آشنایی با نیروگاه های CHP و CCHP

نیروگاه CHP چیست؟

نیروگاه های CHP و CCHP به طور هم‌زمان قادر به تولید دو یا سه نوع انرژی هستند. در نیروگاه های CHP حرارت حاصل از تولید برق در مولدهای محرک ژنراتور، به منظور تأمین انرژی لازم جهت گرمایش، مورد استفاده قرار می­ گیرد. فرایند تولید همزمان را می ­توان بر اساس انواع مولدهای نیروی محرکه، از جمله توربین ­های گاز، توربین ­های بخار، موتورهای احتراقی و مولدهای دیگر طبقه ­بندی نمود. در شرایطی که منابع تولید انرژی اولیه نیز شامل دامنه وسیعی از جمله سوخت­ های فسیلی (Fossil) زیست توده (Biomass) زمین گرمایی (Geothermal) و یا انرژی خورشیدی (Solar Energy) می ­باشند.سوخت اصلی آن‌ها معمولاً گاز است، این نیروگاه‌های گازی، انرژی حاصل از سوخت فسیلی را به انرژی الکتریکی، گرمایش و سرمایش تبدیل می‌کنند. در واقع تولید همزمان (Cogeneration) از نگاه ترمودینامیکی به معنای تولید دو یا چند شکل از انرژی با استفاده از یک منبع انرژی اولیه می ­باشد و از آنجا که دو شکل معمول انرژی، حرارتی و مکانیکی هستند و انرژی مکانیکی غالباً برای راندن یک ژنراتور الکتریکی به کار برده می­ شود، این فرآیند به تولید همزمان برق و حرارت (CHP) شناخته می­ شود. حال در صورت به کارگیری چیلر جذبی جهت تولید برودت و استفاده از گرمای قابل بازیافت نیروگاه تولید برق، به منظور تأمین انرژی مورد نیاز ژنراتور چیلر، امکان تولید همزمان برق، گرما و سرما نیز وجود خواهد داشت که چنین سیستمی را CCHP (مخفف عبارت Combined Cooling, Heat and Power) می­ نامند.با استفاده از انرژی که از این نیروگاه‌ها تولید می‌شود، می­ توان تأمین برق و حرارت فروشگاه‌های بزرگ، کارخانجات صنعتی و برج‌های تجاری و هر ساختمان بزرگ دیگری را انجام داد.

مزایای استفاده از نیروگاه CHP

در مقایسه با سيستم ­های متمركز تولید برق (نیروگاه­ های حرارتی سنتی)، نیروگاه CHP یک روش توليد غير متمركز و محلی (District) به حساب می ­آید. به این معنا که می ­توان برای هر منطقه و محله ­ای، یک نیروگاه تولید برق مستقل پیش ­بینی نمود، که برق در محلی که نیاز صرف وجود دارد به صورت نیروگاه‌های کوچکی که به آن‌ها DG گفته می‌شود، پراکنده می‌شوند. این چنین به علت نزدیکی محل تولید برق به محل مصرف، تلفات ناشی از انتقال جریان الکتریسیته بسیار ناچیز خواهد بود. در حالی که میزان اتلاف در مسیرهای انتقال شبکه ­های سراسری در حدود 20 درصد می ­باشد (البته در بعضی از شهرهای ایران نظیر شهر اهواز، اتلاف برق در شبکه توزیع تا 30 درصد نیز گزارش شده است).

انرژي گرمایي ناشی از بازيافت تلفات حرارتي در مولدهاي محرک­ ژنراتور و همچنین سیستم­ های خنک­ کاری نیروگاه ­های CHP (برج های خنک کننده و کندانسورهای تبخیری) را می ­توان در دو حوزه پرمصرف و کاربردی، مورد بهره­ برداری قرار داد:

1. HVAC ) heating, ventilation, and air conditioning) : به منظور تأمین انرژی لازم جهت تولید آب گرم، تهویه هوا و … مورد نیاز برای گرمایش ساختمان­ های مسکونی، اداری، تجاری .
2. صنعت: جهت برآورده کردن نیاز بسیاری از فرایندهای صنعتی به انرژی گرمایی، در صنایع مختلفی همچون پتروشیمی­ ها، کارخانجات کاغذسازی و …

لذا در نیروگاه­ های CHP با توجه به تولید الكتريسيته به صورت محلي و مستقل (غير متمركز) و استفاده همزمان از گرمای تلف­ شده، كارايي مولدهاي توليد برق به ميزان قابل توجهي افزايش یافته است. چنانکه راندمان تولید برق در نیروگاه ­های گازی، حدود 30 درصد می ­باشد که با افزایش هزینه­ های سرمایه­ گذاری و مجهز شدن به تجهیزات سیکل ترکیبی، راندمان آن نهایتاً تا 55 درصد قابل افزایش است. این در حالي است كه با بهره­ گيري از فناوری توليد همزمان برق و حرارت، آن هم بصورت مستقل، بازدهی انرژي اين مولدها به حدود 75 تا 85 درصد نيز خواهد رسيد که این راندمان بالا در مقایسه با توربین ­های گازی و سیکل ترکیبی، شانس زیادی در بهینه­ سازی مصرف سوخت ایجاد می­ کند. ضمن آنکه در سیستم­ های CHP میزان تولید CO۲ به ازای واحد تولید برق (kW) بسیار پایین ­تر از روش ­های مرسوم دیگر بوده که از منظر کاهش انتشار گازهای گلخانه­ ای از جمله CO۲ بسیار قابل توجه خواهد است. تا آنجا که بسیاری از دولت­ هاي اروپائي، آمريكا و حتي در بعضی از كشورهاي آسيایي نظير ژاپن، سياست­ ها و قوانيني را براي ترغيب به استفاده از نیروگاه ­های  CHP وضع نموده ­اند و این نشان از اهمیت CHP در کاهش مصرف انرژی می­ باشد.

سیستم تولید همزمان دارای چهار عنصر و مؤلفه اساسی خواهد بود:

1. مولد نیروی محرکه: مکانیزم تولید کننده نیروی مکانیکی
2. ژنراتور الکتریکی: مکانیزم تولید کننده الکتریسیته کوپل شده به مولد
3. سیستم بازیافت حرارت: مکانیزم بازیابی گرمای تلف­ شده
4. سیستم کنترلی مناسب: مکانیزم مدیریت و کنترل کلیه سنسورها و عملگرها

نیروگاه CHP شامل موتورهای احتراق داخلی، مشعل‌ها و دستگاه‌های تنظیم و کنترل مستمری هستند که بتوانند انرژی تولیدشده را مدیریت کنند. تفاوت این نیروگاه‌ها نسبت به نیروگاه‌های قدیمی‌تر، کاهش هزینه‌های سرمایه گذاری و  نصب آنها می ­باشد.

و در آخر ، کم‌تر شدن قطعی برق از مزایای دیگر این نیروگاهی تولید پراکنده انرژی از نقاط مختلفی تأمین می‌شود و به سرعت جایگزین همدیگر می‌شوند.

لذا نیروگاهای تولید پراکنده در حال توسعه در ایران و جهان می­ باشد و امروزه رویکرد منتهی به افزایش حجم تولید این گونه نیروگاه ها وجود دارد و هر روزه اقبال بیشتری به احداث این نیروگاه ها نشان داده می شود.

در مجموع با توجه به همزمانی تولید و مصرف برق در سیستم­های تولید همزمان، نیاز است تا چنین سیستم ­هایی در محل­ هایی با خصوصیات ویژه زیر راه ­اندازی شوند:

1. تقاضای مصرف انرژی (برق و گرما) دائمی باشد.
2. تقاضای مصرف انرژی گرمایی، بالا باشد.
3. حتی الامکان، نسبت تقاضای برق و گرمایش متعادل باشد. به عبارت دیگر شرایط برای بهره­ برداری از سیستم در طی شبانه روز و در طول سال، به گونه ­ای باشد که بتوان بهره ­برداری پیوسته ­ای (دائم کار) را از سیستم محقق ساخت.

با توجه به وابستگی ظرفیت سیستم ­های CHP به نیاز گرمایشی هر مجموعه و در نتیجه ظرفیت پایین آن­ ها، می ­توان CHP را در دسته سیستم­ های تولید پراکنده برق قرار داد.

تهیه و تنظیم: شرکت متین انرژی

www.matin-energy.ir