پروژه نیروگاه بخار (Steam Power Plant)

 با افزایش مقدار مصرف بالطبع مهندسین و متخصصین شروع به افزایش ظرفیت نیروگاه ها نمودند و تا حدی که امکانات فنی و تکنولوژی وقت اجازه می داد ظرفیت نیروگاه ها افزایش داده شده است .

تعیین ظرفیت نیروگاه بصورت بهینه ، متاثر از فاکتور های متفاوتی می باشد.

امروزه بسیار واضح است که قیمت برق تولید شده با افزایش ظرفیت نیروگاه کاهش می یابد . البته باید به این موضوع توجه داشت که برای یک نیروگاه افزایش ظرفیت باعث ازدیاد طول خط انتقال میشود و لذا افت انرژی در طول خط انتقال افزایش می یابد . با توجه به دو حقیقت فوق الذکر ، تعیین ظرفیت بهینه یک نیروگاه به طور ساده و ابتدایی توسط تجزیه و تحلیل مخارج نیروگاه در طول عمر آن و مسائل انتقال انرزی برق می باشد ولی این تحلیل بسیار ساده موضوع می‌باشد. نکات بسیار دیگری نیز در تعیین ظرفیت واحد های نیروگاه می تواند موثر باشد که در این پیشگفتار با آن آشنا شده و در گزارش به طور مفصل شرح داده می شود و نتیجه گیری های لازم اتخاذ خواهد گردید .

فاکتورهای مهم در تعیین ظرفیت واحد :

پس از مشخص شدن و تعریف مقدار بار مورد نیاز برای زمان حال و آینده ، ظرفیت کل نیروگاه تعیین می شود . میتوان گفت که کمترین مقدار مورد نیاز برای ظرفیت نیروگاه حداقل می بایست برابر با بار پیک یا بالاترین مقدار مصرف مورد نیاز باشد . [1]

عوامل و فاکتور هایی که در تعیین ظرفیت و قدرت واحد های تشکیل دهنده یک نیروگاه موثر می باشند عبارتند از : [2]

الف) جنبه های اقتصادی در انتخاب و تعیین ظرفیت واحد .

ب) قابلیت اطمینان در سیستم تامین کننده برق .

قابلیت عملیاتی و فنی .

د)حساسیت نسبت به مسائل غیر قابل پیشگوئی و نامطمئن .

ه)تامین بودجه جهت ساخت .

و)مسائل خاص طراحی .

ز)محل و موقعیت نیروگاه و مسائل محیط زیست .

ک)جاده و راه های ارتباطی .

ل)امکانات ساخت در داخل کشور .

م)امکانات تعمیرات و بهره برداری در داخل کشور .

ت)‌مسائل شبکه .

نکات فوق مهمترین عواملی میباشند که در تعیین ظرفیت نیروگاه دخالت دارند . برای آشنا شدن با هریک ار فاکتور های فوق در این پیشگفتار توضیحات مختصری به شرح زیر داده میشود :

الف )  جنبه های اقتصادی در انتخاب ظرفیت واحد :

علت اصلی انتخاب واحد های بزرگ مسئله اقتصادی بودن آنها می باشد . با افزایش ظرفیت نیرو گاه هزینه نسبی ساخت آن کاهش می یابد . [3]

واحد سنجش اقتصادی در مورد نیروگاه های تولید برق معمولا بر اساس دلار بر کیلووات ساعت می باشد که نسبت به ظرفیت نیروگاه بر حسب مگاوات ترسیم می گردد .

   

شکل1-2 تغییرات هزینه نسبی ساخت بر اساس ظرفیت واحد

منحنی اول هزینه ساخت جهت گسترش واحد های موجود ومنحنی دوم هزینه ساخت جهت گسترش واحدهای موجودو منحنی سوم هزینه ساخت واحد به طور کامل نشان داده شده است .

به طور کلی طبق مطالعات انجام شده توسط EPRI و مقالات ارائه شده IEEE افزایش قیمت واحد بر حسب افزایش ظرفیت واحد مطابق رابطه زیر بیان می شود.

در این رابطه :

C(S)           قیمت نیروگاه

S               ظرفیت واحد

K               ضریب ثابت

A   ضریبی که بستگی به کیفیت مهندسی و تکنولوژی واحد فاکتور های اقتصادی هر کشور دارد .

منظور از ارائه رابطه فوق صرفا اشاره به نحوه تغییرات قیمت یک نیروگاه ( c) بر حسب ظرفیت آن می باشد.

 ب- قابلیت اطمینان در سیستم :

یکی از محدود کننده های مهم در افزایش ظرفیت واحد مسئله قابلیت اطمینان سیستم می باشد .

در اکثر موارد قبول قطع برق منطقی نیست . مثلا متوقف شدن خط تولید یک کارخانه صنعتی در اثر قطع برق ممکن است باعث خسارات و صدمات مالی بسیار زیادی گردیده و یا مواد اولیه در حال ساخته شدن به کلی از بین برود . در موارد دیگر قطع برق ممکن است حیاتی باشد مثل سیستم هوارسانی در بعضی از فعالیت های صنعتی و معدن و برق بیمارستان ها و غیره که ممکن است باعث مرگ یا صدمات جبران ناپذیری گردد .

بنا به دلائل فوق می بایست پیش بینی هایی به عمل آید تا بتوان تولید برق را بطور مداوم و در حد وسط مطلوب نگه داشت .

اکثر سیستم های برق مقداری به صورت نهان در خود موجود دارند که این مقدار را می توان با کاهش در ولتاژ تا حدی بدست اورد . شکل 1-2ایش دهنده احتمال خروج اجباری واحد ها بر حسب ظرفیت واحد خارج شده از سیستم می باشد .

با ملاحظه این شکل می توان به این نتیجه رسید که با یک واحد 300 مگاواتی احتمال از دست دادن تمام برق بسیار زیاد و با داشتن 4 واحد 75 مگاواتی احتمال از دست رفتن برق به طور فزاینده کاهش پیدا می کند .[4]

شکل1-3 مکان از دست دادن برق بر اساس ظرفیت وتعداد واحدهای انتخاب شده

ج- قابلیت عملیاتی و فنی :

همانطور که قابلیت اطمینان سیستم به طور وضوح تابع ظرفیت نیروگاه میباشد ، قابلیت عملیاتی [5] و فنی نیز از نظر اصولی میبایست تابع ظرفیت نیروگاه باشد . نکته مهم اینست که در واحد های با ظرفیت بالا صرفنظر از هزینه و زمان لازم برای تعمیرات ، جایگزین برق از دست رفته می تواند بر روی قابلیت عملیاتی وقتی تاثیر داشته باشد .

هنگامی که ظرفیت واحد زیاد باشد تامین برق از دست رفته توسط نیروگاه های گازی یا بخاری بسیار مشکل تر از تامین برق از دست رفته توسط واحد های با ظرفیت کوچکتر می باشد .

د- حساسیت نسبت مسائل غیر قابل پیشگوئی و نامطمئن :

به طور کلی عوامل بسیار زیادی میتواند برنامه ساخت نیروگاه را تحت تاثیر قرار دهد . خصوصا اگر ظرفیت نیروگاه بالا باشد امکان دارد که رشد بار تغییر پیدا کند و یا مقدار سرمایه گزاری جهت ساخت تغییر نماید .

هـ  - تامین بودجه جهت ساخت :

فاکتور بودجه و تامین ان در ساخت نیروگاه جدید با واحد های بزرگ بشدت میتواند تحت تاثیر عوامل نامعلوم و غیر قابل انتظار قرار گیرد . عواملی مانند تورم و یا نابسامانی های اقتصادی براحتی می تواند برنامه های ساخت واحد های با ظرفیت بالا را کاملا بهم ریخته و احداث نیروگاه با ظرفیت بزرگ را کاملا متوقف نماید .

و- مسائل خاص در طراحی :

مسئله اقتصادی در تعیین ظرفیت واحد نیروگاه بستگی به نوع نیروگاه نیز دارد . مثلا واحد های نیروگاه اتمی از ظرفیت بالاتری برخوردار می باشند .

در حالی که نیروگاه های زغال سنگی و سوخت فسیلی از واحد هایی با ظرفیت کوچکتری تشکیل می گردند . لازم به ذکر است که در این گزارش فقط نیروگاه های حرارتی با سوخت فسیلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت .

ز- محل و موقعیت نیروگاه :

یکی از دیگر از پارامترهای موثر در تعیین ظرفیت نیروگاه محل و موقعیت آن می باشد که خود متاثر از عوامل زیر می باشد :

الف : منابع زیر زمین آب

ب : میزان آلودگی مجاز

لازم به ذکر می باشد که طبق روش دومی ، ارتفاع موثر دودکش از رابطه زیر به دست می اید :

که در آن :

H  ارتفاع دودکش ( متر )

A  ضریبی که به توزیع نامتعادل درجه حرارت در جو بستگی دارد .

( بدون واحد )

Q  مقدار کلی خروج عناصر الوده کننده از تمام دودکش های نیروگاه

  ( گرم در ثانیه ) .

F ضریب مربوط به سرعت نشست ناخالصی های موجود در هوا ،         

 این مقدار برای  برابر با 1 می باشد ( بدون واحد ) .

M ضریب مربوط به سرعت نشر دود ( بدون واحد ) .

ماکزیمم حد تمرکز نشست عناصر الوده کننده در سطح زمین است که به طور متوسط در 20 دقیقه اندازه گیری می شود ( میلی گرم بر متر مکعب)

N  تعداد دودکش های مشابه و هم ارتفاع .

R  مقدار کلی خروج گاز از تمامی دودکش ها ( متر مکعب در ثانیه )

T اختلاف درجه حرارت گازهای خروجی و حرارت محیط

بنابراین با افزایش تعداد واحد ها ( n ) ارتفاع دودکش نیز افزوده شده و نتیجتا در برگیرنده هزینه ساخت بیشتری می باشد

 ز- جاده ها و راه های ارتباطی :

کشور ایران از نظر وضعیت پستی و بلندی های طبیعی دارای ساختار بسیار خاصی
می باشد

در گزارش ، مطالعات راه ها فقط از نظر اشنایی با محدودیت های موجود درایران انجام خواهد گرفت و باید در نظر داشت که محدودیت راه ها برای هر پروژه فرق میکند و نمی توان یک قانون کلی و جامع برای محل قطعات سنگین و یا حجیم در جاده های ایران بدست اورد .

درهر پروزه بسته به محل اجرای آن می بایست بر طبق شرایط اقلیمی راه مناسب را بررسی و بر اساس امکانات موجود ظرفیت واحد را تعیین کرد . البته در این مورد باید در نظر داشت که افزایش ظرفیت واحد لزوما باعث افزایش وزن یا حجم دستگاه ها نمی گردد و معمولا وزن و حجم دستگاه ها بستگی به کشور سازنده و پیشرفته بودن تکنولوژی ساخت دارد .

ل- امکانات ساخت در داخل کشور :

مطالعه امکانات ساخت در داخل کشور و ارتباط ان با تعیین ظرفیت واحد یکی دیگر از مسائل مورد بحث دراین گزارش خواهد بود .

...  204 ص فایل Word

مقاله بررسی شبیه‌سازی و تحلیل رفتار پایدار و گذرای سیکل نیروگاه بخار

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 24 صفحه

چکیده:

بررسی رفتار پایدار و ناپایدار سیکل نیروگاههای بخار در طراحی، بهینه‌سازی و ارزیابی عملکرد این نیروگاهها حائز اهمیت است، در این رابطه به کمک نرم‌افزار ویژوال بیسیک. برنامه طراحی و تحلیل سیکل واقعی نیروگاههای بخار شامل بویلر، توربین، کندانسور، پمپ‌ها، هیترهای بسته به تعداد دلخواه و هیترباز (دی اریتور) طراحی و تکامل یافته است. به کمک این برنامه، با انتخاب اجزاء سیکل و اتصال آنها، مواردی مانند بازده حرارتی، کار تولیدی، دبی جرمی سیال در هر نقطه از سیکل و زیرکش‌ها، در سیکل پایدار نیروگاه بخار مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه با بدست آوردن روابط بقاء انرژی و جرم در حالت ناپایدار در اجزاء سیکل، رفتار حالت ناپایدار سیکل که جهت طراحی و کنترل نیروگاه، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد، بررسی شده است. در این رابطه مواردی نظیر تغییرات فشار و دمای بخار خروجی از بویلر، تغییرات دبی و فشار خروجی از درام، تغییرات توان تولیدی در توربین‌ها و تغییرات دبی و شرایط بخار ورودی به هیترها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این رابطه به عنوان نمونه تحلیل پایدار و ناپایدار اجزاء سیکل نیروگاه منتظر قائم ارائه شده است.

مقدمه:

توان تولید و مصرف برق در هر کشور یکی از شاخص‌های پیشرفت صنعتی آن کشور محسوب می‌شود. در دهه‌های اخیر نیاز بخشهای صنعتی و غیر صنعتی کشور به انرژی برق رشد چشمگیری داشته است. طبق آمار موجود، مصرف برق در ایران با رشدی در حدود 9% مواجه است [1]. از سویی دیگر متوسط راندمان نیروگاههای بخار در ایران، که سهم زیادی از توان تولیدی در کشور را به عهده دارند، تنها در حدود 8/31% می‌باشد، همچنین با توجه به هزینه بالای ساخت این نیروگاه‌ها کنترل بهینه عملکرد آنها تحت شرایط مختلف بار حائز اهمیت می‌باشد. این امر نیاز به مطالعات گسترده‌تر در زمینه طراحی، بهینه‌سازی، ساخت و کنترل نیروگاه‌ها دارد.

یکی از مهمترین زمینه‌های مطالعاتی نیروگاه، شبیه‌سازی عملکرد آن تحت شرایط پایدار و ناپایدار می‌باشد. در دهه اخیر مطالعات گسترده‌ای در این زمینه در کشورهای پیشرفته صنعتی صورت گرفته است، که از موفق‌ترین آنها می‌توان به تحقیقات بخش مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی Delft هلند اشاره کرد [2]، که ارائه دهنده برنامه موفق و کاربردی Cycle Tempo است. از دیگر نتایج مطالعاتی در این زمینه ارائه برنـامه کامپیوتری PPA توسط Lu. و Hogg اعضاء IEEE در سال 1996 می‌باشد [3]. اصولاً برنامه‌های شبیه‌ساز به عنوان یک ابزار مناسب تحقیقاتی در زمینه‌های مختلف طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برنامه‌های مختلف، بطور تخصصی سیستم‌های گوناگون بکار رفته در نیروگاههای بخار را مدلسازی، طراحی و ارزیابی می‌نمایند. یکی از مهمترین زمینه‌هایی که در طراحی نیروگاه و سیستم‌های جانبی آن اهمیت ویژه‌ای دارد، طراحی سیستم‌های کنترل عملکرد نیروگاه می‌باشد. به طور حتم اولین گام برای بررسی سیستمهای کنترلی، مدلسازی دینامیکی نیروگاه جهت پیش‌بینی رفتار گذرای اجزاء آن تحت شرایط ناپایدار خواهد بود. از اولین مدلهای دینامیکی که در این زمینه ارائه شده‌اند، مدل غیرخطی بویلر با درام بخار می‌باشد که توسط Astorm و Eklund در سال 1972 پیشنهاد شده است [4]. Rubashkin و Khesim مدل دینامیکی دیگری را برای شبیه‌سازی نیروگاه‌های فسیلی، طی یک برنامه شبیه‌ساز آموزشی ارائه کردند [5]. اما یکی از جامع‌ترین تحقیقات در این زمینه توسط Lu در سال 1999 انجام شده است که با دسته‌بندی شرایط بخار در طول سیستم، مدلهای دینامیکی ساده و جامعی برای یک بویلر درام‌دار دو مسیره با سیستم چرخش طبیعی ارائه کرده است [6].