آشنایی با توربین انبساطی و کاربرد آن‌ در نیروگاه‌های تولید برق تهیه و تنظیم: مهدی مقیمی

فهرست آشنایی با توربین انبساطی بررسی تاثیر و تداخل احتمالی توربین انبساطی با واحدهای نیروگاه عوامل موثر در انتخاب محل نصب توربین‌های انبساطی ملاحظات اقتصادی پیرامون استفاده از توربین‌های انبساطی آشنایی با میکروتوربین‌های انبساطی

آشنایی با توربین انبساطی

گاز با فشار بالا کاهش هزینه لوله‌ها (سرمایه‌گذاری) حمل (فشرده کردن گاز)

کاهش دما توربین انبساطی مهار گاز با فشار بالا (ورودی شهرها) توربین انبساطی انبساط آیزنتروپیک شیر فشارشکن اختناق آنتالپی ثابت بازیافت انرژی هرز‌ رفت انرژی کاهش دما توربین انبساطی کاهش دما شیر فشارشکن

ورود به ژنراتور (تولید برق) ورود گاز به توربین (5/17 بار) ورود گاز به نیروگاه (5/2 بار)

1- کاهش فشار موردنیاز نیروگاه هدف استفاده از توربین انبساطی مزایای استفاده از توربین انبساطی 1- کاهش فشار موردنیاز نیروگاه 2- تولید برق 1- تولید برق توسط خود نیروگاه (هدف اولیه)، 2- تضمین رساندن گاز به نیروگاه (عدم اختلال در بهره‌برداری نیروگاه)، 3- امنیت (امنیت پرسنل عملیاتی و البته محیط زیست). 1- بازیابی انرژی 2- کاهش انتشار آلاینده‌های ناشی از سوخت فسیلی 3- تولید برق بدون مصرف سوخت بازیابی انرژی

انواع توربین‌های انبساطی الف. توربین محوری ب. توربین شعاعی انواع توربین‌های انبساطی

نیروگاه‌های توربین‌های انبساطی در ایران ظرفیت تولید هر واحد (مگاوات) مجموع ظرفیت تولید هر واحد (مگاوات) تعداد واحد عنوان 6/19 8/9 2 نیروگاه نکا 3/13 65/6 نیروگاه رامین اهواز 9/32 500 مگاوات پیش‌بینی ظرفیت تولید برق با نصب توربین انبساطی در نیروگاه‌های کشور

مقایسه انواع نیروگاه‌های از حیث سامانه تولید گرمای مصرفی (کیلووات‌ساعت) نیروی تولیدی بازده (%) سامانه تولید 3 1 33 توربین گاز چرخه باز 2/5 40 نیروگاه بخاری 2 50 چرخه ترکیبی (گاز و بخار) در حدود 1 نزدیک به 100 توربین انبساطی

روش‌های انتقال نیرو توسط منبسط کننده محرکِ مستقیم یک ژنراتور با سرعت بالا محرکِ یک ژنراتور با سرعت پایین از طریق یک جعبه‌دنده. نیروگاه نکا و رامین اهواز

بررسی تاثیر و تداخل احتمالی توربین انبساطی با واحدهای نیروگاه بررسی تاثیر و تداخل احتمالی توربین انبساطی با واحدهای نیروگاه

عدم تداخل با ایستگاه فعلی گاز نیروگاه عدم تداخل طی عملیات ( بهره‌برداری) عدم تداخل با تولید برق نیروگاه تاثیر توربین انبساطی بر قابلیت اطمینان

عدم تداخل با ایستگاه فعلی گاز نیروگاه شیر اختناق توربین انبساطی

عملکرد توربین انبساطی در خط عدم تداخل طی عملیات (بهرهبرداری) 6/4 بار توربین انبساطی 4/4 بار تنظیم شیر تقلیل فشار موازی در حداقل جریان 8/3 بار در حداکثر جریان شیر اختناق شیر اختناق توربین انبساطی توربین انبساطی عملکرد توربین انبساطی در خط

عدم تداخل در حالت بروز اشکال در توربین عدم تداخل طی عملیات (بهرهبرداری) میزان واحد عنوان 100 مترمکعب حجم لوله 6/32 کیلوگرم بر ثانیه حداکثر جریان گاز 375 کیلوگرم گاز موجود در لوله در فشار 6/4 بار 5/11 (حاصل تقسیم 375 بر 6/32) ثانیه زمان لازم برای مصرف گاز داخل لوله (با احتساب توربین انبساطی) 325 گاز موجود در داخل لوله در فشار 8/3 بار 10 (حاصل تقسیم 325 بر 6/32) زمان لازم برای مصرف داخل لوله (با احتساب شیر تقلیل فشار) شیر اختناق 2 ثانیه = (10- 5/11) + 5/0 ثانیه (زمان از کار افتادن توربین انبساطی) ثابت زمانی شیر تقلیل فشار = حداکثر 2 ثانیه توربین انبساطی خروج توربین از خط عدم تداخل در حالت بروز اشکال در توربین

عدم تداخل با تولید برق نیروگاه نیروگاه نکا نیروگاه رامین اهواز

تاثیر توربین انبساطی بر قابلیت اطمینان سامانه 99% 1 شیر تقلیل فشار 89/99% 2 شیر تقلیل فشار 86/99% 2 شیر تقلیل فشار + 1 توربین انبساطی (95%) 93/99% 2 شیر تقلیل فشار + 1 توربین انبساطی (5/97%)

عوامل موثر در انتخاب محل نصب توربین‌های انبساطی

دبی گاز و اختلاف فشار در خط لوله ایستگاه و ترکیب گاز ورودی و دما: دبی گاز و اختلاف فشار در خط لوله ایستگاه و ترکیب گاز ورودی و دما: عدم تغییر میزان دبی در طول سال، عدم کاهش میزان فشار تعیین‌شده. ارتباط با سامانه توزیع برق: وجود مصرف‌کننده بار ثابت، کمینه نوسانات مصرف بار، حداقل بودن هزینه تجهیزات لازم جهت ارتباط با سامانه توزیع. فضای لازم برای نصب توربین‌ها و تجهیزات جانبی آن‌ها. نیروگاه نکا و رامین اهواز نیروگاه نکا و رامین اهواز

ملاحظات اقتصادی پیرامون استفاده از توربین‌های انبساطی

هزینه‌های صرفه‌جویی‌شده در انجام طرح هزینه‌های داخلی هزینه‌های خارجی 1- هزینه‌های اجرایی 2- هزینه انرژی صرفه‌جویی‌شده 3- هزینه سوخت صرفه‌جویی‌شده 4- میزان کاهش آلودگی محیطزیست و هزینه‌های اجتماعی آن

* ضریب بار نهایی (Load Factor) توربین = 75% هزینه انرژی صرفه‌جویی‌شده 000,695,88=75/0× 8760×Kw 13500 * ضریب بار نهایی (Load Factor) توربین = 75%

هزینه سوخت صرفه‌جویی‌شده (تعداد بشکه نفت در هر سال) میزان صرفه‌جویی سوخت (تعداد بشکه نفت در هر سال) نیروگاه ردیف 000,100 رامین (اهواز) 1 000,150 نکا 2 000,250 مجموع هر بشکه نفت برابر 20 دلار (میزان هر بشکه نفت‌خام محاسبه‌شده در بودجه‌ریزی دولت) دلار 000,000,5 = دلار 20 × بشکه نفت 250000

میزان کاهش آلودگی محیطزیست (بر اساس استاندارد محیط زیست آمریکا) میزان (تُن در هر سال) نوع آلاینده ردیف 3/73 اکسیدهای نیتروژن 1 107,50 دی‌اکسید کربن 2 میزان کاهش هزینه‌های اجتماعی ناشی از آلایندگی کمتر (بر اساس استاندارد محیط زیست آمریکا) میزان کاهش (دلار در هر سال) نوع آلاینده ردیف 120,469 اکسیدهای نیتروژن 1 600,217,1 دی‌اکسید کربن 2 720,686,1 مجموع

هزینۀ هر کیلووات برق تولیدی = 219,1 دلار هزینه‌های اجرایی صرفه‌جویی‌شده حالت سوم حالت دوم حالت اول میلیون دلار نرخ دلار میلیون ریال هزینه 19 000,9 ریال 000,18 خرید تجهیزات داخلی هزینه‌‌های داخلی هزینه‌های غیرخرید (خدمات، سویل، نصب و راه‌اندازی) 1750 ریال 410,26 11 ----- هزینه‌های خرید خارجی 30 سرجمع هزینه‌ها میلیون دلار نرخ دلار میلیون ریال هزینه 93/4 000,9 ریال 410,44 هزینه‌‌های داخلی 11 ----- هزینه‌های خرید خارجی 93/15 سرجمع هزینه‌ها میلیون دلار نرخ دلار میلیون ریال هزینه 28 1750 ریال 410,44 هزینه‌‌های داخلی 11 ----- هزینه‌های خرید خارجی 39 سرجمع هزینه‌ها هزینۀ هر کیلووات برق تولیدی = 219,1 دلار هزینۀ هر کیلووات برق تولیدی = 550 دلار هزینۀ هر کیلووات برق تولیدی = 1000 دلار

کل رقم صرفه‌جویی شده در سال (انرژی، سوخت، آلایندگی و انجام پروژه) 720,436,15 دلار

آشنایی با میکروتوربین‌های انبساطی

توربین انبساطی با ظرفیت کمتر از 1 مگاوات میکروتوربین انبساطی محل مصرف: مصارف محلی، صنایع پُر مصرف گاز، برخی از ایستگاه‌های فشار شکن شهری، شهرک‌های صنعتی. فن‌آوری بالا، هزینه زیاد.

مزایای استفاده از سامانۀ میکروتوربین‌های انبساطی عدم نیاز به روغن‌کاری، طول عمر بیش از بیست سال (بلبرینگ مغناطیسی)، بدون ایجاد ضایعات، عدم وجود قطعات فرسایشی (به سرویس مرتب یا فشرده نیاز ندارد)، حداقل ایجاد صدا و لرزش، امکان کنترل و تشخیص وضعیت سامانه از راه دور، طراحی روتور ژنراتور با مغناطیس دائم برای تحمل سرعت‌های بیش از 270 متر بر ثانیه، عدم تماس محور روتور و بلبرینگ، امکان نصب سامانه بصورت کانتینر تکمیل و آزموده شده.  

کاربرد در دنیا: از سال 1993 در کشورهای آلمان، هلند و لوکزامبورگ هزینه خرید و نصب هر واحد میکروتوربین ‌ 1400 دلار به‌ازای هر کیلووات مدت زمان اجرا (تا نصب کامل) 10 ماه برای هر واحد

نتیجه‌گیری کاربرد وسیع توربین انبساطی در دنیا، توربین انبساطی و بهینه‌سازی مصرف سوخت و انرژی، قابلیت دست‌یابی به توان الکتریکی بازیافت (توسط توربین انبساطی) تا 500 مگاوات در ایران، ضرورت ایجاد بذل توجه مسئولین ذیربط به استفاده از توربین‌های انبساطی ضرورت برقراری هماهنگی کامل میان سازمان‌های ذیربط: مجری طرح، نیروگاه، شرکت گاز، مشاور و پیمانکار

منابع و مآخذ پایگاه اینترنتی وزارت نیرو جمهوری اسلامی ایران. سازمان بهره‌وری انرژی ایران، گزارشات مطالعات فنی و اقتصادی پروژه توربین‌های انبساطی. وزارت نیرو جمهوری اسلامی ایران، گزارش بازدید هیئت اعزامی پروژه نیروگاه‌های انبساطی به اروپا. سازمان بهره‌وری انرژی ایران، طرح پتانسیل‌یابی میکروتوربین‌های انبساطی (توربین‌های انبساطی با ظرفیت کمتر از 1 مگاوات). Croyostar Co., Energy Recovery Solutions Bulletin.

پایان