طرح نیروگاه گازی

 کاربرد سيستمهاي توليد همزمان برق و حرارت

  چكيده

تدوين برنامه بلندمدت بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، تاثير مثبتي بر اقتصاد كشور و ارتقاي نقش ايران در بازارهاي جهاني انرژي دارد. از جمله نتايج حاصل از برنامه بهينه‌سازي بخش عرضه انرژي، بهبود راندمان و كاهش توليد آلاينده‌هاي ‌زيست محيطي ناشي از توليد انرژي است. راهكارهاي بهينه سازي متعددي در بخش عرضه انرژي مطرح است كه از جمله آنها ميتوان به توليد همزمان برق و حرارت، سرمايش هواي ورودي به توربينهاي گازي، استفاده از توربينهاي انبساطي و تعيين تركيب بهينه در عرضه حاملهاي انرژي اشاره نمود. در مطالعه حاضر، برنامه بلندمدت استفاده از واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت در كشور،كه بر اساس حداقل سازي مجموع هزينه‌هاي اقتصادي سيستم عرضه انرژي كشور تهيه‌شده است، از نظر ميگذرد. در محاسبه هزينه‌هاي اقتصادي سيستم عرضه ‌انرژي، مولفه‌هاي سرمايه‌گذاري، هزينه‌هاي بهره برداري و هزينه هاي سوخت لحاظ شده است.

كلمات كليدي: توليد همزمان، ارتقاي كارآيي انرژي، سيكل تركيبي، توربين گاز،

Reciprocating Engine CHP, Back-Pressure, Extraction Condensing,

 

مقدمه

توليد همزمان برق و حرارت يك روش صرفه جويي انرژي است كه در آن برق و حرارت بطور همزمان توليد مي‌شوند. حرارت حاصل از توليد همزمان مي‌تواند بمنظور گرمايش ناحيه‌اي        (District heating) يا در صنايع فرآيندي مورد استفاده قرار گيرد.

 

فرآيند توليد همزمان مي‌تواند بر اساس استفاده از توربينهاي گاز، توربينهاي بخار يا موتورهاي احتراقي بنا نهاده شود و منبع توليد انرژي اوليه نيز شامل دامنه وسيعي است كه مي‌تواند سوختهاي فسيلي، زيست توده، زمين گرمايي يا انرژي خورشيدي باشد.

گرمايش ناحيه‌اي شامل سيستمي است كه در آن حرارت بصورت متمركز توليد و به تعدادي مشتري فروخته ميشود. اين كار با استفاده از يك شبكة توزيع كه از آب داغ يا بخار بعنوان حامل انرژي حرارتي بهره مي‌برد، انجام مي‌پذيرد. شكل (۱) شماي يك سيستم بازيافت و انتقال حرارت را نشان مي دهد.

شکل ۱- تجهيزات بازيافت و انتقال حرارت

s1

سابقة تاريخي

اولين سابقه تاريخي استفاده از گرمايش مركزي به قرنهاي سوم و چهارم پيش از ميلاد باز مي‌گردد. در آن زمان امپراتوريهاي يونان و روم كه از نظر فن آوري پيشرفته بودند، براي اولين بار آب گرم خروجي از لايه‌هاي آهكي را با حفره كانال به حمام‌هاي عمومي، ورزشگاه، قصرها و قلعه‌هاي نظامي منتقل نمودند. در سال ۱۸۸۸ اولين توليد كننده همزمان برق و حرارت در آلمان شروع بكار نمود. در اين سال در شهر هامبورگ از حرارت حاصل از توليد برق بمنظور تأمين حرارت تالار شهر (City Hall) استفاده شد. هم اكنون در بسياري از نقاط جهان از سيستم‌هاي توليد همزمان استفاده ميشود. جدول (۱) ليست ۱۰ كشور جهان و درصد تأمين حرارت بوسيلة سيستم‌هاي توليد همزمان به نسبت كل حرارت مصرفي در اين كشورها را نشان مي‌دهد.

جدول ۱- اطلاعات مربوط به ۱۰ كشور استفاده كننده عمده سيستمهاي توليد همزمان
نام كشور درصد حرارت تأمين شده به روش متمركز به كل تقاضاي حرارت سهم CHP طول خطوط انتقال آب گرم (km)
ايسلند ۸۵%
روسيه ۷۰%
لهستان ۵۲% ۱۶۳۹۲
فنلاند ۵۰% ۳۶% ۲۳۹۰۰
دانمارك ۵۰% ۶۲% ۲۳۹۰۰
سوئد ۴۲% ۶% ۱۱۱۸۰
جمهوري چك ۲۲% ۲۵۰۱
اطريش ۱۴% ۲۵% ۲۶۴۶
آلمان ۱۲% ۸% ۱۷۴۹۶۹
كره ۴% ۲۵% ۲۶۴۶

 

خصوصيات گرمايش ناحيه‌اي

به طور كلي ميتوان خصوصيات يك سيستم گرمايش ناحيه‌اي را در ۶ گروه اصلي دسته بندي نمود.

 

۱-۳- ارتقاء كارآيي انرژي

 

در واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت، تلفات به حداقل مي‌رسد. بازده كلي اين واحدها بين ۸۰ تا ۹۰ درصد خواهد بود، اين در حالي است كه در يك نيروگاه متداول بازده حرارتي بين ۴۰ تا ۵۰ درصد است. شكل (۲) مقايسه يك نمونه نيروگاه حرارتي معمول و يك واحد CHP و تلفات آنها را نشان مي‌دهد.

 

شكل ۲- مقايسه بازده انرژي در نيروگاههاي معمول و نيروگاههاي توليد همزمان

 s2

 

۲- ۳- تأمين حرارت مطمئن و انعطاف پذيري

با توجه به اينكه واحدهاي توليد همزمان از حرارت توليدي نيروگاهها استفاده مي‌كنند، توليد انرژي حرارتي در آنها بدون وقفه انجام ميشود. همچنين ميزان توليد برق و حرارت، با توجه به تقاضاي آنها قابل تغيير است.

۳-۳- محيط زيست

راندمان بالاي واحدهاي توليد همزمان، اين واحدها را بعنوان راه حلي قابل قبول براي تبديل انرژي مطرح نموده است. همچنين بازدهي بالاي اين واحدها، باعث ميشود توليد دي اكسيد كربن و ساير آلاينده‌ها نظير تركيبات گوگردي و اكسيدهاي نيتروژن كاهش يابد. از سوي ديگر در كشورهايي كه قوانين سخت گيرانه زيست محيطي در آنها اعمال ميشود با كاهش تعداد واحدهاي تبديل سوخت به حرارت مفيد، كنترل واحدهاي توليد آلاينده راحت‌تر انجام خواهد پذيرفت.

 

۴- ۳- هزينه‌هاي كمتر

در توجيه پذيري واحدهاي CHP‌ بايد محدوديتهاي مالي را بدقت لحاظ نمود. لازمست در هر ناحيه انرژيهاي رقيب با واحدهاي توليد همزمان مقايسه و تصميم گيري بدقت انجام پذيرد. معمولاً واحدهاي توليد همزمان به سرمايه گذاري بيشتري نسبت به سيستم‌هاي معمول تبديل انرژي نياز دارند. ولي بايد دقت داشت كه ميزان مصرف انرژي در آنها بسيار پايين‌تر است: بعبارت ديگر، هزينه‌هاي متوسط تبديل يك واحد انرژي در واحدهاي CHP پايين‌تر از ساير روشهاست.

۵-۳- استفاده هرچه بيشتر از فضاي ساختمانها

با استفاده از واحدهاي توليد همزمان، تجهيزات نصب شده در تأسيسات گرمايشي ساختمانها كاهش مي‌يابد، به همين دليل فضاي بيشتري در ساختمانها قابل استفاده خواهد بود.

۶- ۳- هزينه‌هاي پايين‌تر تعميرات و نگهداري

با توجه به اينكه براي استفاده از حرارت توليدي در يك واحد توليد همزمان، تجهيزات كمتري در هر ساختمان مورد نياز است، هزينه‌هاي تعميرات و نگهداري تجهيزات نيز كمتر خواهد شد.

 

روشهاي توليد همزمان

نيروگاههاي توليد همزمان را مي‌توان به پنج دستة كلي تقسيم نمود.

  • بازيافت از توربينهاي زيركش دار (Extraction condensing)
  • بازيافت از توربينهاي پس فشاري (Back – Pressure)
  • بازيافت حرارت از توربين هاي گازي ( (Gas turbine heat recovery
  • بازيافت از سيكل تركيبي (Combined Cycle)
  • بازيافت از موتورهاي رفت و برگشتي (Reciprocating Engines)

ساده‌ترين نيروگاه توليد همزمان، نيروگاههايي هستند كه از توربينهاي Back – pressure استفاده مي‌كنند. در ايـن نـيـروگـاهـهـا، برق و حرارت در يك توربين بخار توليد ميشود. يكي ديگر از اجزاي اصلي نيروگاههاي Back – pressure بويلر است كه مي‌تواند براي سوزاندن سوختهاي جامد، مايع يا گازي شكل طراحي شود.

 

 

۱-۴- نيروگاههاي Extraction Condensing (زير كشدار)

توليد حرارت به روش توليد همزمان مي‌تواند در نيروگاههاي مجهز به توربين بخار زير كشدار (Extraction Condensing) انجام شود. به اين طريق كه مقداري از بخار قبل از رسيدن به آخرين مرحله توربين از آن خارج شود. گرمايش متمركز مي‌تواند با استفاده از بخار استخراج شده از توربين يا براي مصارف صنعتي مورد استفاده قرار داد.

شكل (۳) چرخه يك نيروگاه بخار كه در آن يك ايستگاه كاهش فشار نيز تعبيه شده است را نشان مي دهد. از ايستگاه كاهش فشار بخار در مواقعي كه از توربين بخار استفاده نشود، استفاده     مي شود. در اين حالت بخار مطمئن براي تأمين حرارت فرآيندها تأمين خواهد شد. بايد دقت داشت كه در صورتيكه از توربين بخار استفاده نشود به اين سيستم توليد همزمان اطلاق نمي‌شود. در يك نيروگاه معمولي فقط برق توليد مي‌شود ولي دريك نيروگاه Extraction Condensing جزئي از بخار براي توليد حرارت از توربين خارج ميشود.

۲-۴- نيروگاههاي Back – pressure

در نيروگاههاي بخار معمولي، بخار فشار بالا در بويلر توليد ميشود كه اصطلاحاً به آن بخار زنده اطلاق ميشود. اين بخار از ميان توربين عبور مي‌كند و پس از انبساط كامل، با فشار پايين وارد يك كندانسور ميشود. در اين بخش حرارت باقيمانده در اين بخار با هوا يا آب منتقل ميشود.

در يك 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 مستقيماً به عنوان بخار فرآيند (مثلاً در ماشينهاي كاغذسازي) يا بعنوان سيال گرم در يك مبدل حرارتي براي گرم كردن آب مورد استفاده در سيستمهاي گرمايشي ناحيه‌اي مورد استفاد قرار گيرد.

۱-۲-۴- نيروگاههاي Back – pressure صنعتي

در نيروگاههاي صنعتي Back – pressure معمولاً فشار پشت توربين در بارهاي كامل 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 كيفيت بالاتر را استخراج نمود. اين بخار مي‌تواند در فرآيندهاي صنعتي استفاده شود يا به مصرف داخلي نيروگاه برسد. در صورتيكه اين بخار به مصرف داخلي نيروگاه برسد به آن CHP اطلاق نمي‌شود. هرچه بخار با فشار بالاتر از توربين استخراج شود ميزان برق توليدي كمتر خواهد بود.

s3

شكل۳- نيروگاههاي پس فشاري

 

۲-۲-۴- ‌نيروگاههاي Back – pressure براي استفاده در گرمايش ناحيه‌اي

در سيستمهاي متداول گرمايش ناحيه‌اي آب گرم كه 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 شبكه دماي آب خروجي از نيروگاه حداكثر بين ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتي گراد در نظر گرفته ميشود. بعنوان مثال اگر ميانگين دماي آب خروجي از نيروگاه بين ۸۰ تا ۸۵ درجه باشد، دماي آب برگشتي حدود ۵۰ تا ۵۵ 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 بذكر است افزايش حرارت در اثر عبور از اين بويلرها نبايد در محاسبات راندمان كل سيستم CHP منظور شود.

 

s4

 

شكل (۴): نيروگاههاي پس فشاري مورد استفاده در گرمایش منطقه ای

هر چه دماي آب خروجي از سيستم گرمايش ناحيه‌اي بيشتر باشد. ميزان توليد برق كاهش خواهد يافت ارتباط بين ميزان برق حرارت توليدي را با فاكتوري بنام نسبت حرارت به برق                  (Heat to power Ratio)  مي‌سنجد.

۳-۴- توربين گاز و بويلر بازيافت حرارت

يك سيستم ساده و كم هزينه توليد همزمان برق و حرارت ميتواند با تركيب يك توربين گاز و يك بويلر بازيافت حرارت ايجاد شود. گازهاي داغ خروجي از توربين گاز از يك بويلر بازيافت حرارت عبور مي‌كنند و بخار مورد نياز فرآيند يا گرمايش مورد نياز را تأمين مي‌كند. در اين نوع نيروگاهها، هواي داغ خروجي از توربين گاز از بويلر بازيافت حرارت عبور كرده و حرارت خود را به سيال حامل (آب) منتقل مي‌كند. در بسياري از مواقع از گاز طبيعي بعنوان سوخت مصرفي استفاده ميشود. اما گازوئيل يا تركيبي 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 ۶۰ تا ۱۰۰ درجه سانتي گراد كاهش داد ولي در صورتيكه از سوختهاي مايع استفاده شود بمنظور كاهش ريسك خوردگي گوگرد بايد دما بين ۱۲۰ تا ۱۷۰ درجه كنترل شود. در بعضي مواقع نيروگاه به يك مشعل كمكي مجهز ميشود كه از گازهاي خروجي از توربين گاز بجاي هواي احتراق استفاده مي‌كند. طبيعتاً حرارت توليدي از مشعلهاي كمكي را نبايد در محاسبة حرارت توليدي از CHP منظور نمود.

s5

شكل ۵- توربين گاز مجهز به بويلر بازيافت

در بعضي از مواقع نيز اگزوز خروجي از توربينهاي گاز مجهز به يك كنار گذر (By- Pass) خواهد بود كه در اينصورت ميتوان فقط در مواقع لازم از بويلر بازيافت استفاده كرد و در مواقع غير ضروري آنرا از سيستم حذف نمود.

۴-۴- نيروگاههاي سيكل تركيبي

اخيراً، استفاده از نيروگاههاي سيكل تركيبي كه شامل يكي يا چند توربين گاز به انضمام بويلرهاي بازيافت حرارت و توربين بخار هستند نيز متداول شده‌اند. يك نيروگاه سيكل تركيبي شامل يك يا چند توربين گازي و توربين بخار است. بسته به نوع توربين بخار، نيروگاه مي‌تواند معمولي يا توليد همزمان باشد. شكل (۶) يك نيروگاه سيكل تركيبي توليد همزمان كه شامل ۲ توربين گاز، ۲ بويلر بازيافت و يك توربين بخار است را نشان مي‌دهد.

s6

شكل ۶- توليد همزمان در نيروگاه سيكل تركيبي

اگر از خنك كن‌هاي كمكي براي خنك كردن مايعات خروجي از توربين بخار استفاده نشود ميتوان اين واحدها را بعنوان واحدهايCHP  مورد استفاده قرار دارد. مشخصة تمامي نيروگاههاي سيكل تركيبي، بازيافت حرارت از گاز خروجي توربينهاي گاز است. اين حرارت توسط بويلرهاي بازيافت و به منظور توليد بخار مورد نياز توربينهاي بخار استفاده ميشود. معمولاً براي افزايش كيفيت بخار از مشعلهاي كمكي كه از گاز خروجي توربين گاز بعنوان هواي ورودي استفاده مي‌كنند براي حرارت دادن بويلر كمكي استفاده ميشود. سيستمهاي سيكل تركيبي كه در آنها از مايع خروجي از كندانسور براي تأمين حرارت استفاده ميشود اساس سيستمهاي توليد همزمان با سيكل تركيبي را تشكيل مي‌دهند.

 

۵-۴- نيروگاههاي مجهز به موتورهاي رفت و برگشتي

اين روش نيز مشابه به روش توليد همزمان در نيروگاههاي گازي است با اين تفاوت كه بجاي توربين گاز از موتورهاي درونسوز رفت و برگشتي استفاده ميشود. در نيروگاههايي كه از موتورهاي رفت و برگشتي استفاده مي‌كنند، حرارت مي‌تواند از روغن موتور يا آب خنك كن موتورها از حرارت گازهاي خروجي از اگزوز بازيافت شود.

s7

شكل ۷ – بازيافت حرارت از موتورهاي رفت و برگشتي

بازده الكتريكي موتورهاي رفت و برگشتي بين ۳۵ تا ۴۲ درصد است و در صورتيكه در اثر قوانين زيست محيطي لازم باشد اكسيدهاي نيتروژن به ميزان زيادي كاهش پيدا كند اين راندمان ۱% كاهش مي‌يابد. با توجه به اينكه موتورهاي پيشرفته گازهاي اگزوز خنك‌تري (حدود ۴۰۰) دارند، بازيافت حرارت فقط مي‌تواند بصورت بخار باشد. مثلاً يك موتور ديزل ۲/۴ مگاواتي مي‌تواند ۵/۱ مگاوات بخار و ۱/۳ مگاوات آبگرم و داغ توليد كند. با توجه به اينكه كل مصرف سوخت براي اين موتور حدود ۱۰ مگاوات خواهد بود، بازده كل مجموعه حدود ۸۸% مي‌رسد.


انتقال آب گرم

براي انتقال آب گرم از خطوط لوله خاصي استفاده مي شود. اين خطوط براي حداكثر فشار عملياتي bar‌ ۱۶ طراحي شده اند و به سنسورهاي نشت ياب مجهز هستند. اين خطوط بطور كلي با خطوط انتقال آب يا گاز طبيعي تفاوت دارند و به گونه اي طراحي شده اند كه حداكثر مقاومت حرارتي و ايمني را داشته باشند. معمولاً براي جلوگيري از نشتي و كنترل دقيق از يك سيستم مانيتورينگ كامپيوتري استفاده مي شود. با استفاده از سيستم مانيتورينگ امكان يافتن سريع محل خرابي و تسريع در برطرف نمودن آن فراهم مي شود

s8

مطالعه توليد همزمان برق و حرارت در ايران

در اين مطالعه، برنامه بلندمدت استفاده از واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت در كشور، براساس حداقل سازي مجموع هزينه‌هاي اقتصادي سيستم عرضه انرژي كشور تهيه‌ شده است. در محاسبه هزينه‌هاي سيستم عرضه ‌انرژي، مولفه‌هاي سرمايه‌گذاري، هزينه‌هاي بهره برداري و       هزينه هاي سوخت لحاظ شده است .

در مدلسازي سيستم توليد همزمان برق و حرارت، فرض شده است كه ميتوان تلفات ناشي از گازهاي داغ خروجي از توربين هاي گازي را به صورت بازيافت حرارت وارد شبكه توليد همزمان برق و حرارت نمود. انتخابهاي مطرح براي استفاده ازبازيافت حرارت، استفاده از نيروگاه سيكل تركيبي معمولي براي توليد برق، استفاده  از بويلر بازيافت حرارت براي توليد آبگرم و استفاده از توربين بخار پس فشاري (Back pressure) براي توليد برق و آبگرم است. براساس اطلاعات فني، راندمان توربين گازي بعد از نصب سيستم بازيافت حرارت ازحدود ۳۴ درصد به بيش از ۷۰ درصد افزايش مي‌يابد، در نتيجه تلفات توربين‌هاي گازي ازحدود ۶۶ درصد به كمتر از ۳۰ درصد ميرسد كه پتانسيل بهينه‌سازي مهمي محسوب ميشود و در اين مطالعه، بررسي اقتصادي آن ارائه شده است.

بررسي وتحليل استفاده از توليد همزمان برق وحرارت بر اساس سه روش زير قابل انجام است:

۱ ـ برنامه ريزي با محوريت تأمين حرارت مورد نياز (oriented – Heat)

۲ ـ برنامه ريزي با محوريت  تأمين برق مورد نياز (oriented – Power)

۳ ـ برنامه ريزي با محوريت حداقل سازي هزينه كل سيستم عرضه انرژي (oriented-Cost)

در اين مطالعه، برنامه‌ريزي براي استفاده از واحدهاي توليد همزمان برق و حرارت بر اساس حداقل كردن هزينه‌هاي سيستم عرضه انرژي كشور صورت گرفته است. منظوراز هزينه هاي سيستم عرضه انرژي، مجموع هزينه‌هاي سرمايه گذاري، بهره برداري و هزينه هاي سوخت است.

 

مدلسازي شبكه توليد همزمان برق و حرارت

تعيين اطلاعات مورد نياز و انتخاب روش برنامه ريزي، مهمترين قسمت بررسي انجام مطالعات بهينه سازي است. بدين منظور لازم است ساختار منطقي از كليه تجهيزات قابل استفاده در شبكه توليد همزمان برق و حرارت تدوين گردد. مدل مورد استفاده براي اين مطالعه مدل نرم افزاري EFOM-ENV بوده است. اين مدل يك مدل بهينه سازي جريان انرژي است كه با رسم شبكه جريان انرژي و وارد كردن اطلاعات فني و اقتصادي و محدوديتهاي موجود، برنامه بلند مدت سيستم انرژي را ارائه مينمايد. شكل (۸) شبكه انرژي ‌كه بدين منظور مدلسازي شده است را نشان مي‌دهد.

s9

شكل۸- مدل شبكه انرژي توليد همزمان برق و حرارت

همانگونه كه در شكل (۸) ملاحظه مي شود، تلفات ناشي از گازهاي داغ خروجي از توربين هاي گازي به صورت بازيافت حرارت وارد شبكه توليد همزمان برق و حرارت مي‌شود. انتخابهاي مطرح براي استفاده از بازيافت حرارت، استفاده از نيروگاه سيكل تركيبي معمولي براي توليد برق، استفاده از بويلر بازيافت حرارت براي توليد آبگرم و استفاده از توربين بخار پس‌فشاري ((Back pressure براي توليد برق و آبگرم است.

 

هزينه سوختهاي ورودي به مدل شبكه توليد انرژي

در شبكه توليد انرژي از فرآورده هاي نفتي، گاز طبيعي، زغال سنگ و سوخت هسته‌اي به عنوان سوخت ورودي در بخشهاي مرتبط استفاده شده است. همچنين گزينه‌هاي مختلف توليد برق بوسيله انرژي‌هاي نو در اين شبكه در نظر گرفته ‌شده‌است.

جدول (۲) هزينه سوختهاي مصرفي ورودي به بخش برق، كه از بعضي بخشهاي مرتبط تأمين مي‌‌شود را نشان مي‌دهد. اين قيمتها بر اساس قيمتهاي متوسط ۳۰ سال گذشته و بر اساس محتمل‌ترين سناريوي ممكن پيش‌بيني شده‌است.

 

جدول ۲- هزينه‌هاي سوخت ورودي به مدل بر اساس سناريوي مبنا

سال مطالعه گاز طبيعي

(سنت برمتر مكعب)

گازوئيل

(دلار بر بشكه)

نفت كوره

(دلار بربشكه)

زغالسنگ

(دلار بر تن)

۱۳۸۳ ۶/۳ ۳/۲۱ ۵/۱۶ ۳۳
۱۳۸۸ ۶/۳ ۳/۲۱ ۵/۱۶ ۳۳
۱۳۹۳ ۸/۳ ۴/۲۲ ۳/۱۷ ۳۵
۱۳۹۸ ۸/۳ ۴/۲۲ ۳/۱۷ ۳۵
۱۴۰۸ ۴ ۴/۲۳ ۲/۱۸ ۳۷

 

داده‌هاي فني و اقتصادي تجهيزات موجود در شبكه توليد انرژي

تجهيزات مورد استفاده در شبكه برق شامل نيروگاه گازي، سيكل تركيبي، توربين بخار، توربين بخار پس‌فشاري (pressure Back)، بويلر بازيافت‌ حرارت، ژنراتور توليد برق و توليد حرارت توسط روشهاي معمول همچون بخاري گازي مي باشد. داده هاي فني- اقتصادي مورد استفاده در مدل در ضميمه ۱ ارائه شده اند.

 

نتايج

با استفاده از داده هاي موجود و اجراي مدل نتايج زير بدست آمد:

۱- بازيافت حرارت از توربينهاي گازي داراي اولويت اقتصادي بالايي در برنامه بلندمدت كشور است كه بايستي بدان توجه شود. توليد حرارت از بازيافت انرژي در بويلر بازيافت حرارت براي مصارف گرمايشي بهترين انتخاب است و توليد همزمان برق و حرارت در توربين بخار پس‌فشاري (pressure ـ Back) در اولويت دوم قرار دارد.

۲- در شبكه ‌توليد همزمان ‌برق و حرارت، نيروگاه سيكل ‌تركيبي ‌معمولي در مقايسه با نيروگاه سیكل ‌‌تركيبي با توربين بخار پس‌فشاري و بويلر بازيافت‌ حرارت داراي هيچگونه اولويت اقتصادي نيست. علت اين امر، بالا بودن هزينه توليد انرژي نيروگاه سيكل‌ تركيبي معمولي نسبت به هزينه توليد انرژي نيروگاه سيكل‌ تركيبي با توربين بخار پس‌فشاري و بويلر بازيافت حرارت است.

۳- بعنوان يك تصميم كلي براي توليد آبگرم، استفاده از بويلر بازيافت حرارت و توربين بخار پس‌فشاري  (Back- Pressure) در سيستم قدرت كشور توصيه مي‌شود.

 

سياستهاي كلي و پيشنهادات

با نگاه كلي، بازيافت حرارت از گازهاي داغ خروجي از توربينهاي گازي حتي در مناطقي كه در آنها شبكه گاز وجود دارد داراي توجيه اقتصادي است. با در نظر گرفتن هزينه گاز ورودي با نيروگاهها، استفاده از بويلر بازيافت براي تأمين حرارت در اولويت اول قرار دارد. بعد از بويلر بازيافت، توربين بخار پس‌فشاري (pressure ـ Back) اولويت دوم را به خود اختصاص داده است.

با توجه به تأثيرپذيري انتخاب روشهاي مختلف توليد همزمان برق و حرارت از شرايط محيطي، پيشنهاد ميشود مطالعات ميداني هر پروژه اجرايي بصورت موردي انجام شود. لازمست در اين مطالعات، ساز و كارهاي فروش حرارت نيز بدقت مورد بررسي قرار گيرد زيرا بازار مطئن فروش حرارت تأثير مهمي بر انتخاب آلترناتيوهاي موجود در توليد همزمان دارد ولي آنچه كه بديهي بنظر مي‌رسد، استفاده از توليد همزمان برق و حرارت بمنظور بالا بردن بازده بخش عرضه  انرژي است.

 

مراجع

۱- http://www.kdhc.co.kr/english/index_e.htm.

۲- http://www.cogen.org/

۳-  سیاستها و برنامه های بهینه سازی انرژی در جانب عرضه – قسمت اول: تولید همزمان برق و حرارت- گروه عرضه- معاونت امور انرژي- وزارت نيرو- ۱۳۸۲٫

۴- برنامه ۲۵ ساله عرضه انرژي در كشور- گروه عرضه- دفتر برنامه ريزي انرژي- معاونت امور انرژي- وزارت نيرو- ۱۳۸۰٫

 

 

 


ضميمه ۱: اطلاعات فني- اقتصادي ورودي مدل

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي نيروگاه گازي

شرح پارامتر سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۸/۳۰۳ Kw /$
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۱۳/۱ Kw /$
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰۰۱۲/۰ Kw /$
طول عمر همه سالها ۱۵ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۲ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۴/۶۱ درصد
راندمان همه سالها ۴/۳۳ درصد
ظرفيت باقيمانده ۱۳۸۳ ۷۲۸۷ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۸۸ ۷۴۲۶ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۹۳ ۶/۶۲۴۶ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۹۸ ۶/۶۲۱۷ MW

 

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي   نيروگاه سيكل تركيبي

شرح پارامتر

سال

مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۴۶۱ Kw / $
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۲۱۴/۱ Kw / $
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰۰۰۹/۰ Kw / $
طول عمر همه سالها ۳۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۵ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۲/۶۲ درصد
راندمان همه سالها ۵۰ درصد
ظرفيت باقيمانده ۱۳۸۳ ۸/۸۴۶۸ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۸۸ ۴/۷۳۶۳ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۹۳ ۴/۷۳۶۳ MW
ظرفيت باقيمانده ۱۳۹۸ ۶/۵۲۹۲ MW


داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي توربين بخار

شرح پارامتر
سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۶۳۰ KW / $
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۷۵/۳ KW / $
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰۰۰۴/۰ KWh/ $
طول عمر همه سالها ۲۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۲ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۹۵ دصد
راندمان همه سالها ۵۰ درصد

 

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي توربين Back pressure

شرح پارامتر
سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۸۰ KW/$
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۹۶/۰ KW/$
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰ KWh/$
طول عمر همه سالها ۲۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۲ سال
راندمان توليد برق همه سالها ۲۰ درصد
راندمان توليد آبگرم همه سالها ۶۵ درصد
ضريب دسترسي همه سالها ۹۵ درصد

 

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي بويلر بازيافت حرارت

شرح پارامتر
سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۸۰ KW/ $
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۶/۱ KW/ $
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰ KWh/$
طول عمر همه سالها ۳۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۲ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۵۵ درصد
بازده همه سالها ۷۲ درصد

 

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي انتقال آبگرم

شرح پارامتر
سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۵/۴۲ KW/ $
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۸۵/۰ KW/ $
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰ KWh/$
طول عمر همه سالها ۳۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۱ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۹۵ درصد

راندمان

همه سالها ۹۵ درصد

 

داده‌هاي فني ـ اقتصادي ورودي ژنراتور توليد برق

شرح پارامتر
سال مقدار عددي واحد
هزينه سرمايه گذاري اوليه همه سالها ۲۳۰ KW/ $
هزينه ثابت تعميرات و نگهداري همه سالها ۳/۲ KW/ $
هزينه متغير تعميرات و نگهداري همه سالها ۰ KWh/$
طول عمر همه سالها ۲۰ سال
مدت زمان ساخت همه سالها ۲ سال
ضريب دسترسي همه سالها ۹۵ درصد