بخشی از مقاله
چکیده:
استفاده از نیروگاههای سیکل ترکیبی، با آلایندههای متعددی ازجمله آلایندهی co2 همراه است . یکی از راههای کاهش این آلاینده، افزایش توان و راندمان نیروگاه با استفاده از نیروگاههای خورشیدی است. مطالعات و تجربیات نشان میدهد، هر مگاوات برق که توسط نیروگاههای خورشیدی تولید میشود، در مقایسه با نیروگاه سیکل ترکیبی از ورود 688 تن آلایندهی co2 جلوگیری میکند.
این بررسی که در نیروگاه سیکل ترکیبی بهبهان انجام گرفته است، با تلفیقی از دو نیروگاه سیکل ترکیبی و سهموی خورشیدی، توان و راندمان نیروگاه سیکل ترکیبی افزایش مییابد و بدین ترتیب میزان آلایندهی co2 نیروگاه تا حدودی کنترل میشود. این تلفیق که با نرم افزار ترموفلو شبیه سازی شده است، ابتدا دما در دو دوره 6 ماهه به کمپرسور توربین گازی نیروگاه سیکل ترکیبی وارد شده و پارامتر Pcsc - توان تولیدی ژنراتور توربین بخار نیروگاه - در دو حالت سیکل بخار منفرد و سیکل بخار تلفیق شده با مزرعه خورشیدی تعیین میشود و میزان افزایش توان و سپس میزان کاهش آلاینده به دست می آید.
بدین ترتیب، توان و راندمان نیروگاه سیکل ترکیبی بهبهان در طول سال به ترتیب 11.7 مگاوات و %2.7 افزایش مییابد و در نتیجه آلایندهی co2 به میزان 8049.6 تن کاهش پیدا میکند. نیروگاه تلفیقی، برای استانهای جنوبی کشور که هم حرارت خورشیدی بالایی دارند و هم در سالهای اخیر با آلاینده های متعددی مواجه هستند، مناسب میباشد.
مقدمه و هدف:
در طی سالهای اخیر، روند بسیار فزاینده ای در مصرف انرژی در سطح جهان به ویژه در بخش برق ایجاد گردیده است. نیروگاههای سوخت فسیلی، برقآبی، هسته ای و تجدیدپذیر منابع مختلف تولید برق در جهان میباشند. عوامل متعددی در انتخاب گزینه مناسب از بین منابع متعدد تولید برق دارای اهمیت میباشد که از آن جمله میتوان به شرایط جغرافیایی و اقلیمی، دارا بودن منابع فسیلی، عوامل اقتصادی، فنی و مسائل زیست محیطی اشاره کرد.
در این راستا با توجه به وضعیت زیست محیطی جهانی و اثرات قابل توجه بخش انرژی بر آن، گرایش عمومی به سمت کاربرد روشهایی با کارایی بالاتر و تولید برق با آلودگی کمتر است.[1] این در حالی است که نیروگاههای سوخت فسیلی سهم عمده ای در تولید برق دنیا دارند.
بدین منظور طرحها و اقدامات زیادی در سطح کشور صورت گرفته است. در بسیاری موارد، افزایش راندمان نیروگاههای سوخت فسیلی، مؤثرترین راه برای کاهش آلایندههای آنها معرفی میشود. تبدیل نیروگاههای گازی به سیکل ترکیبی ازجمله اقدامات مهم در این زمینه است. علت در پیش گرفتن این رویکرد را میتوان افزایش یافتن 1.5 برابری بازده نیروگاههای کشور دانست.
بدین ترتیب، با بازگشت انرژی خروجی واحدهای نیروگاههای گازی به چرخه تولید، دیگر نیازی به استفاده از سوخت جدید نبوده و آلایندههای کمتری به محیط زیست وارد میشود. [2 ] هر چند، راندمان نیروگاه سیکل ترکیبی در برخی مواقع تحت تأثیر شرایط محیطی قرار می گیرد و باعث افت توان و راندمان آن نیز میگردد.
روش دیگر، استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در نیروگاههای سوخت فسیلی است.[3] به عنوان مثال، نیروگاه های خورشیدی در مقابل نیروگاههای با سوخت فسیلی، تولید co2ندارند و با محیط زیست کاملاً سازگارند و انرژی سبز محسوب میشوند. هر مگاوات انرژی که توسط این نیروگاهها تولید میشود، در مقایسه با سیکل ترکیبی از تولید 688 تن و در مقایسه با سیکل بخار با سوخت زغال سنگ از تولید 1360 تن دی اکسید کربن جلوگیری میکند. به علاوه بیشتر مواد مصرف شده در ساخت این نیروگاهها قابل بازیابی هستند.
ایزدپناه و همکاران، سیکل نیروگاه ترکیبی تلفیقی یزد را به منظور آنالیز تأثیر شرایط فصلی شامل تغییرات دما و شدت تابش بر پارامترهای ترمودینامیکی نیروگاه شبیه سازی کرده اند.[4] نتایج، افزایش 15 مگاواتی توان تولیدی نیروگاه در شرایط تابستانی را نشان میدهد.
محسن جبار،افزایش راندمان نیروگاه سیکلترکیبی را با استفاده از چیلر جذبی لیتیم برماید نشان میدهد[5] نتایج نشان میدهد، در حالتی که توربین- کندانسور وجود دارد و از جریان زیرکش بخار استفاده نمیشود، یک منبع حرارتی برای چیلر جذبی وجود خواهد داشت که باعث میشود مقدار قابل توجهی از توان توربین کاسته شده، ولی در مجموع توان سیکل افزایش یابد.
افزایش ساخت نیروگاههای تجدیدپذیر نیز یکی دیگر از راههای کاهش آلایندههای نیروگاه است. بدون تردید، یکی از موانع مهم در گسترش نیروگاههای تجدیدپذیر از جمله نیروگاه خورشیدی، بالا بودن قیمت برق آن است. روشهای متعددی نیز برای کاهش هزینههای خورشیدی در نظر گرفته شده است
هنری پرایس و دیوید کرنی در گزارش خود، راهکارهایی را برای کاهش قیمت برق خورشیدی در کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت ارائه دادهاند.[7] در این گزارش، افزایش مقیاس نیروگاهها، افزودن ذخیره سازی انرژی حرارتی، وضع قوانینی برای مشوقهای مالی و بهبود تکنولوژی دریافت کنندهها و متمرکزکنندهها از جملهی این راهکارها معرفی می شود.
مهرنیا و خوشخو اندازه مزرعه خورشیدی نیروگاه سیکل ترکیبی تلفیقی یزد را بهینه سازی کردند.[8] هدف آنها، یافتن تعداد حلقهها برای رسیدن به حداقل قیمت تولید برق از نیروگاه خورشیدی است. در این کار، قیمت تمام شده برق تولیدی، یک پارامتر عالی برای یافتن اندازه بهینه مزرعه معرفی میشود. در این روش، ابتدا تولید سالیانه برق برای چهار اندازه در نظر گرفته شده برای مزرعه خورشیدی محاسبه شده و تحلیل اقتصادی برای هر یک انجام و اندازه بهینه مزرعه به دست آورده شده است. نتایج نشان میدهد، اندازه بهینه مزرعه خورشیدی 32 حلقه خورشیدی میباشد که هر حلقه از چهار مجموعه کلکتور 150 متری مدل ای تی 150 تشکیل شده است. برای شرایط موجود در نیروگاه با تغییر اندازه مزرعه، کمترین قیمت تولید برق 9.68 میلیون یورو میباشد.
در مقالهی حاضر نیز، با تلفیقی از دو نیروگاه سیکل ترکیبی بهبهان و سهموی خورشیدی، توان و راندمان نیروگاه سیکل ترکیبی، افزایش مییابد و آلایندهی co2 نیروگاه کنترل میشود.
تئوری و پیشینه تحقیق:
عملکرد نیروگاه سیکل ترکیبی:
سیال ورودی - هوا - وارد کمپرسور شده و پس از تراکم و کمی گرم شدن وارد اتاق احتراق میشود و توسط سوخت، احتراق صورت میگیرد.سپس هوای داغ حاصل که کار همان بخار داغ را در توربین بخار انجام میدهد، وارد توربین گازی میشود.گازهای داغ خروجی از توربین نیروگاه گازی وارد بویلر بازیاب میشوند تا در آنجا برای تولید بخار پس تافته استفاده شود. بخار پس تافته تولید شده در بویلر بازیاب، پس از عبور از توربین و منبسط شدن، وارد کندانسور میشود و پس از خنک شدن توسط پمپ تخلیه به سمت پیش گرمکن آب تغذیه هدایت میشود.
آب خروجی از کندانسور پس از گرم شدن در پیش گرمکن به وسیله بخار زیرکشی شده از توربین وارد مخزن دی اریتور میشود.سپس، پمپ آب تغذیه، فشار سیال را افزایش میدهد. برای استفادهی حداکثر از حرارت موجود در بویلر بازیاب، آب با فشار زیاد - خارج شده از پمپ آب تغذیه - از لولههای اکونومایزر عبور میکند و سپس وارد درام میشود تا از آنجا توسط پمپ چرخش اجباری، آب درام از لولهای اواپراتور عبور کرده و مجدداً به صورت بخار وارد درام شود. برای بالا بردن دمای بخار خروجی از درام، از لولههای سوپرهیتر استفاده میشود تا دمای بخار تا حداکثر ممکن افزایش یابد. بخار پس تافتهی خارج شده از سوپرهیتر، دوباره وارد توربین بخار می شود و این روند سیکل تکرار میگردد.
عملکرد سهموی خطی:
گردآورندههای سهموی خطی، گردآورندههایی به شکل U باز میباشند که توسط مواد منعکس کنندهی پرتوهای خورشیدی پوشش داده میشوند.[9] این تجهیزات، پرتوهای خورشیدی را در خط کانونی خود متمرکز می سازند. با قرار دادن یک لوله به عنوان گیرنده انرژی خورشیدی در خط کانونی سهموی خطی و عبور سیالی در آن، گرمای پرتوهای خورشیدی از طریق تشعشع به سیال منتقل میگردد.
گرمای جذب شده توسط سیال، موجب افزایش دمای آن گردیده و چنانچه تعداد زیادی از این تجهیزات مورد بهره برداری قرار گیرند، دمای سیال، به تدریج در اثر عبور از کانون سهموی خطی متوالی به قدری افزایش مییابد که میتوان انرژی گرمایی جمع شده را با استفاده از مبادله کنندههای حرارتی خورشیدی به مدار آب - بخار نیروگاههای حرارتی متداول، انتقال داده تا به کمک توربین بخار و ژنراتور، توان الکتریکی تولید گردد. در این نوع نیروگاههای حرارتی، ردیابی خورشید از شرق به غرب انجام میگیرد. نیروگاههای سهموی خطی، اساساً شامل یک مزرعه خورشیدی، یک سیستم تولید بخار و یک سیستم تولید نیروی برق میباشد.
مواد و روش ها:
تلفیق نیروگاههای سهموی خطی و سیکل ترکیبی:
یکی از فناوریهای مهم نیروگاههای سهموی خطی، به کارگیری مزارع خورشیدی - مزرعه خورشیدی متشکل از کلکتورهای سهموی خطی است که به کمک مبدلهای حرارتی، بخشی از بخار را تأمین مینماید. - در واحدهای نیروگاههای سیکل ترکیبی است که به کمک آن میتوان تلفیقی از این دو نیروگاه را ساخت. شکل 1، فلودیاگرام تلفیقی این دو نیروگاه را نشان میدهد.
