترهای نظیر قابلیت دسترسی آسان ، اطمینان reliability) ( و انعطاف پذیری بالا دارای اهمیت می باشند .

به حداقل رساندن سرمایه گذاری اولیه و هزینه های جاری پروژه دو راهکار شرکت زیمنس جهت پیشبرد پروژه هایی نظیر پروژه سیکل ترکیبی GVD2.V94.3A می باشد .

برای برخورد صحیح با پروژه باید آنرا به دو بخش پایه و اساس پروژه و انتخاب یا گزینه های پروژه تقسیم کرد. در بخش پایه هدف عمدتا" رسیدن به هزینه سیکل عمر پایین می باشد که شامل موارد زیر می باشد : 

• هزینه های اولیه و سرمایه گذاری 
• هزینه های مربوط به سوخت و راندمان 
• هزینه های عملکرد و نگهداری ( O& M) 
• عامل سوم تاثیر بسزایی در اصلاح پایه ای پروژه به مفهوم سیکل عمر پایین خواهد داشت.

شش فاکتور زیر نقش بسزایی در مفهوم توسعه ایفا می کنند:

• طراحی کار آمد نیروگاه به جهت حداقل ساختن هزینه ها و سرمایه گذاری اولیه
• راندمان و توان بالا جهت پایین آوردن هزینه های عملکرد 
• کارکرد زیاد بجهت پاسخگویی به نیاز مشتری
• اتخاذ روش بهینه عملکرد و نگهداری جهت سود بیشتر مشتری 
• سازگاری با استانداردهای بالا ، جهت دسترسی آسان و سازگاری با محیط 
•  ریسک پایین پروژه و تکمیل آرام آن

ترکیب نیروگاه GUD2.V94.3A   شا مل یک توربین بخار ستونی بعد از توربینهای گاز می باشد که طول لوله های آب خنک کننده و بخار پر فشار را کاهش داده اجازه نصب یک جرثقیل جهت تسهیل کار در فضای نیرو گاه را می دهد. پمپ های استخراج غلظت حتی الامکان نزدیک به کندانسور و پمپ های تغذیه آب در سمت توربین بخار نزدیک به دیگ بخار (Boiler) جهت تامین آب پر فشار و فشار متوسط قرار گرفته اند.همچنین فضای موجود امکان نصب پیش گرم کننده ها را نیز در بین بویلرها میدهد .

تجهیزات برقی قبلا تست شده و نزدیک به کنترل شونده ها قرار می گیرند تا به حد اقل مصرف کابل در نیروگاه برسیم.

کلیه موارد ذکر شده بجهت صرفه اقتصادی بیشتر پروژه می باشد و بجهت استقبال مشتری و عملکرد مناسب از ایده طولانی کردن سیکل بخار آب استفاده شده است.

سیستمهایی که در صورت ورود خطا ، باعث ورود آسیب به اجزاء نیروگاه می شوند با جایگزین اضافی (redundancy) در نظر گرفته می شوند و سیستم هایی نظیر پمپ های جبران تغذیه آب به حالت خود باقی می مانند که در نهایت این ایده هزینه های نیروگاه را کاهش می دهد.

پریود زمانی ساخت یک نیروگاه تا تحویل انرژی از نقطه نظر سود دهی دارای اهمیت بسزایی می باشد. بهمین جهت بهره برداری هر چه سریعتر از بخشهایی نظیر توربینهای گاز و بخار در اولویت قرار دارند و پارامترهایی نظیر سوخت ، شرایط محلی ، محدودیتهای No_x و یا سایر تغییرات مشابه پس از راه اندازی قابل تصحیح و یا تعویض بنا به خواسته مشتری می باشند.

انتخاب ها یا گزینه های پیش طراحی شده

پس از طراحی پایه نیروگاه می توان با انتخاب سیستم های از پیش طراحی شده به نیازهای مشتری نظیر شرائط آب و هوایی نزدیک شد. برای مثال در شرایط آب و هوایی سخت ممکن است از توربین در فضای بسته استفاده شود و یا در شرایط آب و هوایی خوب جرثقیل بدون حفاظ ترجیح داده شود. در نیروگاههایی با استارتها و خاموش شدنهای مداوم استفاده از یک daerator  بصورت مسیر دوم ( by pass)

و همچنین یک ژنراتور بخار کمکی جهت تسریع راه اندازی از دیگر مثالهای انتخابهای گزینه های پیش طراحی شده می باشد.

برای پایین آوردن هزینه های عملکرد که روز به روز دارای اهمیت بیشتر می شوند تاکید بر جنبه قابلیت نگهداری اجزاء با در نظر گرفتن قابلیت دسترسی آسان به آنها راه حل بهینه أی است که در GUD2.V94.3A  مورد توجه بوده و بهمین جهت استفاده از یک جرثقیل مرکزی بسیار مؤثر بوده است. پایین بودن سطح نصب لوله ها در نیروگاه نیز از دیگر موارد بهینه سازی عملکرد نیروگاه می باشد.

استفاده از ایده ( redundancy)   برای اجزایی نظیر پمپ ها نیز در نهایت باعث پایین آمدن هزینه های عملکرد می گردد، همچنین توجه به توربین گاز و شرائط آسان جهت دمونتاژ (disassemble) نمودن اجزاء آن اهمیت زیادی دارد.

 

 

منبع : مجله Sep 2000 - PEI

آدرس :http://www.power.eng.intl.com