سیستم تولید همزمان برق و حرارت

تعداد بازدید: 9655
چهارشنبه 27 فروردين 1393

سیستم های تولید همزمان برق و حرارت (CHP) یک سیکل ترکیبی است که به ‌طور رایج در آن یک مولد  (برای مثال ژنراتور) با سوخت ، تولید برق کرده و از دود خروجی این مولد برای گرفتن بخار و یا حرارت در بویلرهای بازیاب حرارتی و یا راه اندازی کمپرسور چیلر  استفاده می‌شود. در این نوع از سیستم ها معمولا ابتدا بوسیله سوخت، انرژی اولیه مورد نیاز برای به حرکت درآوردن محور ژنراتور برای تولید برق و سپس از دود خروجی از مولد برق، برای مهیا سازی انرژی مورد نیاز برای مبدل های حرارتی استفاده می شود. البته نوع دیگری از این سیکل وجود دارد که در آن ابتدا حرارت و سپس برق تولید می شود.

تاریخچه CHP

بیش از 8 درصد از ظرفیت تولید برق جهان  به روش تولید همزمان وابسته است، این روش را به عنوان ترکیبی از حرارت و برق (CHP) می شناسند. نیروگاه های تولید همزمان برق در جهان در مجموع حدود 325.000 مگاوات برق در مراکز نصب شده  تولید می کنند ترکیب گرما و برق انرژی حرارتی تلف شده را به هنگام تولید برق بازیابی می کند، بر خلاف سیستم های مرسوم که در آن گرما به سادگی به محیط زیست منتقل شده و هدر می رود  و باید سوخت بیشتری مورد استفاده قرار می گرفت تا همان مقدار گرما را برای صنعت و یا ساختمان ها تولید کند. شکل دیگری از تولید همزمان CHP از اتلاف انرژی در فرآیندهای صنعتی استفاده کرده و آن را به برق و انرژی حرارتی بازیابی می کند.

تولید همزمان برق و حرارت

نیروگاه هایی که دارای سوخت زغال سنگ هستند به طور متوسط 33 درصد از سوخت خود را به خدمات انرژی قابل مصرف تبدیل می کنند. کارآمد ترین نیروگاه هایی که سوخت آن ها گاز طبیعی است دارای راندمان 30-45 درصد می باشند. در مقابل، سیستم هایCHP  دارای رتبه بهره وری 50 - 90 درصد هستند، و به دلیل نزدیکی ژنراتور و مصرف کننده، تلفات کم تری در پروسه انتقال و توزیع برق و حرارت دارند. استفاده از ترکیب حرارت و برق بیش از تولید مجزای برق و گرما بهره وری دارد.

تولید همزمان برق و حرارت

علاوه بر مصارف در مقیاس بزرگ، تولید همزمان (CHP) می تواند برای تامین برق و گرمای در مجتمع ها وساختمان های مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار گیرد. در شمال امریکا، این کاربرد اغلب در دانشگاه ها و بیمارستان ها دیده می شود.

از آنجا که مقدار زیادی از انرژی در زمان انتقال آن هدر می رود، نیروگاه های CHP باید برای مصرف موثر انرژی در نزدیکی منطقه استفاده انرژی قرار گیرند.  این منطقه ایده آل نزدیک مصرف کنندگانی است که به قدرت و حرارت به مدت بیش از 5000 ساعت در سراسر سال نیاز دارند.  نیروگاه های صنعتی مکان ایده آل برای این امکانات هستند، چرا که آنها خواهان یک منبع ثابت برق و گرما می باشند، و این تغییرات CHP را به حداقل می رساند. این شیوه تولید همزمان در مناطق سردسیر مانند فنلاند یا مناطق پرجمعیت بسیار مقرون به صرفه است.

تولید همزمان انرژی و حرارت

اگر چه ترکیب حرارت و برق قبل از سال 1900 مورد استفاده قرار می گرفت، اما در قرن بیستم، زمانی که تولید برق متمرکز تر شد و از نیروگاه های زغال سنگ برای تولید برق استفاده شد و زمانی که مجبور شدند مولدهای برق را به دور از مراکز پر جمعیت بفرستند،CHP  دیگر مقرون به صرفه نبود.  اما بعد از اتفاقات حیرت آور در ارتباط با نفت در دهه  1970، مزایای بهره وری این سیستم بسیاری از کشورها را به تجدید نظر درباره این فن آوری متقاعد کرد. اکثر سیستم هایCHP   در بخش های مصرف کننده انرژی از جمله صنایع کاغذ و چاپ، مواد شیمیایی، فلزات و پالایش نفت و پردازش مواد غذایی، که با هم 80 درصد از منابع جهان را استفاده می کنند دیده می شوند. از آنجا که CHP   متکی بر فن آوری های گوناگونی است که از انواع سوخت از جمله انرژی های تجدید پذیر استفاده می کنند،  این سیستم می تواند یک راه سازگار با محیط زیست برای تولید برق باشد. داده های اخیر نشان می دهد که گاز طبیعی  53 درصد از ظرفیت منابع CHP  جهان را تشکیل می دهد. سهم سوخت های تجدید پذیر مانند بیومس و منبع زمین گرمایی در حدود 6 درصد است، و همراه با زباله های جامد شهری و گاز حاصل از دفن زباله شروع به جلب توجه همگان کرده اند.

تولید همزمان انرژی و حرارت

محل‌های استفاده از CHP

هر جا نیاز به برق و حرارت به ‌صورت همزمان باشد، CHP یک گزینه ایده‌آل می‌باشد. چند نمونه از این مکان‌ها در زیر لیست شده‌اند.

منزل مسکونی (MiniCHP)

آپارتمان (برج) (به وسیله ژنراتور های گازی)

مجموعه‌های ورزشی (به وسیله ژنراتور های گازی)

کارخانجات از جمله:

•نساجی برق، گرمایش، سرمایش و بخار
•رنگ‌رزی  برق، گرمایش، سرمایش و بخار
•مرغ‌داری  برق، گرمایش و سرمایش
•صنعتی  برق، گرمایش و سرمایش
•گلخانه‌ها (تولید همزمان برق و گرمایش محیط)
•پرورش ماهی (تولید همزمان برق مورد نیاز برای پمپ و گرمای آب استخر و محیط)
•آب شیرین کن های صنعتی (تولید همزمان برق و بخار مورد نیاز برای این واحد صنعتی)
     بيمارستانها
هتلها
مراكز تفريحي
دانشگاهها
ايستگاههاي پليس
زندانها
فروشگاهها
ادارات
موزه ها
مدارس
خانه سالمندان
سردخانه فروشگاه های خرده فروشی
تئاتر
رستوران

تکنولوژی و فناوری ساخت سیستم های تولید همزمان

به طور کلی می توان سیستم های CHP را متشکل از سه بخش عمده دانست:

الف: محرک های اولیه

ب: ژنراتور

ج: تجهیزات بازیافت حرارت

البته بعضی از سیستم های CHP مجهز به تجهیزات سرماسازی نیز می باشند. محرک های اولیه این سیستم ها نقش راه اندازی ژنراتور ها را دارند که از رایج ترین آن ها می توان به موتورهای رفت و برگشتی، توربین های گازی، توربین بخار و میکروتوربین ها کرد. همچنین بعضا هم بنا به نوع و محل مورد استفاده از پیل سوختی و موتور استرلینگ نیز به عنوان محرک های اولیه استفاده گردیده است.

      

نوع موتورها

انواع گوناگونی از موتورها وجود دارند که می توانند به عنوان حرکت دهنده اولیه (Primer Mover) برای تولید الکتریسیته استفاده شوند، انتخاب های موجود برای حرکت دهنده اولیه شامل موتورهای احتراق داخلی، موتورهای رفت و آمدی، توربو ژنراتورهای احتراقی، میکروتوربین ها و سلول های سوختی (Fuel Cell) هستند که مورد اخیر به خودی خود یک حرکت دهنده اولیه نیست.

توربو ژنراتورهای احتراقی   (CTG)

این نوع محرک ها اولیه معمولا در طرح های بزرگتر با بار الکتریکی بیش از 1MW مورد استفاده قرار می گیرند.  یک توربین احتراقی شبیه یک موتور جت می باشد. اجزای کلیدی آن شامل کمپرسور، اطاق احتراق و توربین هستند.  CTG ها در ظرفیت های 1MW تا بیش از 100MW برای مقاصد تولید نیروگاهی ساخته می شوند.  CTG برای محدوده وسیعی از سوخت ها قابل استفاده هستند هر چند در برخی موارد عملیات بر روس سوخت قبل از احتراق آن ضر ورت دارد. 

برای توربین های احتراقی نسبت نیروی الکتریکی تولید شده توسط شافت به انرژی سوخت ورودی از کمتر از 20% تا کمی بالاتر از 35% می باشد. باقی مانده انرژی تبدیل نشده به نیروی برق عملا به اگزوز منتقل و به اتمسفر تخلیه می گردد. در یک سیستم CHP با محرک اولیه نوع CTG باقی مانده انرژی سوخت به اگزوز توربین تخلیه می شود و پس از مقداری تلفات ناشی از تشعشع حرارتی و یا خنک کننده های داخلی، بقیه در واحدهای بزرگ، توسط دیگ بخار HRSGT، (Heat Recovery Steam Generator) بازیابی می شود. از آنجایی که گاز خروجی توربین مقادیر زیادی هوای اضافی دارد، می توان با تعبیع مشعل هایی در کانال اگزوز و تزریق سوخت در آنجا مقادیر بیشتری بخار تولید نمود.مشعل هی کانالی فوق می توانند بسیار پر راندمان تا 90% باشند.

میکروتوربین ها  Microturbines

میکروتوربین ها مدل های مینیاتوری توربین های احتراق داخلی هستند و در حال حاضر تا ظرفیت حدود 250 کیلووات ساخته می شوند. این میکروتوربین ها می توانند به صورت مجموعه ای نیز برای تولید نیروی بیشتر تا حدود 1 مگاوات یا کمی بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.

سلول های سوختی  Fuel Cells

سلول های سوختی به خاطر راندمان بالای آن ها و مواد مضر متصاعد کننده کمتر هر روز پر مصرف تر می گردند، هر چند مانع قیمت بالای آن ها در مقایسه با سایر فن آوری های CHP  کماکان وجود دارد. سیستم های CHP مبتنی بر توربین یا موتورهای احتراق داخلی به وسیله احتراق سوخت، انرژی مکانیکی و حرارتی وتولید می کنند حال آن که در سلول های سوختی یک واکنش شیمیایی به جای احتراق صورت می گیرد. سلول سوختی یک وسیله الکترود شیمیایی است که طی واکنش شیمیایی بر روی سوخت برق مستقیم (DC) تولید می کند و به عنوان محصولات جانبی نیز حرارت و آب از فرایند آن حاصل می گردد. انواع مختلف سلول های سوختی از قبیل اسید فسفریک (PA) یا غشا مبادله پروتونی (PEM) یا کربنات ذوب شده (MC) وجود دارند.

نوع سلول سوختی، نوع الکترولیت لازم برای جدا سازی یون های هیدروژن را مشخص می کند. سلول های سوختی مشابه باطری ها هستند، به استثنای این که در باطری ها، الکتریسیته تولیدی اجزا داخلی باطری را به مصرف می رساند، در نتیجه باطری ها الکتریسیته تولیدی اجزای داخلی باتری را به مصرف می رساند، در نتیجه باطری ها الکتریسیته تولیدی اجزای داخلی باتری را به مصرف می رساند، در نتیجه باتری ها حتی از نوع قابل شارژ شدن به تدریج تحلیل می روند. از طرف دیگر سلول های سوختی برای واکنش خود یک جریان دائمی سوخت را مصرف می نمایند و در صورتی که جریان سوخت تداوم داشته باشد تا مدت های زیادی قادر به تولید الکتریسیته خواهند بود.

همچنین انواع گوناگونی وجود دارند که معمول ترین آن ها از هیدروژن به عنوان منبع سوخت و از اکسیژن موجود در هوا برای تکمیل واکنش شیمیایی استفاده می نمایند. منبع تامین هیدروژن نیز معمولا گاز طبیعی است که با شکسته شدن (cracking) تولید هیدروژن می نماید. محصول جانبی واکنش نیز آب داغ می باشد.

مزیت سلول های سوختی این است که عملا بدون خروجی های زائد و مزاحم بوده و با صدای بسیار کم کار می کند.

نسبت به نوسانات بار عکس العمل سریع نشان می دهند.

این سلول های نامزدهای بالقوه جایگزینی سیستم های CHP هستند زیرا محصول جانبی آن ها آب داغ با درجه حرارت حدود 78-85 درجه سانتی گراد تولید می شود.

نرخ گرما Heat Rate

نرخ گرما عبارت است از نسبت سوخت ورودی (Btu) به خروجی توان برق (KW) و یک معیار اندازه گیری راندمان تبدیل تبدیل سوخت برق توربین های احتراقی (CTG) و یا موتور می باشد. هر چه نرخ گرما پایین تر باشد نشان دهنده راندمان بالاتر و موثر تر بودن توربین یا موتور می باشد. به همین علت حرکت دهنده های اولیه با نرخ گرمای پایین تر همان مقدار توانی را که دستگاه های با نرخ گرمای بالاتر تولید می کنند تحویل خواهند داد.  لکن با مصرف سوخت کمتر نرخ گرمای منتشر و چاپ شده و توان های خروجی مربوطه فقط مقادیر نامی هستند. هوای ورود را در روزهای گرم می توان به وسیله سیستم های سرمایش تبخیری یا مبدل های حرارتی آب به هوا با استفاده از آب چیلر خنک نمود تا نرخ گرما و توان نامی CTG قابل دسترسی باشد. علاوه بر عامل نرخ گرما توجه به راندمان سراسری سیستم نیز مهم است.

راندمان سراسری یک سیستم انرژی CHP عبارت است از حاصل جمع مقادیر توان و حرارت خروجی سیستم تقسیم بر مجموع انرژی سوخت ورودی که هر دو در یک واحد مشابه اندازه گیری شده باشند.

تولید همزمان انرژی و حرارت

 

 ژنراتورها و سیستم های توزیع برق

ژنراتورهای برق و سیستم های توزیع از اجزا کلیدی و مهم یک سیستم CHP هستند و مسایل فراوان برقی و چالش های زیادی وجود دارند که باید در مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجرا و بهره برداری مورد بررسی قرار گیرند تا یک CHP متوازن و موفق حاصل آید. نوع سیستم CHP بر روی نوع ژنراتور ویژگی های طراحی آن و حفاظت های مربوطه اثر گذار است. در اتصال برق تولیدی CHP به شبکه و به مصارف خود CHP قوانین و استانداردهای متعدد و دقیق برای اتصالات و ارتباطات وجود دارد که باید مورد توجه مهندس برق طراحی قرار گیرد تا اطمینان حاصل گردد که ژنراتور و سیستم الکتریکی طرح در موارد قطعی برقريال اتصال کوتاه و سایر اشکالات از قبیل نوسانات ولتاژ شبکه و غیره، حفاظت لازم دارند.

تولید همزمان برق و حرارت-بویلر ویست هیت

 

دیگ های بازیاب حرارتی

یک دیگ بازیاب حرارت مشابه یک دیگ احتراقی با مشعل آتش زا می باشد با این تفاوت که به جای احتراق و دریافت حرارت از گازهای حاصل از احتراق که در محفظه احتراق این دیگ ها اتفاق می افتد، درد یگ های بازیاب حرارت ، حرارت لازم برای تولید آب داغ یا بخار از حرارت موجود در گازهای خروجی توربین احتراقی گرفته می شود. حداکثر فشار بخار یا درجه حرارت آب داغ تولیدی تابعی از درجه حرارت گاز اگزوز توربین یا موتور می باشد. دیگ های بازیابی که بخار تولید می کنند اصطلاحا HRSG نامیده می شوند.

بویلر بازیاب حرارتی-تولید همزمان برق و حرارت

 

مزایا و معایب انواع فناوری های تولید همزمان برق و حرارت

تولید همزمان برق و حرارت

سنجش بازار برای CHP

طبق آخرین آمار تا قبل از تابستان سال آینده پیش بینی می شود مصرف برق کشور در حدود 5000مگاوات افزایش مصرف داشته باشد که می توان برای تامین این مقدار برق از سیستم های CHP استفاده شود.

در حال حاضر ظرفيت توليد برق نيروگاه‌هاي ايران به 64500 مگاوات افزايش يافته است كه پيش‌بيني مي‌شود تا پيش از تابستان سال 1392 ظرفيت توليد برق از مرز 70 هزار مگاوات خواهد گذشت. براساس پيش‌بيني انجام شده پيك مصرف برق در تابستان سال آينده به حدود 44000 الي 44500 مگاوات خواهد رسيد.

در ارتباط با بیمارستان ها در حال حاضر 91 مرکز درمانی شامل ۱۱ هزار تخت بیمارستانی با پیشرفت ۷۰ تا ۱۰۰ درصد در مراحل نهایی برای بهره برداری هستند و اگر دولت اعتبار مورد نیاز آنها را تأمین کند امسال افتتاح می‌شوند. افتتاح این مراکز یک شرط دیگر هم دارد که تأمین نیروی انسانی مورد نیاز آنهاست و اگر معاونت نیروی انسانی ریاست جمهوری اجازه استخدام برای تأمین کادر مورد نیاز این مراکز را به وزارت بهداشت بدهد، شاهد افتتاح این تعداد تخت بیمارستانی جدید طی سال جاری خواهیم بود  91 پروژه عمرانی وزارت بهداشت( بیمارستان) که شامل 6 هزار تخت بیمارستانی در حال ساخت توسط وزارت بهداشت و 5 هزار تخت بیمارستانی در حال ساخت توسط وزارت مسکن است تحت پوشش پروژه های مهر ماندگار دولت مراحل نهایی ساخت و تجهیز را طی می‌کنند .

اگر به ازاء هر 100 تخت خواب نیاز به 500 کیلووات ساعت برق داشته باشیم برای کل بیمارستانهای در دست احداث تا پایان سال نیاز به 55مگاوات برق خواهند داشت که می توان برق مصرفی آن را از طریق CHP تامین کرد.

موارد رقابتی با CHP

هیت پمپ:

هیت پمپها از قسمتهای اصلی تکنولوژی تهویه مطبوع هستند. این دستگاهها گرما را از یک محیط به محیط دیگر و از طریق ماده مبرد انتقال می دهند. درصد سرمایش، این اجزاء گرما را در یک محیط بسته مثل اتاق یا جای صنعتی به فضای بیرون انتقال می دهند که منجر به سرمایش منطقه مذکور می شود. این مهمترین نقش هیت پمپ در سیستم های خنک کننده و تهویه مطبوع است. البته هیت پمپها به نگهداری این پروسه کمک می کنند.

هیت پمپ -تولید همزمان برق و حرارت

CHP
سیستم CHP
تعریف سیستم CHP
سیستم CHP چیست
طرایحی سیستم سی اچ پی
برچسب ها: CHPنیروگاه
نمایشگاه بین المللی تاسیسات صنایع سرمایشی و گرمایشی، تاسیسات ساختمانی و شهرسازی شهر افتاب تهران 96 اولین دوره
عنوان:  نمایشگاه بین المللی تاسیسات صنایع سرمایشی و گرمایشی، تاسیسات ساختما ...بیشتر
نوروز 96 مبارک
      امید به سان بهار راهش را به درون چشم ها و ...بیشتر
افتتاح بیمارستان بیرجند با دستگاه های پاکمن
صبح روز دوشنبه ۱۶اسفند، بیمارستان ۲۸۶ تختخوابی رازی بیرجند، با دستگاه های شرکت پ ...بیشتر
افتتاح فاز اول بیمارستان ۵۴۰ تختخوابی کوثر سنندج، با بویلر های شرکت پاکمن
 فاز اول بیمارستان ۵۴۰ تختخوابی کوثر سنندج با بویلر های شرکت پاکمن افتتاح ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 96 بیست و دومین دوره
. نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 96 ب ...بیشتر
دومین کنفرانس ملی توسعه پایدار در سیستم های مهندسی انرژی، آب و محیط زیست
دومین کنفرانس ملی توسعه پایدار در سیستم های مهندسی انرژی، آب و محیط زیست با محور ...بیشتر
تقدیر ویژه از جناب آقای مهندس میرزازاده، در دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و احتراق
در تاریخ 27 بهمن ماه 1395  دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و ا ...بیشتر
بویلر های چگالشی پاکمن، مقام اول در دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و احتراق
دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و احتراق با حضور جمعی از اهالی صنعت ...بیشتر
افتتاح پالایشگاه غلات زرنام با بویلر های بخار شرکت پاکمن توسط رییس جمهور محترم
رئیس جمهور گفت:  با میدان دادن به بخش خصوصی شاهد حرکت خوبی خواهیم بود . تاس ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1395
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
گزارش خبر سومین همایش تکنولوژی بخار شرکت پاکمن
سومین همایش تکنولوژی بخار  در 24 آذر ماه 1395 در دانشگاه شیراز برگزار گردید ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر