انواع موتور و ژنراتورهای گازسوز CHP و CCHP و تفاوت آن با دیزل ژنراتور

انواع موتور و ژنراتورهای گازسوز CHP و CCHP و تفاوت آن با دیزل ژنراتور

موتورهای رفت و برگشتی نوعی تکنولوژی برای تولید پراکنده برق محسوب می گردند که مشابه سیستم های موتورهای بنزینی و گازوییلی خودرو طراحی و ساخته می شوند . سازندگان این گونه موتورها دارای حجم زیاد تولید بوده و بنابراین قیمت پایه به ازای هر کیلووات تولید برق توسط این تکنولوژی در پایین ترین سطح رقابتی قرار دارد. این مولدها دارای راندمان نسبی بالا در حدود 35 % الی 45 % بوده و برای کاربردهای مختلفی از جمله پیک سایی، حالت کار پشتیبان و دائم و همچنین تولید همزمان برق و حرارت در مقیاس کوچک، مناسبند. موتورهای رفت و برگشتی در حال حاضر، دارای ظرفیت نصب از چند کیلووات تا حدود 5 مگاوات با کاربری تأمین برق دائم و یا سیستم پشتیبان هستند. در این موتورها قابلیت دسترسی نزدیک به یک سوم انرژی سوخت از خروجی اگزوز بادمای 370 درجه سانتیگراد تا 540 درجه سان تیگراد امکان پذیر است. اما سایر تلفات حرارتی آنقدر ناچیز است که نمی توان در اغلب پروسه های بازیافت حرارتی از آنها بهره برد.

عملکرد همانطور که در قبل اشاره شد، موتورهای رفت و برگشتی در 4 مرحله عمل می کنند: (Intake) -1 ورود یا مکشو :ارد شدن هوا و یا مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر. 2- فشرده سازی( Compression) در موتورهای تراکمی، سوخت در نزدیکی انتهای پیستون به سیلندر تزریق می گردد. در موتورهای جرقه ای، مخلوط سوخت و هوا، در نزدیکی انتهای پیستون محترق می شود. : (Power Ignition) -3حرکت شتابی پیستون ناشی از فشار و گرمای گازهای احتراقی احتراق تخلیه سیلندر و خروج محصول احتراق از طریق اگزوز (Exhaust) -4 تخلیه :ابتدا هوای ورودی فشرده گشته، سپس در محفظه سیلندر با سوخت ترکیب می گردد و با حرکت پیستون، ترکیب سوخت و هوا فشرده می شود . در موتورهای دیزلی هوا و سوخت جداگانه وارد سیلندر می گردند. در این موتورها پس از فشرده سازی هوا در سیلندر توسط پیستون، سوخت به درون سیلندر پاشیده می گردد. این فشرده سازی که توسط پیستون صورت می گیرد باعث تولید جرقه می گردد که این جرقه سبب احتراق می شود. فشار ناشی از این احتراق باعث حرکت پیستون در داخل سیلندر می گردد، که توسط میل لنگ متصل به پیستون، انرژی آزاد شده تبدیل به انرژی مکانیکی می گردد. با رسیدن پیستون به انتهای مسیر، دریچه تخلیه باز گشته و عملیات تخلیه سیلندر به انجام می رسد. با کوپل نمودن یک ژنراتور به این موتور، می توان از این موتور برای تولید انرژی الکتریکی بهره برد.

همانطور که در فصل قبل اشاره شد، موتورهای رفت و برگشتی را همانند خودروها می توان به دو دسته اصلی تقسیم بندی نمود: (Compression Ignition‐Diesel Cycle) • سیستم های احتراق تراکمی (Spark Ignition‐Otto Cycle) • سیستم های احتراق جرقه ای

احتراق تراکمی این نوع مولدها مشابه موتورهای دیزلی طراحی شد هاند و معمولاً دارای توربوشارژر و سردکننده داخلی بوده، با راندمان الکتریکی 35 % تا 55 % و در رنج 75 کیلووات تا 60 مگاوات ساخته شده اند. سوخت این نوع مولدها به واسطة گرمای زیاد هوای فشرده ناشی از مرحلة ضربه پیستون و تزریق با فشار سوخت به صورت پودر در این هوای داغ، مشتعل می شوند و انرژی مکانیکی برای حرکت را فراهم می سازند . این نوع احتراق برای سوخت های سبک مانند گاز طبیعی مناسب نیست و برای آزاد کردن انرژی می بایست ازسیستم های جرقه زن استفاده نمود. موتورهای دوسوخته قادر به کارکرد توأم با دو سوخت سنگین و گاز طبیعی می باشند. احتراق جرقه ای

طراحی این نوع سیستم ها در واقع نشأت گرفته از سیستم های احتراق تراکمی می باشد . لکن تفاوت برای ایجاد جرقه، علاوه بر تحریک عمده مابین آنها در بکارگیری سیستم ولتاژ بالا احتراق توسط عمل تراکم است. این موتورها در محدوده 15 کیلووات تا حدود 10 مگاوات تولید می گردند . موتور- ژنراتورهای گازسوز عموماً از این سیستم برای تولید برق استفاده می نمایند. موتورهایی که با پروپان، سوخت های مایع فرار و بنزین نیز کار می کنند، عموماً از این سیستم استفاده می نمایند که مورد بحث ما نمی باشند. بسته به اندازه این موتورها، احتراق جرقه ای توسط یکی از دو روش زیر صورت می گیرد: • سیستم محفظه باز: در این سیستم ترکیب هوای فشرده و سوخت، مستقیماً در محفظه سیلندر محترق می گردند. سیستم پیش محفظه احتراق : به منظور کاهش میزان آلاینده هایNOX سیستم های مدرن ، امروزی به یک پیش محفظه کوچک احتراق مجهز شد هاند تا منجر به افزایش نسبت هوا به سوخت گردند. در این مولدها به علت سرعت بالای سیلندر، راندمان در مقایسه با سیستم های تراکمی کمتر می باشد(راندمان به حدود 43 % می رسد). گرمای خروجی اگزوز از این سیستم ها نیز کمتر است. این موتورها در مقایسه با توربین های گازی به میزان کمتری هوا نیاز دارند. این موضوع خود باعث و اساساً کنترل میزان آن می گردد . برای افزایش قدرت خروجی موتور، از NOX کاهش تولید سیستم های سوپرشارژر که با نیروی محرک خارجی می چرخند، استفاده می شود. در سیستم های مدرن امروزی، از توربوشارژرها به جای سوپرشارژرها استفاده می شود. نقش توربوشارژر جبران افت فشار گازهای خروجی اگزوز می باشد. در واقع توربوشارژر فشار هوای ورودی به محفظه احتراق را تا دو برابر بالا می برد. این توربوشارژرها معمولاً با سرعتی در حدود 12000 دوربر دقیقه کار می کنند . علاوه بر روش مذکور، به منظور افزایش هوای ورودی به سیلندر (محفظه احتراق )، هوای فشرده شده که در مرحله تراکم گرم شده است، مجدداً خنگ می گردد. این خنک شدن (حذف بخشی از گرمای هوا) منجر به افزایش مولکول های اکسیژن برای ورود به محفظه احتراق گشته و باعث افزایش میزان سوخت ورودی و در نهایت افزایش توان خروجی موتور م یشود. باعث افزایش توان خروجی موتور تا ،(AfterCooler) سیستم های توربوشارژر و بازخنک کننده مرز تقریباً دو برابر در شرایط مشابه با سیستم های قبلی فاقد این سیستم ها می شوند . به علاوه هیچگونه نیازی نیز به تغییر ابعاد سیلندر و پیستون در این شرایط نمی باشد . با مدرنیزه شدن موتورهای جدید، زمان جرقه زنی با تأخیر صورت می گیرد و همچنین تراکم افزایش می یابد . این__ خروجی از سیستم، بدون کاهش راندمان و افت توان می گردد . لازم NOX موضوع منجر به کاهش استفاده شود. NOX برای کنترل SCR به ذکر است که برای مولدهای دیزلی بزرگ می بایست از راندمان طبیعی است موتورهایی که در فشار سیلندر بالاتر کار می کنند راندمان بهتری دارند . تحقق این امر نیازمند سیستم های احتراقی بسیار مطمئن می باشد. راندمان مولدهای گازسوز احتراق جرقه ای در مقایسه با نوع دیزلی، به علت کمتر بودن نرخ فشرده سازی ، کمتر می باشد. در هر صورت نرخ راندمان مولدهای گازسوز در حدود 28 % برای ژنراتورهای کوچک(کمتر از 50 کیلووات) و در حدود 42 % برای ژنراتورهای بزرگتر و با مشخصه عملکردی بهتر می باشد. موتورهای رفت و برگشتی عموماً یک ژنراتور سنکرون را در سرعت ثابت، برای تولید جریان متناوب برق می گردانند. با کم شدن نرخ بار، نرخ گرمای موتورهای احت راق جرقه ای افزایش می یابد. لذا راندمان کم می گردد. کارکرد مولدهای گازسوز سازندگان مولدهای گازسوز پنچ نوع کارکرد را برای این موتورها قائلند: • حالت کار پشتیبان یا اضطراری: کارکرد مولد در مدت زمان کوتاه(کمتر از 100 ساعت) با ماکزیمم نرخ توان خروجی. • حالت کار دائم: کارکرد دائم بدون محدودیت زمانی(بیش از 4 برابر ثابت زمانی گرم شدن). • تولید همزمان برق و حرارت. • استفاده در پیک بار. • رفع نیازهای شبکه انتقال و توزیع. 3- براین اساس می توان کارکرد ژنراتورهای گازسوز برای واحدهای مختلف در ایران را توسط جدول 1 خلاصه نمود. مزایای مهم مولدهای گازسوز از جمله مزایای مهم این ژنراتورها موارد ذیل می باشند: • رنج توان تولیدی گسترده : عموماً از 10 کیلووات تا 5 مگاوات ساخته می شوند. • حرارت خروجی : این موتورها می توانند بخار با فشار کم و آب گرم تولید نمایند.

بررسی اجزاء ژنراتور گازسوز در این بخش به بررسی مختصر مشخصات و اجزاء ژنراتور گازسوز پرداخته می شود. به طور کلی یک مجموعه ژنراتور گازسوز از قسمت های اصلی و جنبی تشکیل شده است . قسمت های اصلی یک مجموعه کامل، شامل خود موتور- ژنراتور، شاسی و سیستم هایی است که بر روی خود موتور - ژنراتور سوار است . قسمت های جنبی نیز شامل مخزن روغن، پمپ آب، سیستم سوخت رسانی، مدارهای خنک ساز، پانل قدرت و پانل کنترل و... می باشند. در این بخش به بررسی اجزاء و قطعات اصلی یک موتور- ژنراتور گازسوز پرداخته می شود. موتور- ژنراتورهای گازسوز عموماً دارای سیست مهای اصلی زیر می باشند که اجزای اصلی هر کدام به ترتیب آمده است: • سیستم کنترل سرعت و بار: شامل کنترل کننده سرعت و بار، محرک هیدرولیکی، اتصالات تنظیم کننده، شیرهای پروانه ای که توسط محرک هیدرولیکی عمل می کنند و... • سیستم گاز: شامل خط کنترل کننده گاز، رگولاتور کنترل فشار ، کاربراتور و مخلوط کننده هوا و گاز، مجرای کاربراتور و ... • سیستم هوا: شامل فیلتر هوا، سیستم توربوشارژر، سیستم خنک ساز آب و... • سیستم روغن: شامل مدار و پمپ سیرکوله نمودن روغن، تانک روغن، پمپ روغن، شیر تنظیم فشار روغن، سوییچ سطح روغن، سیستم حرارت اولیه روغن با فیلتر و... • سیستم سردکننده: شامل سیستم سردکننده مایع، سیستم کمپرس هوا و... • سیستم های الکتریکی: شامل سیستم احتراق الکترونیکی، سیستم جرقه و دیگر اجزاء الکتریکی. • سیستم اگزوز: شامل سیستم آب خنک در شاخه های اگزوز و عایق حرارتی توربین. که بسته به نوع موتور 1 یا 2 ،DC • سیستم راه انداز: معمولاً توسط یک موتور الکتریکی 24 ولت عدد می باشد.

سیستم مونیتورینگ، تابلوی تجهیزات روی موتور: شامل سیستم مونیتورینگ اجزاء، باتری ها، تابلوهای کنترل و اندازه گیری با گیج های استاندارد(مانند: دمای آب در سیستم خنک ساز اصلی، دمای آب در سیستم خنک ساز جنبی، فشار روغن روانساز، دمای روغن روانساز، دمای مخلوط گاز و فشار مخلوط گاز) ، سنسورهای ایمنی (مانند: سنسورهای دما بالا، فشار بالا، نمایشگر اشباع فیلتر هوا یا روغن، سنسور سرعت و سنسور سطح روغن) و سیم کشی سنسور تا جعبه اتصالات با کلید اضطراری. مشخصات اصلی ژنراتور: معمولاً ژنراتور سنکرون، خودتحریک و بدون جاروبک، معمولاًبا یاتاقان دوبل، دارای تهویه مستقل، با سیستم تنظیم الکترونیکی سنکرون ساز و کنترل ضریب توان زمانی، اتصال مستقیم به موتور توسط اتصال فلنج و پیج به بدنه چرخ لنگر، دارای استاندارد مناسب طراحی یک نمونه 3 مگاواتی طراحی شده نشان داده شده است. این موتور- Duitz ساخته در شکل زیر یک نمونه موتور که توسط شرکت ژنراتور دارای توان الکتریکی 2928 کیلووات، با راندمان الکتریکی 41.8 % و با راندمان ژنراتور 97.6 % می باشد و دارای 7.8 متر طول، 2.7 متر عرض و 3.7 متر ارتفاع می باشد.