Турбинаҳои газӣ дар системаҳои истеҳсоли энергия
Турбинаҳои газӣ яке аз технологияҳои калидӣ дар системаҳои муосири истеҳсоли энергия мебошанд. Бартариҳои онҳо дар қобилияти онҳо барои тавлиди миқдори зиёди нерӯи барқ бо вокуниши зуд, чандирӣ барои мутобиқ шудан ба борҳои тағйирёбанда ва қобилияти ҳамгироӣ бо дигар технологияҳо барои баланд бардоштани самаранокӣ мебошанд. Дар шароити афзоиши доимии талабот ба нерӯи барқ, турбинаҳои газӣ ҳам ҳамчун нерӯгоҳҳои барқии авҷгирифта ва ҳам ҳамчун сутуни нерӯгоҳҳои барқии гази табиӣ дар системаҳои барқии кишварҳои гуногун нақши муҳим мебозанд.
Таъриф ва принсипҳои кори турбинаҳои газӣ
Турбинаи газӣ як муҳаррики сӯзиши дохилии чархзананда аст, ки энергияи химиявии сӯзишвориро ба энергияи механикӣ дар шакли гардиши меҳвар табдил медиҳад ва сипас тавассути генератор ба энергияи барқӣ табдил меёбад. Давраи термодинамикии маъмултарин давраи Брайтон мебошад. Ба таври оддӣ, ин раванд аз се марҳилаи асосӣ иборат аст: фишурдани ҳаво, сӯзиш ва васеъ кардани гази гарм тавассути турбина.
Аввалан, ҳавои атроф тавассути компрессор ба он кашида ва фишурда мешавад ва фишори онро зиёд мекунад. Дуюм, ин ҳавои фишурдашуда ба камераи сӯзиш равона карда мешавад ва бо сӯзишворӣ - аксар вақт гази табиӣ - омехта карда мешавад, гарчанде ки дизел ё дигар сӯзишвориҳои моеъ низ метавонанд истифода шаванд. Сипас омехта сӯзонида мешавад ва газҳои гарм ва фишори баландро ба вуҷуд меорад. Сеюм, газҳои гарм аз парраҳои турбина ҷорӣ мешаванд, васеъ мешаванд ва турбинаро мегардонанд. Ин гардиши турбина компрессорро (одатан дар ҳамон меҳвар) ба кор медарорад ва қувваи холисро ба вуҷуд меорад, ки барои ба кор андохтани генератор истифода мешавад.
Азбаски як қисми қувваи турбина барои ба кор андохтани компрессор истифода мешавад, тарҳи ҷузъҳо ва самаранокии компрессор омилҳои муҳим дар муайян кардани кори умумии турбинаи газӣ мебошанд.
Қисмҳои асосии генератори турбинаи газӣ
Дар нерӯгоҳи барқии турбинаи газӣ (PLTG) якчанд ҷузъҳои асосӣ ба таври мукаммал кор мекунанд:
1. Системаи воридшавии ҳаво: ҳавои воридшавандаро филтр мекунад, то онро аз чанг ва зарраҳое, ки метавонанд парҳои компрессор ва турбинаро вайрон кунанд, тоза нигоҳ дорад.
2. Компрессор: фишори ҳаворо зиёд мекунад. Умуман, аз компрессори меҳварии бисёрзинагӣ истифода мебарад.
3. Камераи сӯзиш: ки дар он ҷо сӯзиш барои баланд бардоштани ҳарорати газ ба амал меояд. Устувории сӯзиш ва партовҳо нигарониҳои асосӣ мебошанд.
4. Турбина: энергияи гази гармро ба энергияи механикии гардишкунанда табдил медиҳад. Маводи теғи турбина бояд қобилияти тоб овардан ба ҳарорати баландро дошта бошад.
5. Генератор: энергияи механикиро ба нерӯи барқ табдил медиҳад, ки мустақиман ё тавассути қуттии редуктор пайваст карда мешавад.
6. Системаи идоракунӣ ва муҳофизат: эътимоднокии кориро нигоҳ медорад, борҳоро назорат мекунад ва дастгоҳро аз шароити ғайримуқаррарӣ муҳофизат мекунад.
7. Системаи сӯзишворӣ: танзими фишор, ҷараён ва сифати сӯзишворӣ, аз ҷумла системаҳои бехатарӣ.
8. Ихроҷ ва барқароркунии гармӣ (ихтиёрӣ): гази ихроҷро метавон мустақиман озод кард ё барои истеҳсоли буғ дар HRSG (Генератори буғии барқароркунии гармӣ) дар конфигуратсияи давраи омехта истифода бурд.
Самаранокӣ ва конфигуратсияи генератор
Умуман, турбинаҳои газӣ дар конфигуратсияи оддии сикли нисбат ба нерӯгоҳҳои сикли омехта самаранокии пасттар доранд. Аммо, бартариҳои онҳо сохтмони соддатар, хароҷоти нисбатан зудтари сармоягузорӣ ва имконоти оғози зудро дар бар мегиранд.
Дар як давраи оддӣ, қисми зиёди гармии гази ихроҷ ба атмосфера гум мешавад. Самаранокии маъмулӣ вобаста ба синфи муҳаррик, ҳарорати вуруди турбина ва шароити корӣ даҳҳо фоизро ташкил медиҳад.
Дар айни замон, дар нерӯгоҳи барқии сикли омехта (PLTGU), гармии гази ихроҷ барои гарм кардани об дар HRSG истифода мешавад ва буғ истеҳсол мешавад, ки сипас турбинаи буғиро ба кор медарорад. Бо истифода аз энергияи қаблан исрофшуда, самаранокии системаро ба таври назаррас афзоиш додан мумкин аст. Конфигуратсияи сикли омехта барои нерӯгоҳҳои бо гази табиӣ коркунанда хеле маъмул аст, зеро он нисбат ба бисёр нерӯгоҳҳои бо сӯзишвории истихроҷшаванда самаранокии баланд ва партовҳои камтарро барои як кВт/соат пешниҳод мекунад.
Илова бар ин, конфигуратсияи когенератсия ё CHP (Гармӣ ва қувваи якҷоя) мавҷуд аст, ки дар он гармии партов барои равандҳои саноатӣ ё гармидиҳии ноҳиявӣ истифода мешавад. Дар ин схема, истифодаи энергия метавонад беҳтарин бошад, вақте ки талаботи гармӣ ва барқ ҳамзамон қонеъ карда шаванд.
Нақши турбинаҳои газӣ дар системаҳои барқӣ
Турбинаҳои газӣ бинобар хусусияти чандирии худ дар фаъолияти системаи энергетикӣ нақши стратегӣ мебозанд. Баъзе аз ин нақшҳо инҳоянд:
– Нерӯгоҳи авҷгирифта: турбинаҳои газӣ метавонанд дар муддати нисбатан кӯтоҳ ба бори муайян бирасанд, ки онҳоро барои қонеъ кардани талаботи афзояндаи нерӯи барқ дар соатҳои авҷ мувофиқ мегардонад.
– Бори генератор пас аз он: қобилияти зуд афзоиш ва кам кардани қувват ба нигоҳ доштани устувории басомад ва шиддат мусоидат мекунад.
– Ҳамроҳи энергияи барқароршаванда: бо афзоиши воридшавии нерӯгоҳҳои барқи офтобӣ ва бодӣ, турбинаҳои газӣ аксар вақт ҳамчун генераторҳои эҳтиётӣ барои пӯшонидани норасоии нерӯи барқ ҳангоми хира будани офтоб ё суст будани шамол истифода мешаванд.
– Генераторҳо барои системаҳои дурдаст: дар минтақаҳое, ки ҳанӯз ба шабакаи калон пайваст нашудаанд, турбинаҳои газӣ метавонанд як варианти мувофиқ бошанд, агар захираҳои сӯзишворӣ дастрас бошанд ва талаботи энергетикӣ ба қадри кофӣ зиёд бошанд.
Ин чандирӣ турбинаҳои газиро ба як ҷузъи муҳим дар гузариши энергия табдил медиҳад, хусусан дар марҳилае, ки энергияи барқароршаванда ҳанӯз наметавонад бидуни дастгирии анбори калонҳаҷм нерӯи доимӣ таъмин кунад.
Ҷанбаҳои сӯзишворӣ ва партовҳо
Сӯзишвории маъмултарини турбинаи газӣ гази табиӣ аст, зеро он нисбат ба ангишт ё нафти вазнин нисбатан тозатар месӯзад. Партовҳои асосие, ки бояд идора карда шаванд, инҳоянд: NOx (оксидҳои нитроген), CO (моноксиди карбон) ва CO₂. Партовҳои NOx-ро метавон бо истифода аз технологияҳо ба монанди Dry Low NOx (DLN) ё тазриқи буғ/об дар шароити муайян кам кард, гарчанде ки ҳар як усул барои самаранокӣ ва мураккабии амалиётӣ оқибатҳо дорад.
Дар таҳаввулоти ахир, бисёре аз истеҳсолкунандагони турбинаҳо ба қобилияти сӯзондани омехтаҳои гидроген дар гази табиӣ барои кам кардани партовҳои карбон рӯ меоранд. Гарчанде ки умедбахш аст, оташгирии муштараки гидрогенӣ бо сабаби хусусиятҳои гуногуни алангаи гидроген, аз ҷумла хатари бозгашти дубора ва ниёз ба маводҳои мушаххас, танзими системаи сӯзишро талаб мекунад.
Афзалиятҳо ва маҳдудиятҳои турбинаҳои газӣ
Афзалиятҳои турбинаҳои газӣ инҳоянд:
– Оғози зуд ва вокуниш ба сарбории баланд.
– Андозаи нисбатан паймон барои қувваи бузург.
– Хароҷоти сармоягузорӣ ва мӯҳлати сохтмон одатан нисбат ба нерӯгоҳҳои калони ангиштӣ ё атомӣ кӯтоҳтаранд.
– Партовҳои ками зарраҳо ва сулфур ҳангоми истифодаи гази табиӣ.
Аммо, баъзе маҳдудиятҳо мавҷуданд:
– Ҳассосият ба ҳарорати муҳити атроф: дар ҳарорати баланди ҳаво, зичии ҳаво кам мешавад, ки дар натиҷа иқтидори баромад кам мешавад.
– Самаранокии давраи оддӣ нисбат ба давраи омехта пасттар аст.
– Вобастагӣ аз таъминоти сӯзишвории газ ва инфрасохтор (лулаҳо, гази моеъ ё фишурдасозӣ).
– Таназзули ҷузъҳо дар ҳарорати баланд, ки нигоҳдории мунтазам ва масолеҳи пешрафтаро талаб мекунад.
Истифода, нигоҳдорӣ ва эътимоднокӣ
Эътимоднокии турбинаҳои газӣ аз сифати ҳавои вурудӣ, сифати сӯзишворӣ ва таҷрибаҳои нигоҳдорӣ сахт таъсир мегирад. Ифлосшавии компрессор, ки аз чанг ё аэрозол ба вуҷуд меояд, метавонад самаранокӣ ва қувваи барқро коҳиш диҳад. Аз ин рӯ, системаҳои филтратсияи ҳаво, тозакунии компрессор (онлайн/офлайн) ва санҷишҳои даврӣ амалияҳои муҳим мебошанд.
Нигоҳдорӣ одатан ба санҷишҳои ночиз, санҷишҳои қисмати гарм ва таъмири асосӣ тақсим мешавад. Қисмҳои гарм — ба монанди камераи сӯзиш ва парраҳои турбинаи марҳилаи аввал — бори гарони гармиро аз сар мегузаронанд ва аз ин рӯ, одатан фосилаҳои санҷиши сахттар доранд. Бо назорати ҳолати сенсорӣ, операторҳо метавонанд нокомиҳои эҳтимолиро пешгӯӣ кунанд ва вақти бекористиро кам кунанд.
Хулоса
Турбинаҳои газӣ дар системаҳои истеҳсоли энергия нақши муҳим мебозанд, зеро онҳо чандирии амалиётӣ, имконоти оғози зуд ва мутобиқат бо схемаҳои гуногуни тавлид, аз қабили давраи оддӣ, давраи якҷоя ва когенератсия доранд. Дар давраи гузариши энергия, турбинаҳои газӣ аксар вақт ҳамчун "пул" барои нигоҳ доштани таъминоти боэътимоди нерӯи барқ ҳангоми афзоиши ҳамгироии энергияи барқароршаванда хизмат мекунанд. Мушкилоти марбут ба самаранокӣ, партовҳо ва вобастагии сӯзишворӣ, аз ҷумла истифодаи оптималии гармии партовҳо ва истифодаи сӯзишвориҳои камкарбон, ба монанди гидроген, инноватсияро пеш мебаранд. Бо тарҳи мувофиқ ва стратегияҳои дурусти истифода ва нигоҳдорӣ, турбинаҳои газӣ дар манзараҳои энергетикии имрӯза ва оянда як технологияи муҳим ва стратегӣ боқӣ мемонанд.
