توليد همزمان برق و حرارت و برودت (Combined Cool, Heat and Power) توليد ترکيبي برق با توان محوري و حرارت مفيد، توسط يک سيستم، با استفاده از دو شکل مختلف انرژي مفيد با به کارگيري يک منبع اوليه انرژي به شمار مي‌آيد. به عبارت ديگر توليد ترکيبي برق و گرما و سرما يا به اختصار توليد ترکيبي(CCHP) عبارت است از توليد همزمان و توام ترموديناميکي دو يا چند شکل انرژي از يک منبع ساده اوليه.

اين فن آوري براي نخستين بار در نيروگاههاي سيکل بخاري استفاده شد، به طوري که از بخار استخراج شده از سيکل براي مصارف گرمايشي کارخانه و واحدهاي اطراف آن بهره گرفته مي‌شد. اگرچه با اين عمل راندمان اينگونه نيروگاهها اندکي کاهش مي‌يافت ولي با تأمين حرارت مورد نياز در مصرف سوخت تا حد زيادي صرفه‌جويي به عمل مي‌آمد. در سالهاي اخير، کاربرد اين سيستم‌ها که بهره‌وري بالايي را در مصرف انرژي درپي دارد، به نيروگاههاي بخار محدود نگشته و به ساير مولدهاي توليد قدرت اعم از مکانيکي يا الکتريکي گسترش يافته است، به طوري که امروزه مي‌توان هر سيستم مولد قدرت را با هر اندازه و با هر کاربردي به صورت يک واحد مشترک طراحي کرد و بدين ترتيب علاوه بر توليد توان الکتريکي يا مکانيکي به وسيله دستگاه، بهره‌گيري از حرارتي اتلافي مولد يا موتور را به صورت انرژي گرمايي قابل استفاده و امکان‌پذير ساخت.
نيروگاههاي توليد ترکيبي را مي‌توان به پنج دستة کلي تقسيم نمود.
- بازيافت از توربينهاي زيرکش دار (Extraction condensing)
- بازيافت از توربينهاي پس فشاري (Back – Pressure)
- بازيافت حرارت از توربين هاي گازي ( (Gas turbine heat recovery
- بازيافت از سيکل ترکيبي (Combined Cycle)
- بازيافت از موتورهاي رفت و برگشتي (Reciprocating Engines)
ساده‌ترين نيروگاه توليد همزمان، نيروگاههايي هستند که از توربينهاي Back - pressure استفاده مي‌کنند. در ايـن نيروگـاهها، برق و حرارت در يک توربين بخار توليد ميشود. يکي ديگر از اجزاي اصلي نيروگاههاي Back - pressure بويلر است که مي‌تواند براي سوزاندن سوختهاي جامد، مايع يا گازي شکل طراحي شود.

نيروگاههاي زير کشدار (Extraction Condensing):
 

توليد حرارت به روش توليد پراکنده مي‌تواند در نيروگاههاي مجهز به توربين بخار زير کشدار (Extraction Condensing) انجام شود. به اين طريق که مقداري از بخار قبل از رسيدن به آخرين مرحله توربين از آن خارج شود. گرمايش متمرکز مي‌تواند با استفاده از بخار استخراج شده از توربين يا براي مصارف صنعتي مورد استفاده قرار داد.
از ايستگاه کاهش فشار بخار در مواقعي که از توربين بخار استفاده نشود، استفاده مي شود. در اين حالت بخار مطمئن براي تأمين حرارت فرآيندها تأمين خواهد شد. بايد دقت داشت که در صورتيکه از توربين بخار استفاده نشود به اين سيستم توليد پراکنده اطلاق نمي‌شود. در يک نيروگاه معمولي فقط برق توليد مي‌شود ولي دريک نيروگاه Extraction Condensing جزئي از بخار براي توليد حرارت از توربين خارج ميشود.

نيروگاههاي Back – pressure:
 

در نيروگاههاي بخار معمولي، بخار فشار بالا در بويلر توليد ميشود که اصطلاحا به آن بخار زنده اطلاق ميشود. اين بخار از ميان توربين عبور مي‌کند و پس از انبساط کامل، با فشار پايين وارد يک کندانسور ميشود. در اين بخش حرارت باقيمانده در اين بخار با هوا يا آب منتقل ميشود.
در يک توربين Back - pressure بخار از قسمتهاي مياني توربين و با فشار بالاتر خارج ميشود و از اين بخار به منظور استفاده در مصارف گرمايشي استفاده ميشود. اين بخار مي‌تواند مستقيما به عنوان بخار فرآيند (مثلا در ماشينهاي کاغذسازي) يا بعنوان سيال گرم در يک مبدل حرارتي براي گرم کردن آب مورد استفاده در سيستمهاي گرمايشي ناحيه‌اي مورد استفاد قرار گيرد.
- نيروگاههاي Back - pressure صنعتي:
در نيروگاههاي صنعتي Back - pressure معمولا فشار پشت توربين در بارهاي کامل و جزئي و با در نظر گرفتن شرايط فرآيند ثابت نگه داشته ميشود. همچنين ميتوان از قسمتهاي مياني توربين نيز مقداري از بخار را با کيفيت بالاتر را استخراج نمود. اين بخار مي‌تواند در فرآيندهاي صنعتي استفاده شود يا به مصرف داخلي نيروگاه برسد. در صورتيکه اين بخار به مصرف داخلي نيروگاه برسد به آن CHP اطلاق نمي‌شود. هرچه بخار با فشار بالاتر از توربين استخراج شود ميزان برق توليدي کمتر خواهد بود.
- ‌نيروگاههاي Back - pressure براي استفاده در گرمايش ناحيه‌اي:
در سيستمهاي متداول گرمايش ناحيه‌اي آب گرم که حامل انرژي است با عبور از مبدلهاي حرارتي عمل انتقال حرارت را انجام مي‌دهد. دماي اين آب با توجه به تغييرات دماي محيط متغير خواهد بود. بسته به طراحي شبکه دماي آب خروجي از نيروگاه حداکثر بين 120 تا 150 درجه سانتي گراد در نظر گرفته ميشود. بعنوان مثال اگر ميانگين دماي آب خروجي از نيروگاه بين 80 تا 85 درجه باشد، دماي آب برگشتي حدود 50 تا 55 درجه سانتي گراد خواهد بود.
در بعضي از مواقع براي افزايش دماي آب خروجي ازنيروگاه بويلرهايي بصورت سري با مبدلهاي حرارتي در نظر گرفته ميشود. لازم بذکر است افزايش حرارت در اثر عبور از اين بويلرها نبايد در محاسبات راندمان کل سيستم CHP منظور شود.
هر چه دماي آب خروجي از سيستم گرمايش ناحيه‌اي بيشتر باشد. ميزان توليد برق کاهش خواهد يافت ارتباط بين ميزان برق حرارت توليدي را با فاکتوري بنام نسبت حرارت به برق (Heat to power Ratio) مي‌سنجد.

توربين گاز و بويلر بازيافت حرارت:
 

يک سيستم ساده و کم هزينه توليد پراکنده برق و حرارت ميتواند با ترکيب يک توربين گاز و يک بويلر بازيافت حرارت ايجاد شود. گازهاي داغ خروجي از توربين گاز از يک بويلر بازيافت حرارت عبور مي‌کنند و بخار مورد نياز فرآيند يا گرمايش مورد نياز را تأمين مي‌کند. در اين نوع نيروگاهها، هواي داغ خروجي از توربين گاز از بويلر بازيافت حرارت عبور کرده و حرارت خود را به سيال حامل (آب) منتقل مي‌کند. در بسياري از مواقع از گاز طبيعي بعنوان سوخت مصرفي استفاده ميشود. اما گازوئيل يا ترکيبي از گاز و گازوئيل نيز به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ميزان حرارت بازيافت شده به نوع سوخت مصرفي و دماي حرارت بازيافت شده بستگي دارد. اگر از گاز طبيعي بعنوان سوخت توربين گاز استفاده شود، ميتوان دماي گازهاي خروجي از بويلر بازيافت را به حدود 60 تا 100 درجه سانتي گراد کاهش داد ولي در صورتيکه از سوختهاي مايع استفاده شود بمنظور کاهش ريسک خوردگي گوگرد بايد دما بين 120 تا 170 درجه کنترل شود. در بعضي مواقع نيروگاه به يک مشعل کمکي مجهز ميشود که از گازهاي خروجي از توربين گاز بجاي هواي احتراق استفاده مي‌کند. طبيعتا حرارت توليدي از مشعلهاي کمکي را نبايد در محاسبه حرارت توليدي از CHP منظور نمود.
در بعضي از مواقع نيز اگزوز خروجي از توربينهاي گاز مجهز به يک کنار گذر (By- Pass) خواهد بود که در اينصورت ميتوان فقط در مواقع لازم از بويلر بازيافت استفاده کرد و در مواقع غير ضروري آنرا از سيستم حذف نمود.

نيروگاههاي سيکل ترکيبي:
 

اخيرا، استفاده از نيروگاههاي سيکل ترکيبي که شامل يک يا چند توربين گاز به انضمام بويلرهاي بازيافت حرارت و توربين بخار هستند نيز متداول شده‌اند. يک نيروگاه سيکل ترکيبي شامل يک يا چند توربين گازي و توربين بخار است. بسته به نوع توربين بخار، نيروگاه مي‌تواند معمولي يا توليد پراکنده باشد.
اگر از خنک کن‌هاي کمکي براي خنک کردن مايعات خروجي از توربين بخار استفاده نشود ميتوان اين واحدها را بعنوان واحدهايCHP مورد استفاده قرار دارد. مشخصه تمامي نيروگاههاي سيکل ترکيبي، بازيافت حرارت از گاز خروجي توربينهاي گاز است. اين حرارت توسط بويلرهاي بازيافت و به منظور توليد بخار مورد نياز توربينهاي بخار استفاده ميشود. معمولا براي افزايش کيفيت بخار از مشعلهاي کمکي که از گاز خروجي توربين گاز بعنوان هواي ورودي استفاده مي‌کنند براي حرارت دادن بويلر کمکي استفاده ميشود. سيستمهاي سيکل ترکيبي که در آنها از مايع خروجي از کندانسور براي تأمين حرارت استفاده ميشود اساس سيستمهاي توليد پراکنده با سيکل ترکيبي را تشکيل مي‌دهند.

نيروگاههاي مجهز به موتورهاي رفت و برگشتي:
 

اين روش نيز مشابه به روش توليد پراکنده در نيروگاههاي گازي است با اين تفاوت که بجاي توربين گاز از موتورهاي درونسوز رفت و برگشتي استفاده ميشود. در نيروگاههايي که از موتورهاي رفت و برگشتي استفاده مي‌کنند، حرارت مي‌تواند از روغن موتور يا آب خنک کن موتورها از حرارت گازهاي خروجي از اگزوز بازيافت شود
بازده الکتريکي موتورهاي رفت و برگشتي بين 35 تا 42 درصد است و در صورتيکه در اثر قوانين زيست محيطي لازم باشد اکسيدهاي نيتروژن به ميزان زيادي کاهش پيدا کند اين راندمان 1% کاهش مي‌يابد. با توجه به اينکه موتورهاي پيشرفته گازهاي اگزوز خنک‌تري (حدود 400) دارند، بازيافت حرارت فقط مي‌تواند بصورت بخار باشد. مثلا يک موتور ديزل 2/4 مگاواتي مي‌تواند 5/1 مگاوات بخار و 1/3 مگاوات آبگرم و داغ توليد کند. با توجه به اينکه کل مصرف سوخت براي اين موتور حدود 10 مگاوات خواهد بود، بازده کل مجموعه حدود 88% مي‌رسد.

منبع:http://powerelectrical.tk
ارسال توسط کاربر محترم سايت :kashancloop