توزیع تولید با استفاده از میکروتوربین‌ها

[سمندون 19437]

راهنماي جامع توليد همزمان برق و حرارت.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[سمندون 19437]

خلاصه:

یك میكرو توربین محوری تك مرحله ای كه با روتوری به قطر mm 10 ساخته شده است . این توربین اولین گام در جهت تولید انرژی الكتریكی از سوخت توسط میكروتوربین است ، توربین از فولاد زنگ نزن ساخته شده است كه سوراخ هایی و یك سیستم مولد الكتریكی روی آن جای داده شده است . این توربین در سرعت های بالاتر ازrpm 160000 آزمایش شده و بیش ترین انرژی الكتریكی تولید شده w28 با راندمان %18 است . وقتی به یك مولد كوچك متصل شد آن مولد w 16 توان الكتریكی تولید می كند كه راندمان كل سیستم برابر %10.5 است .

مقدمه

خیلی از وسایل قابل حمل از باتری برای توان تغذیه خود استفاده می كنند باتری های رایج Li-ion كه چگالی انرژی بیشتر از 0.5 میلی ژول بر کیلوگرم دارند اما هنوز محدودیت هایی را دارا هستند برای نمونه هایی چون رایانه های همراه و تلفن های بی سیم .

مدت زمان شارژ كردن به عنوان مشكل مطرح است . از سوی دیگر سوخت یك چگالی انرژی زیادی را در حدود 45 میلی ژول بر کیلوگرم ارائه می دهد و مخزن می تواند به سادگی دوباره پر شود . بنابراین گروه های مختلفی روی توسعه اساسی ریزمولدهای توان در سلول های سوختی كار می كنند .

وسایل های ترموالكتریكی (برقی- حرارتی ) موتورهای رفت و برگشتی احتراق داخلی ، موتورهای ونكل و توربین های گازی ، این مقاله راجع به میكروتوربین است كه یك توربین تولید محوری كه با ماشین دشارژ الكتریكی (EDM) ساخته شده است .

میكرو توربین ساخته شده در MIT با توربین تولید شعاعی و با قطر روتور 4 میلی متر است كه با روش لیتوگرافی si یا sic تولید شده است . میكرو توربین ساخته شده در StonFord یك توربین محوری - شعاعی است، با یك روتور به قطر mm 12 كه با نیترید سیلسیم ریخته گری شده در ژل- چدن و با استفاده از قالب مومی ساخته شده است . گروه دانشگاه توهاكو و دانشگاه توكیو از محورهای شعاعی مثل طراحی محوری – شعاعی استفاده عاقلانه ای كرده اند.

با تشکر از آقای علی شاهورانیان دانشجوی ترم آخر مکانیک سیالات

[سمندون 19437]

- تأثیر مقیاس میكرو توربین

كاهش مقیاس چندین تأثیر بر ساختمان و انتخاب سوخت توربین می گذارد.

1-2 ـ افزایش چگالی توان با مینیاتورسازی .

تحلیل ابعادی نشان می دهد كه توان تولیدی ‍p توسط توربو ماشین متناسب است با چگالی گاز r و با توان پنجم قطر D و توان سوم سرعت دورانی n

برای یك نسبت تراكم مشخص و شرایط ورودی ثابت و سرعت سیال هنگام خروج از نازل ثابت است و مستقل از اندازه نازل است بنابراین سرعت پیرامون توربین ثابت است و مستقل از اندازه توربین است .

این یعنی كه در یك شرایط كاری بهینه اندازه و سرعت دورانی نسبت عكس دارند

بدین ترتیب چگالی توان با مقیاس نسبت عكس دارد

بدین ترتیب چگالی توان توربو ماشین افزوده می شود . با جایگذاری یك توربو ماشین توسط ماشین های كوچكتر از k كه هر یك با k ام قدرت ، حجم كل و جرم می تواند توسط یك فاكتور k كاهش یابد . این جرم كاسته شده برای مقادیر مربوط به دانش هوا فضا و كاربردهای فضایی مناسب و سودمند

است . جایگزینی یك توربوماشین بزرگ بوسیله چند توربوماشین كوچك ، همچنین اصلاح ضریب اطمینان بویژه زمانی كه وسایل تكراری اضافه شده باشند .

چنانچه در بخش 3-2 نشان داده می شود با كوچك سازی ، عدد رینولدز كاهش می یابد كه در چگالی توان اثر منفی كمی دارد .

چگالی توان در توربو ماشین مینیاتوری به جهت دلایل فنی محدودیت دارد . توربو ماشین های كوچك نمی توانند با دقت لازمه برای جزئیات آن ساخته شوند و همچنین انجام دادن آن متفاوت از مقادیر محاسبه شده در قانون مقیاس است .

2-2 ـ سرعت های دورانی بالا

سرعت دورانی رابطه معكوسی با قطر دارد برای یك توربین به قطر mm 10 سرعت دورانی مطابق با حالت فروصوت در خروجی نازل كمتر از rpm 325000 است . برای توربینی با قطر mm 5 سرعت دورانی به rpm650000 صعود می كند كه واضح است این مقادیر دورتر از حد بلبرینگها است به طوری كه بلبرینگ های گازی یا بلبرینگ های كمكی نیاز است .

همچنین سرعت توسط سرعت شكست روتور محدود است . این سرعت شكست ( در شرایط سرعت مماسی ) برای یك هندسه و جنس معیین روتور یك مقدار ثابت است و بدین گونه از اندازه مستقل است . حد شكست برابر است با سرعت دورانی كه با معكوس اندازه متناسب است . بدین ترتیب سرعت شكست و سرعت ناشی از نسبت فشار از قانون مقیاس (آنالیز ابعادی بین توربین های بزرگ و میكرو توربین ) پیروی می كند .

3-2 ـ قانون عدد رینولدز

با یك مشخصه سرعت u و یك مشخصه ابعادی L از شیارهای سیال و چگالی جنبشی . سرعت می تواند مستقل از اندازه مطرح شود و تنها با نسبت تراكم متناسب باشد . عدد رینولدز با اندازه متناسب است و برای این منظور با مینیاتورسازی كاهش می یابد . برای توربین های كوچك سیال دارای آشفتگی (turbulent) كم و بیشتر آرام (laminar) است . این بدان معنی است كه تلفات اصطكاك لزجتی بالاست و تركیب شدن مخلوط سوخت و هوا آهسته خواهد بود . هر دو تأثیر منفی بر راندمان و چگالی توان دارند.

4-2 ـ شروع و پایان سریع :

قدرت كوچكی به روتور اجازه شروع و پایان كار توربین را در كسری از ثانیه می دهد . این توان اجازه دهنده با استفاده از پالس های دورانی تنظیم می شود . در اینجا توربین وقتی كه به یك مولد متصل شده باشد می تواند با یك سرعت بهینه بچرخد و ولتاژ ثابتی را تولید كند.

5-4 ـ افزایش انتقال حرارت

نسبت سطح به حجم ، نتایج را در انتقال حرارت بالا ، افزایش می دهد. تلفات حرارت بالا یك تأثیر منفی در راندمان توربین دارد و ممكن است حتی موجب خاموش شدن شود . در اندازه های بسیار كوچك ، تولید حرارت توسط احتراق منهای تلفات حرارت از اشتعال مخلوط به اندازه كافی بزرگ نیست . دیگر تأثیر عایق حرارتی بین قسمت های گرم و قسمت های سرد است كه بیشتر و بیشتر از یك مشكل می شود .

6-2 ـ زمان استقرار كوتاهتر

زمان استقرار مخلوط سوخت ـ هوا با اندازه توربین متناسب است این یعنی كه زمان اختلاط و احتراق برای توربینهای كوچك كاهش می یابد . برای توربین های معمول زمان كمتر از 500 طول خواهد كشید و زمان استقرار زمان واكنش جنبشی را در مخلوط سوخت ـ هوا كاهش می دهد ( ms0.1 ـ 0.01 ) . بنابراین اندازه وابسته به اتاق احتراق است و باشد افزایش یابد و سوخت با زمان احتراق كمتری و تأخیر احتراق كمتری استفاده شود. در جریان اتاق احتراق اختلاط ، قسمت زیادی از زمان استقرار را به خود اختصاص می دهد بنابراین آن باید در بهینه كردن پیش اختلاط سوخت و هوا قبل از ورودشان به اتاق احتراق صورت گیرد . یكی از عیوب پیش اختلاط این است كه سوخت غنی و ناحیه پایدار اولیه در اتاق احتراق ناپدید می شود . احتراق مخلوط ضعیف می تواند با استفاده از هیدروژن در سوخت و توسط استفاده از كاتالیزورها به صورت پایدار در آورده شود .

هیدروژن یك سوخت ایده آل در خیلی موارد است . در مقایسه با سوخت های هیدروكربنی ، هیدروژن انرژی احتراق نسبت به جرم مخصوص بالاتری دارد ، سرعت تبخیر بالایی دارد ، یك سرعت انتشار بالایی دارد و یك زمان واكنش كوچك و یك سرعت پخش نسبتاً بالاتری دارد ، محدوده اشتعال گسترده تری دارد و انرژی اشتعال كمتری دارد و تلفات تابشی كمتری دارد . اشتعال عریض محدودیت های نیاز یك ناحیه غنی اولیه احتراق را رفع می كند.

[سمندون 19437]

پاورپونت بسیار مفید در زمینه میکروتور بین ها.

MICRO-TURBINE GENERATOR SYSTEM

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[سمندون 19437]

 

طراحی یک میکروتوربین بادی جدید برای مصارف خانگی

 

موضوع : علم و فن آوری

 

یک طراح فرانسوی میکروتوربینی را طراحی کرده است که می تواند با استفاده از انرژی باد بین 400 وات تا یک کیلووات برق برای مصارف خانگی تولید کند.

 

 

به گزارش بانک اطلاعات مهندسی برق به نقل از خبرگزاری مهر، فیلیپ استارک طراح فرانسوی این میکروتوربین را که " revolutionair" نام دارد، طراحی و شرکت ایتالیایی "پراماک" آن را تولید می کند.

این شرکت که تاکنون برای تولید پانلهای خورشیدی فتوولتائیک Ternienergia شهرت داشت، از این پس در عرصه انرژیهای بادی نیز فعالیت خواهد کرد.

در این خصوص رئیس این شرکت توضیح داد: "ما می خواهیم باد را به چیزی زیبا تبدیل کنیم. رویای من این است که هر یک از ما بتوانیم یکی از این میکروتوربینها را داشته باشیم و در حیاط منزل خود انرژی لازم برای مصرف خانگی را تولید کنیم این یک انقلاب بزرگ است."

ارتفاع این توربینها بسیار کم و بین 3 تا 6 متر است و بنابراین نه تنها می توانند در داخل حیاط خانه و یا روی سقف نصب شوند بلکه می توانند برای نصب در خیابانها نیز مورد استفاده قرار گیرند.

فیلیپ استارک طراح این میکروتوربین اظهار داشت: "از امروز ما بهترین سلاح برای شروع جنگ تولید انرژی دموکراتیک را در اختیار داریم."

این میکروتوربینها که شبیه به بیل باغبانی هستند و در جهت عمودی می چرخند دو نوع دارند. نوع اول کوچکتر است که می تواند حداکثر تا 400 وات برق تولید کند و توان دومی برابر با یک کیلووات است. هزینه توربین کوچکتر حدود دو هزار و 500 یورو و توربین بزرگتر سه هزار و 500 یورو است. هزینه های نصب نیز بین هزار تا دو هزار یورو است.

براساس گزارش ایندیپندنت، مصرف متوسط برق یک خانواده حدود سه کیلووات است و بنابراین نیاز به نصب سه توربین یک کیلوواتی دارد که مجموع هزینه آن حدود 12 هزار و 500 یورو می شود این درحالی است که هزینه لازم برای نصب هر پانل فتوولتاتیک به طور متوسط 5 هزار یورو برای هر کیلووات است.

 

خبرگزاری مهر

 

[am in 25041]

Title: مقایسه وارزیابی استراتژیک جذابیت تکنولوژی های میکروتوربین ودیزلی درایران براساس ساخت یک مدل تصمیم گیری چندمعیاره

 

Authors: Mohammad Reza Arasti محمدرضا آراستی Mahmoud Fotoohi Firooz Abad محمود فتوحی فیروزآباد Hanif Raast-Goftar حنیف راست گفتار

 

Organization: دانشگاه صنعتی شریف Sharif Technological University-sina.sharif.ac.ir/mechinfo

 

Keywords: میکروتوربین دیزلی ارزیابی استراتژسک جذابیت مدل تصمیم گیری چند معیاره تحلیل سلسله مراتبی

 

 

 

PSC 2007

 

22nd International Power System Conference - 19-21 November, 2007

 

Tehran - Iran

 

Technical Sessions: Electric Power Generation

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

هزینه انتقال و توزیع برق سهم بالائی از هزینه تولید انرژی را در بر می گیرد این میزان برای شبکه های رایج تا 500 دلار به ازای هر KW می رسد. در مسیر انتقال و توزیع الکتریسیته تا 7% انرژی هدر می رود بنابراین چنانچه توزیع تولید جایگزین انتقال و توزیع الکتریسیته گردد هزینه انرژی الکتریکی به مقدار قابل توجهی کاهش خواهد یافت. در صنعت برق آمریکا در دهه 1990 توزیع تولید گسترش بیشتری یافته بطوریکه 20% نیروگاههای جدیدالتاسیس از نوع واحدهای کوچک می باشند. براساس اطلاعات موجود در حدود 10 GW از نیروگاههای موجود در گستره 1-10 MW می باشند که حدود 80% آن را نیروگاههای دیزلی (رفت و برگشت) تشکیل می دهند. قسمت اعظم واحدهای کوچک تولید برق توسط کارخانه کاترپیلار (Caterpillar) ساخته شده اند. جنرال الکتریک (GE) ، زیمنس و ABB نیز در این زمینه با کاترپیلار رقابت دارند موتورهای رفت و برگشتی از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه بوده و قطعات یدکی و سرویس آنها نیز به سادگی در سراسر دنیا در دسترس است ولی نکته منفی این ماشینها نگهداری و آلودگی ایجاد شده توسط آنهاست. گرچه تلاشهای زیادی در زمینه بهبود این دو مسئله برای ماشینهای رفت و برگشتی می شود ولی میکروتوربینها از لحاظ نگهداری و ایجاد آلودگی وضعیت بهتری در مقایسه با موتورهای دیزلی دارند.

زمانیکه میکروتوربین مدل 330 توسط کپستون ارائه شد موجب معرفی فن آوری جدید میکروتوربین گردید. البته تاکنون یک تعریف دقیق برای میکروتوربین نشده است ولی معمولا" این لفظ برای توربین های گازی با سرعت بالا در گستره قدرت 15-300 KW بکار می‌رود. صنعت میکروتوربین در چند تکنولوژی توربین های گازی کوچک، مولدهای کمکی و اتوموبیل های توربو مطرح گردید. هسته اصلی یک میکروتوربین قسمت توربین - کمپرسور است که با سرعت بسیار بالا دوران می کند (در مدل Capstone 330 سرعت دوران 96000rpm می باشد) و در امتداد آن ژنراتور با سرعت بالا وجود دارد که دارای مغناطیس های دائمی است. یک پارامتر کلیدی جهت کاهش اصطکاک استفاده از یاتاقانهای هوائی یا بعبارتی یاتاقانهای گازی است که ضمن کاهش اصطکاک عمر یاتاقان را نیز افزایش داده و امکان داشتن سرعت بالا را فراهم می کند.

ژنراتور سرعت بالا برق با فرکانس بالا (در مدل Capstone 330 ، 1600 HZ) تولید کرده و فرکانس برق تولیدی به روش الکترونیکی به مقدار مناسب کاهش می یابد.

بطور کلی میکروتوربین دو مزیت عمده دارد یکی کاهش تزریق آلاینده ها به محیط و دیگر کاهش تعمیرات در مقایسه با مولدهای دیگر می باشد. در جدول زیر مقادیر تولیدی

THC , CO , NOx (هیدروکربورها) برای چند نمونه مقایسه شده است .

همانطور که ملاحظه می شود میزان ذرات اشاره شده در محصولات خروجی میکروتوربین کمترین است.

در ارتباط با تعمیرات تجربه نشان داده که میکروتوربین ها نیاز به تعمیرات بسیارکمی دارند. بطور نمونه یک واحد میکروتوربین در Tulsa بعد از 20000 ساعت کار تنها نیاز به تعویض *****های هوا داشته است. بعلاوه میکروتوربین ها سبک وکوچک هستند و عملکرد آنها با لرزش کم و تولید صدای اندک همراه است.

نکته دیگری که برای میکروتوربین ها وجود دارد چگونگی اتصال به شبکه سراسری برق است. این مسئله به کمک الکترونیک و میکروپروسسورها تا حد زیادی مرتفع شده و همچنان در حال پیشرفت می باشد. البته به غیر از مسئله تکنیکی اشاره شده در صنعت برق آمریکا جهت اتصال به شبکه، شرایط حداقلی لازم است که این نیز مسئله ای برای میکروتوربین ها وجود دارد ولی این شرایط در حال بهبود بوده و ارتباط میکروتوربین ها با شبکه سراسری آسانتر شده است.

مسئله دیگری که در گسترش میکروتوربین ها مطرح است هزینه تمام شده می باشد این هزینه برای یک واحد تا 1100 دلار بازاء هر KW می باشد گرچه این مبلغ کمتر از مقادیر مربوط به واحدهای توزیع قدرت مشابه مانند توربین های بادی و پیل سوختی است ولی از میزان 500 دلار مربوط به واحدهای دیزلی بیشتر است. چنانچه میکروتوربین ها به تعداد زیاد مورد استفاده قرار گیرند هزینه اشاره شده در بالا کاهش یافته و با هزینه مربوط به انواع دیزلی قابل رقابت بوده بخصوص که از لحاظ تعمیرات بسیار بهتر از واحدهای دیزلی می باشند.

ترکیب میکروتوربین ها با تجهیزات ذخیره انرژی (مانند باطری ها و چرخ لنگرها) موجب بهبود کیفی برق تولیدی و افزایش قابلیت سیستم خواهد شد. امکانات ایجاد شده توسط شبکه اینترنت و کامپیوترهای حساس موجب افزایش کارآئی صنعت تولید برق شده است. البته تولید برق تنها مسئله میزان KWh نیست بلکه بیشتر مسئله کیفیت و قابلیت در مدار بودن برق تولیدی است. بیشتر قطعی برق در شبکه ها در قسمت توزیع می باشد که بهترین راه حل این مسئله توزیع تولید می باشد. با توجه به آلودگی کم میکروتوربین ها و بخصوص عدم استفاده از روغن در یاتاقانها امکان استفاده از محصولات خروجی توربین در بعضی فرآیندهای صنعتی وجود دارد و می توان از این واحدها در سیستم های تولید مشترک قدرت و حرارت بنحو مناسب استفاده کرد. در اینصورت راندمان کلی واحد تا 70-80% افزایش خواهد یافت. استفاده بعنوان شارژر باطری در بعضی از اتومبیل های جدید (باتوجه به آلودگی کم) مورد توجه قرار گرفته که این مورد بطور عملی در نوعی اتوبوس در آمریکا استفاده شده و نتیجه مثبت داشته است.

[alirezaaraba 10]

میشه لطف کنی و مطلبی رو ک از دوستت گرفتی رو واسه من ایمیل کنی

منم ارذیبهشت ارائه دارم

ممنون میشم

arab.alireza69@yahoo.com