توليد با استفاده از ميكرو توربين ها توزيع

 

هزينه انتقال و توزيع برق سهم بالائي از هزينه توليد انرژي را در بر مي گيرد اين ميزان براي شبكه هاي رايج تا 500 دلار به ازاي هر KW  مي رسد. در مسير انتقال و توزيع الكتريسيته تا 7% انرژي هدر مي رود بنابراين چنانچه توزيع توليد جايگزين انتقال و توزيع الكتريسيته گردد هزينه انرژي الكتريكي به مقدار قابل توجهي كاهش خواهد يافت. در صنعت برق آمريكا در دهه 1990 توزيع توليد گسترش بيشتري يافته بطوريكه 20% نيروگاههاي جديدالتاسيس از نوع واحدهاي كوچك مي باشند. براساس اطلاعات موجود در حدود 10 GW از نيروگاههاي موجود در گستره 1-10 MW مي باشند كه حدود 80% آن را نيروگاههاي ديزلي (رفت و برگشت) تشكيل مي دهند. قسمت اعظم واحدهاي كوچك توليد برق توسط كارخانه كاترپيلار (Caterpillar) ساخته شده اند. جنرال الكتريك (GE) ، زيمنس و ABB نيز در اين زمينه با كاترپيلار رقابت دارند موتورهاي رفت و برگشتي از لحاظ اقتصادي بسيار مقرون به صرفه بوده و قطعات يدكي و سرويس آنها نيز به سادگي در سراسر دنيا در دسترس است ولي نكته منفي اين ماشينها نگهداري و آلودگي ايجاد شده توسط آنهاست. گرچه تلاشهاي زيادي در زمينه بهبود اين دو مسئله براي ماشينهاي رفت و برگشتي مي شود ولي ميكروتوربينها از لحاظ نگهداري و ايجاد آلودگي وضعيت بهتري در مقايسه با موتورهاي ديزلي دارند.

زمانيكه ميكروتوربين مدل 330 توسط كپستون ارائه شد موجب معرفي فن آوري جديد ميكروتوربين گرديد. البته تاكنون يك تعريف دقيق براي ميكروتوربين نشده است ولي معمولا” اين لفظ براي توربين هاي گازي با سرعت بالا در گستره قدرت 15-300 KW بكار مي رود. صنعت ميكروتوربين در چند تكنولوژي توربين هاي گازي كوچك، مولدهاي كمكي و اتوموبيل هاي توربو مطرح گرديد. هسته اصلي يك ميكروتوربين قسمت توربين – كمپرسور است كه با سرعت بسيار بالا دوران مي كند (در مدل Capstone 330 سرعت دوران 96000rpm  مي باشد) و در امتداد آن ژنراتور با سرعت بالا وجود دارد كه داراي مغناطيس هاي دائمي است. يك پارامتر كليدي جهت كاهش اصطكاك استفاده از ياتاقانهاي هوائي يا بعبارتي ياتاقانهاي گازي است كه ضمن كاهش اصطكاك عمر ياتاقان را نيز افزايش داده و امكان داشتن سرعت بالا را فراهم مي كند.

ژنراتور سرعت بالا برق با فركانس بالا (در مدل Capstone 330 ، 1600 HZ) توليد كرده و فركانس برق توليدي به روش الكترونيكي به مقدار مناسب كاهش مي يابد.

بطور كلي ميكروتوربين دو مزيت عمده دارد يكي كاهش تزريق آلاينده ها به محيط و ديگر كاهش تعميرات در مقايسه با مولدهاي ديگر مي باشد. در جدول زير مقادير توليدي THC , CO , NOx  (هيدروكربورها) براي چند نمونه مقايسه شده است .

ميزان آلاينده هاي توليدي در واحدهاي مختلف (PPM)

نوع مولد	NOx	CO	THC
نوع ديزلي 500 KW	100	340	150
توربين گاز 4.5 MW	25	50	10
توربين بخار با سوخت زغال سنگ 500 MW	200
ميكروتوربين	<9	<25	<9

منبع : موسسه Combridge Energy Research

همانطور كه ملاحظه مي شود ميزان ذرات اشاره شده در محصولات خروجي ميكروتوربين كمترين است.

در ارتباط با تعميرات تجربه نشان داده كه ميكروتوربين ها نياز به تعميرات بسياركمي دارند. بطور نمونه يك واحد ميكروتوربين در Tulsa بعد از 20000 ساعت كار تنها نياز به تعويض فيلترهاي هوا داشته است. بعلاوه ميكروتوربين ها سبك وكوچك هستند و عملكرد آنها با لرزش كم و توليد صداي اندك همراه است.

نكته ديگري كه براي ميكروتوربين ها وجود دارد چگونگي اتصال به شبكه سراسري برق است. اين مسئله به كمك الكترونيك و ميكروپروسسورها تا حد زيادي مرتفع شده و همچنان در حال پيشرفت مي باشد. البته به غير از مسئله تكنيكي اشاره شده در صنعت برق آمريكا جهت اتصال به شبكه، شرايط حداقلي لازم است كه اين نيز مسئله اي براي ميكروتوربين ها وجود دارد ولي اين شرايط در حال بهبود بوده و ارتباط ميكروتوربين ها با شبكه سراسري آسانتر شده است.

مسئله ديگري كه در گسترش ميكروتوربين ها مطرح است هزينه تمام شده مي باشد اين هزينه براي يك واحد تا 1100 دلار بازاء هر KW مي باشد گرچه اين مبلغ كمتر از مقادير مربوط به واحدهاي توزيع قدرت مشابه مانند توربين هاي بادي و پيل سوختي است ولي از ميزان 500 دلار مربوط به واحدهاي ديزلي بيشتر است. چنانچه ميكروتوربين ها به تعداد زياد مورد استفاده قرار گيرند هزينه اشاره شده در بالا كاهش يافته و با هزينه مربوط به انواع ديزلي قابل رقابت بوده بخصوص كه از لحاظ تعميرات بسيار بهتر از واحدهاي ديزلي مي باشند.

تركيب ميكروتوربين ها با تجهيزات ذخيره انرژي (مانند باطري ها و چرخ لنگرها) موجب بهبود كيفي برق توليدي و افزايش قابليت  سيستم خواهد شد. امكانات ايجاد شده توسط شبكه اينترنت و كامپيوترهاي حساس موجب افزايش كارآئي صنعت توليد برق شده است. البته توليد برق تنها مسئله ميزان KWh نيست بلكه بيشتر مسئله كيفيت و قابليت در مدار بودن برق توليدي است. بيشتر قطعي برق در شبكه ها در قسمت توزيع مي باشد كه بهترين راه حل اين مسئله توزيع توليد مي باشد. با توجه به آلودگي كم ميكروتوربين ها و بخصوص عدم استفاده از روغن در ياتاقانها امكان استفاده از محصولات خروجي توربين در بعضي فرآيندهاي صنعتي وجود دارد و مي توان از اين واحدها در سيستم هاي توليد مشترك قدرت و حرارت بنحو مناسب استفاده كرد. در اينصورت راندمان كلي واحد تا 70-80% افزايش خواهد يافت. استفاده بعنوان شارژر باطري در بعضي از اتومبيل هاي جديد (باتوجه به آلودگي كم) مورد توجه قرار گرفته كه اين مورد بطور عملي در نوعي اتوبوس در آمريكا استفاده شده و نتيجه مثبت داشته است.

توزيع توليد با استفاده از ميكروتوربين‌ها

هزينه انتقال و توزيع برق سهم بالايي از هزينه توليد انرژي را در برمي‌گيرد. اين ميزان براي شبكه‌هاي رايج تا 500 دلار به ازايهر KW مي‌رسد. در مسير انتقال و توزيع الكتريسيته تا7% انرژي هدر مي‌رود. بنابراين چنانچه توزيع توليد جايگزين انتقال وتوزيع الكتريسيته گردد هزينه انرژي الكتريكي به مقدار قابل توجهي كاهش خواهد يافت. در صنعت برق آمريكا در دهه 1990توزيع توليد گسترش بيشتري يافته به طوري كه 20% نيروگاههاي جديدالتاسيس از نوع واحدهاي كوچك مي‌باشند. براساساطلاعات موجود در حدود GW10 از نيروگاههاي موجود در گستره –1MW10 مي‌باشند كه حدود 80% آن را نيروگاههايديزلي (رفت و برگشت) تشكيل مي‌دهند. قسمت اعظم واحدهاي كوچك توليد برق توسط كارخانه كاترپيلار (Caterpillar) ساختهشده‌اند. جنرال الكتريك (GE)، زيمنس و ABB نيز در اين زمينه با كاترپيلار رقابت دارند . موتورهاي رفت و برگشتي از لحاظاقتصادي بسيار مقرون به صرفه بوده و قطعات يدكي و سرويس آنها نيز به سادگي در سراسر دنيا دردسترس است ولي نكته منفياين ماشينها نگهداري و آلودگي ايجاد شده توسط آنهاست. گرچه تلاشهاي زيادي در زمينه بهبود اين دو مسأله براي ماشينهاي رفت وبرگشتي مي‌شود ولي ميكروتوربينها از لحاظ نگهداري و ايجاد آلودگي وضعيت بهتري در مقايسه با موتورهاي ديزلي دارند.

زماني كه ميكروتوربين مدل 330 توسط كپستون ارايه شد موجب معرفي فن‌آوري جديد ميكروتوربين شد. البته تاكنون يك تعريفدقيق براي ميكروتوربين نشده است ولي معمولاً اين لفظ براي توربينهاي گازي با سرعت بالا در گستره قدرت KW300-15 بكار

مي‌رود. صنعت ميكروتوربين در چند تكنولوژي توربينهاي گازي كوچك، مولدهاي كمكي و اتومربينهاي توربو مطرح شد. هستهاصلي يك ميكروتوربين قسمت توربين ـ كمپرسور است كه با سرعت بسيار بالا دوران مي‌كند (در مدل Capstone 330 سرعتدوران rpm96000 است) و در امتداد آن ژنراتور با سرعت بالا وجود دارد كه داراي مغناطيس‌هاي دايمي است. يك پارامتر كليديجهت كاهش اصطكاك استفاده از ياتاقانهاي هوايي يا به عبارتي ياتاقان‌هاي گازي است كه ضمن كاهش اصطكاك عمر ياتاقان را نيزافزايش داده و امكان داشتن سرعت بالا را فراهم مي‌كند.

ژنراتور سرعت بالا برق با فركانس بالا (در مدل Capstone 330, 1600HZ) توليد كرده و فركانس برق توليدي به روشالكترونيكي به مقدار مناسب كاهش مي‌يابد.

به طور كلي ميكروتوربين دو مزيت عمده دارد يكي كاهش تزريق آلاينده‌ها به محيط و ديگر كاهش تعميرات و مقايسه با مولدهايديگر است. در جدول زير مقادير توليدي THC, CO, Nox (هيدروكربورها) براي چند نمونه مقايسه شده است.