در حال بررسی...توربین گازی و موتور گازی
از لحاظ تولید توان، توربین‌های گازی و موتورهای گازی هر دو گزینه‌های کارآمدی هستند که توسط بسیاری از کاربران نیروگاهی مورداستفاده قرار می‌گیرند. بسیاری از تولیدکنندگان، از این نوع تجهیزات در تاسیسات تولید همزمان برق و حرارت در صنایع تولیدی و سایر صنایع تخصصی استفاده می‌کنند.
نمونه‌هایی از این صنایع شامل نساجی، فرآوری مواد غذایی، پتروشیمی، داروسازی، تاسیسات برق و پالایشگاه است. توسعه‌دهندگان سامانه‌های تولید پراکنده بین دو منبع اصلی تولید توان یعنی موتورهای گازی و توربین‌های گازی، گزینه‌هایی برای انتخاب دارند. هر دو این فناوری‌ها در هزاران تاسیسات تولید همزمان برق و حرارت یا CHP در سراسر جهان اثبات شده‌اند.
موتورهای گازی و توربین‌ها در کاربردهای CHP از جمله تاسیسات برق، بیمارستان‌ها، دانشگاه‌ها، سامانه‌های گرمایش منطقه‌ای، نمک‌زدایی آب دریا، فرآوری مواد غذایی، نساجی، پتروشیمی، فرآوری شیمیایی، داروسازی، صنایع خمیر و کاغذ و ساخت‌وساز عمومی استفاده می‌شوند. در طول سال‌ها، هر دو فناوری به‌طور مداوم در زمینه بهره‌وری، قابلیت‌اطمینان، عملکرد زیست‌محیطی و هزینه‌های عملیاتی بهبود یافته‌اند. توربین گازی و موتور گازی هر کدام ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود را دارند.
پیشرفت‌هایی در فناوری‌های تولید توان مبتنی بر مصرف گاز به‌عنوان سوخت در زمینه بهره‌وری و عملکرد زیست‌محیطی حاصل شده‌است. هر دو فناوری دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی هستند که آنها را به گزینه‌های باکیفیت و سریع برای مالکانی که از آنها در سامانه‌های نیروگاهی خود استفاده می‌کنند، تبدیل کرده‌است.
توربین گازی
توربین‌های گازی توان خود را از طریق یک واکنش احتراقی به دست می‌آورند. سوخت‌های فسیلی همراه با هوای فشرده سوخته و گازهای خروجی بسیار داغ تولید می‌کنند. این گازها باعث چرخش پره‌های توربین برای تولید توان می‌شوند. این چرخه تولید توان از هوای فشرده و سوخت، چرخه برایتون یا ژول نامیده می‌شود. هوا برای احتراق به داخل توربین گازی هدایت می‌شود که معمولا صدای زیادی تولید می‌کند. برای کاهش این صدا از سایلنسرهای ورودی استفاده می‌شود.
در هنگام خروج، گازهای خروجی نیز صدایی تولید می‌کنند که با استفاده از سایلنسرهای مخصوص خروجی کنترل می‌شود. اجزای حیاتی در توربین‌های گازی شامل کمپرسور هوای ورودی، سامانه احتراق که واکنش در آن صورت می‌گیرد و پره‌های توربین است که با عبور گاز داغ به سمت پایین‌دست جریان می‌چرخند.
واکنش احتراق، گازهای خروجی را با دمایی تا ۱,۵۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید می‌کند که به‌طور قابل توجهی بالاتر از دمای عملیاتی توربین بخار است. یکی از مزایای توربین‌های گازی نسبت به توربین‌های بخار این است که به دلیل عدم وابستگی به آب در فرآیند، خطر توقف عملیات به دلیل یخ‌زدگی داخلی وجود ندارد.
از سوی دیگر، به دلیل نیاز توربین‌های گازی به سوخت‌های فسیلی، فرآیند احتراق به‌طور طبیعی آلاینده‌هایی مانند اکسیدهای نیتروژن تولید می‌کند. توربین‌های گازی به‌عنوان موتوری تعریف می‌شوند که نیروی آنها توسط هوای فشرده و فشار برای سوزاندن سوخت تامین می‌شود. توربین گازی که به نوعی قلب نیروگاه محسوب می‌شود، یک موتور احتراقی است که سوخت‌های مایع به‌ویژه گاز طبیعی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.
این انرژی ژنراتوری را به حرکت درمی‌آورد که به نوبه خود برق تولید می‌کند. در داخل یک توربین گازی، ترکیب سوخت و هوا تا دماهای بسیار بالا گرم شده و باعث می‌شود که پره‌های توربین با سرعت بیشتری بچرخند. توربین‌های گازی برای تامین نیروی پیشران هواپیماها، قطارها، کشتی‌ها، ژنراتورهای برق، پمپ‌ها و کمپرسورهای گاز استفاده می‌شوند.
موتور گازی
موتور گازی موتوری است که با تولید، انبساط یا احتراق گاز کار می‌کند. موتورهای گازی به تعداد زیاد و با هزینه کم تولید می‌شوند. در نیروگاه، چندین موتور گازی به یکدیگر متصل می‌شوند تا مجموعه‌های تولید برق را تشکیل دهند. با این حال، هر موتور به محور مخصوص خود وصل شده که به یک ژنراتور الکتریکی متصل است. این مجموعه‌ها در اندازه‌های استاندارد تا ظرفیت ۲۰ مگاوات موجود هستند.
موتور گازی با بهره‌وری بالا و استفاده از گاز طبیعی و گاز شهری و همچنین گازهای تولیدشده در کوره‌های ذوب گازی، نقش مهمی در کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن ایفا می‌کند. در رابطه با عملکرد در نیروگاه‌ها، موتورهای گازی معمولا ماشین‌های احتراق داخلی بشمار می‌روند.
نیروی محرکه اصلی آنها از سوخت‌های ویژه مانند گاز تولیدی، گاز طبیعی و گاز کوره بلند تامین می‌شود. علاوه بر این، این موتورها در چرخه اتو یا به‌طور دقیق‌تر در چرخه چهار زمانه عمل می‌کنند. به همین دلیل، سامانه دارای شمع‌هایی است که احتراق را آغاز می‌کنند و به‌طور خودکار روشن نمی‌شوند.
به‌طور معمول، منابع گرما در موتورهای گازی نیروگاهی شامل روغن روان‌کاری داغ، گازهای خروجی و تولید ترکیب گاز و سوخت هستند. لازم به ذکر است که نیروگاه‌ها دارای چندین موتور گازی متصل به یکدیگر برای تولید برق هستند. با این حال، تمام این موتورها، اتصالات محور جداگانه‌ای دارند که در نهایت به یک ژنراتور الکتریکی متصل می‌شوند.
بخوانید: “مقایسه توربین گاز و موتور گازی“
تحلیل مقایسه‌ای توربین‌های گازی و موتورهای گازی
برای درک نقاط تمایز، تفاوت‌های اصلی بین این دو مدل در زمینه میزان مصرف، عملکرد و کارایی شامل موارد زیر است:
بهره‌وری الکتریکی
در رابطه با میزان بهره‌وری الکتریکی، بین توربین‌های گازی و موتورهای گازی، تفاوت‌هایی وجود دارد. بهره‌وری الکتریکی توربین‌های گازی معمولا بین ۲۹ تا ۳۳ درصد است. در مقابل، سامانه‌های موتور گازی دارای بازه بهره‌وری الکتریکی بین ۴۸.۵ تا ۴۹ درصد هستند.
بهره‌وری تولید همزمان
نرخ بهره‌وری تولید همزمان در موتورهای گازی بین ۶۳.۵ درصد تا ۷۷ درصد است. در مقابل، توربین‌های گازی دارای نرخ بهره‌وری تولید همزمان بین ۸۰ درصد تا ۸۳ درصد هستند.
اندازه ماشین
بیشتر اجزا در توربین‌های گازی کوچک هستند، در حالی که اجزا در موتورهای گازی به نسبت بزرگ‌تر هستند. این موضوع در ماشین‌های نیروگاهی معمول است. این ویژگی‌ها همراه با تقاضای بالا برای انعطاف عملیاتی و نرخ بهره‌وری بالاتر در زمینه بهره‌وری الکتریکی، باعث افزایش محبوبیت موتورهای گازی شده که بر نسبت عرضه و تقاضا در بازار توربین‌های گازی تاثیر می‌گذارد.
تقاضا در نیروگاه‌ها
بسیاری از نیروگاه‌ها در حال حاضر بر افزایش انعطاف‌پذیری عملیاتی خود تمرکز دارند تا عملکرد بهتری را تضمین کنند. در بسیاری از موارد، این امر شامل افزایش سرعت نرخ‌های افزایش و کاهش توان است. در اینجا، موتورهای گازی گزینه‌ای مفید هستند و بسیاری از تولیدکنندگان اصلی تجهیزات و کاربران نیروگاهی به این فناوری روی می‌آورند. با این حال، توربین‌های گازی هنوز در حال بهره‌برداری هستند و انتخاب محبوبی در نیروگاه‌های صنعتی متوسط تا بزرگ‌مقیاس، به‌ویژه توربین‌های ۳۰ مگاواتی هستند.
بهره‌وری الکتریکی
هر دو توربین گازی و موتور گازی در بهره‌وری الکتریکی حتی در بارهای جزئی نیز عملکرد رضایت‌بخشی دارند. با این حال، موتورهای گازی در مقایسه با توربین‌های گازی کارایی بهتری دارند.
حرارت خروجی
در مورد حرارت خروجی، گاز خروجی از موتورهای گازی دمای نسبتا پایینی دارد. از سوی دیگر، توربین‌های گازی مقدار زیادی گاز خروجی تولید کرده و دمای آن نیز بالا است.
انتشار ناکس
توجه داشته باشید که سطح متوسط اکسیژن برابر با ۱۵ درصد است. برای این دو فناوری، توربین گازی حدود ۱۵-۲۵ پی‌پی‌ام ناکس تولید می‌کند، در حالی که موتورهای گازی به ۵۷ پی‌پی‌ام ناکس می‌رسند.
زمان راه‌اندازی
زمان راه‌اندازی موتورهای گازی حدود ۱۰ دقیقه است، در حالی که این زمان برای توربین‌های گازی حدود ۲۰ دقیقه است.
فواصل تعمیر و نگهداری
فواصل تعمیر و نگهداری توربین‌های گازی بسیار طولانی است. با افزایش تعداد محصولات موتور گازی در اندازه‌های بزرگ‌تر (بیش از ۳ مگاوات) که به بازار عرضه می‌شوند و تقاضای بیشتر برای عملکرد بهتر (یعنی بهره‌وری بالاتر و عملیات انعطاف‌پذیرتر)، تامین‌کنندگان توربین‌های گازی تحت فشار بیشتری از سمت موتورهای گازی قرار دارند.
نیروگاه‌های پیک نیاز به توانایی عملکرد انعطاف‌پذیر اغلب با نرخ‌های افزایش و کاهش توان سریع دارند. موتورهای گازی به خوبی برای برآورده‌کردن این نیازها مناسب هستند. توربین‌های گازی همچنان در نیروگاه‌های بزرگ پیک رایج خواهند بود. در سایت‌های صنعتی متوسط و بزرگ که نیاز به برق و بخار/گرمای دمای بالا در حدود ۳۰ مگاوات دارند، سهم عمده بازار همچنان متعلق به توربین‌های گازی خواهد بود.
با این حال، موتورهای گازی (۱۰۰ کیلووات تا ۲۰ مگاوات) به‌طور فزاینده‌ای در حال تصاحب سهم بازار در بسیاری از دیگر بخش‌های مصرفی هستند. موتورهای گازی سهم بازار را با هزینه توربین‌های گازی که توان کمتری برای شتاب‌گیری یا کاهش توان دارند، افزایش داده‌اند. هم توربین‌های گازی و هم موتورهای گازی خود را به‌عنوان گزینه‌های باارزشی برای کاربران در کاربردهای تولید برق ثابت کرده‌اند. این فناوری‌ها در بازارهای جهانی امروز به‌خوبی پذیرفته شده‌اند و هرکدام با توجه به نیاز کاربران به گزینه‌های برق و حرارت قابل اعتماد، محبوبیت یافته‌اند. تمام این مسائل نشان‌دهنده فرصت مهم برای نیروگاه‌های تولید همزمان برق و حرارت گازسوز است.
این زمان مناسبی است که کاربران و تولیدکنندگان نیروگاه‌ها و تاسیسات صنعتی و تجاری، پتانسیل اقتصادی سامانه‌های تولید همزمان برق و حرارت با فناوری‌های امروز موتورهای گازی و توربین‌ها را بررسی کنند. در مقایسه با موتورهای گازی، توربین‌های گازی دارای غلظت کمتری از آلاینده‌های شامل دی‌اکسیدکربن، ناکس و SOX هستند. موتورهای گازی سوخت کمتری مصرف می‌کنند و حجم کمتری از گازها را منتشر می‌کنند، اما غلظت آلاینده‌ها در آنها بیشتر است.
توربین گازی که توربین احتراقی نیز نامیده می‌شود، یک نوع موتور احتراق داخلی جریان پیوسته است. اجزای اصلی که در همه توربین‌های گازی وجود دارند، بخش تولید برق (که به‌عنوان ژنراتور گازی یا ماده شناخته می‌شود) را تشکیل می‌دهند و در جریان بالادست قرار دارند، شامل کمپرسور گاز چرخان، محفظه احتراق، توربین محرک کمپرسور، توان توربین گازی هستند.
توربین گازی یک موتور احتراقی است که در قلب یک نیروگاه قرار دارد و می‌تواند گاز طبیعی یا دیگر سوخت‌های مایع را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. این انرژی سپس ژنراتوری را به حرکت درمی‌آورد که انرژی الکتریکی تولید می‌کند و از طریق خطوط برق به خانه‌ها و کسب‌وکارها منتقل می‌شود.
منبع:
