انواع نيروگاههاي توليد برق قسمت دوم

[مجید بهره مند 43111]

نيروگاه هسته اي

برق هسته اي

انرژي هسته اي از عمده ترين مباحث علوم و تكنولوژي هسته اي است و هم اكنون نقش عمده اي را در تأمين انرژي كشورهاي مختلف خصوصا كشورهاي پيشرفته دارد. اهميت انرژي و منابع مختلف تهيه آن، در حال حاضر جزء رويكردهاي اصلي دولتها قرار دارد. به عبارت بهتر، از مسائل مهم هر كشور در جهت توسعه اقتصادي و اجتماعي بررسي ، اصلاح و استفاده بهينه از منابع موجود انرژي در آن كشور است. امروزه بحرانهاي سياسي و اقتصادي و مسائلي نظير محدوديت ذخاير فسيلي، نگرانيهاي زيست محيطي، ازدياد جمعيت، رشد اقتصادي ، همگي مباحث جهان شمولي هستند كه با گستردگي تمام فكر انديشمندان را در يافتن راهكارهاي مناسب در حل معظلات انرژي در جهان به خود مشغول داشته اند.

در حال حاضر اغلب ممالك جهان به نقش و اهميت منابع مختلف انرژي در تأمين نيازهاي حال و آينده پي برده و سرمايه گذاريها و تحقيقات وسيعي را در جهت سياستگذاري، استراتژي و برنامه هاي زيربنايي و اصولي انجام مي دهند. هم اكنون تدوين استراتژي كه مركب از بررسي تمامي پارامترهاي تأثير گذار در انرژي و تعيين راهكارهاي مناسب جهت تميزتر و كارا ترنمودن انرژي و الگوي بهينه مصرف آن مي باشد، در رأس برنامه هاي زيربنايي اكثر كشورهاي جهان قرار دارد. در ميان حاملهاي مختلف انرژي،انرژي هسته اي جايگاه ويژه اي دارد. هم اكنون بيش از 430 نيروگاه هسته اي در جهان فعال مي باشند و انرژي برخي كشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته اي تأمين مي شود.

جمهوري اسلامي ايران بيش از سه دهه است كه تحقيقات متنوعي را در زمينه هاي مختلف علوم و تكنولوژي هسته اي انجام داده و براساس استراتژي خود، مصمم به ايجاد نيروگاههاي هسته اي به ظرفيت كل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجري شمسي مي باشد. در اين زمينه، جمهوري اسلامي ايران در نشست گذشته آژانس بين المللي انرژي اتمي، تمايل خود را نسبت به همكاري تمامي كشورهاي جهان جهت ايجاد اين نيروگاهها و تهيه سوخت مربوطه رسما اعلام نموده است.

كاربردهاي علوم و تكنولوژي هسته اي

عليرغم پيشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته اي در طول نيم قرن گذشته، هنوز اين تكنولوژي در اذهان عمومي ناشناخته مانده است. وقتي صحبت از انرژي اتمي به ميان مي آيد، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمي و يا راكتورهاي اتمي براي توليد برق را در ذهن خود مجسم مي كنند و كمتر كسي را مي توان يافت كه بداند چگونه جنبه هاي ديگري از علوم هسته اي در طول نيم قرن گذشته زندگي روزمره او را دچار تحول نموده است. اما حقيقت در اين است كه در طول اين مدت در نتيجه تلاش پيگير پژوهشگران و مهندسين هسته اي، اين تكنولوژي نقش مهمي را در ارتقاء سطح زندگي مردم، رشد صنعت و كشاورزي و ارائه خدمات پزشكي ايفاء نموده است. موارد زير از مهمترين استفاده هاي صلح آميز از علوم و تكنولوژي هسته اي مي باشند:

1- استفاده از انرژي حاصل از فرآيند شكافت هسته اورانيوم يا پلوتونيوم در راكتورهاي اتمي جهت توليد برق و يا شيرين كردن آب درياها.

2-استفاده از راديوايزوتوپها در پزشكي، صنعت و كشاورزي

3- استفاده از پرتوهاي ناشي از فرآيندهاي هسته اي در پزشكي، صنعت و كشاورزي

برق هسته اي

از مهمترين منابع استفاده صلح آميز از انرژي اتمي، ساخت راكتورهاي هسته اي جهت توليد برق مي باشد. راكتورهسته اي وسيله اي است كه در آن فرايند شكافت هسته اي بصورت كنترل شده انجام مي گيرد. در طي اين فرايند انرژي زياد آزاد مي گردد به نحوي كه مثلا در اثر شكافت نيم كيلوگرم اورانيوم انرژي معادل بيش از 1500 تن زغال سنگ بدست مي آيد. هم اكنون در سراسر جهان، راكتورهاي متعددي در حال كار وجود دارند كه بسياري از آنها براي توليد قدرت و به منظور تبديل آن به انرژي الكتريكي، پاره اي براي راندن كشتيها و زيردريائيها، برخي براي توليد راديو ايزوتوپوپها و تحقيقات علمي و گونه هايي نيز براي مقاصد آزمايشي و آموزشي مورد استفاده قرار مي گيرند. در راكتورهاي هسته اي كه براي نيروگاههاي اتمي طراحي شده اند (راكتورهاي قدرت)، اتمهاي اورانيوم و پلوتونيم توسط نوترونها شكافته مي شوند و انرژي آزاد شده گرماي لازم را براي توليد بخار ايجاد كرده و بخار حاصله براي چرخاندن توربينهاي مولد برق بكار گرفته مي شوند.

راكتورهاي اتمي را معمولا برحسب خنك كننده، كند كننده، نوع و درجه غناي سوخت در آن طبقه بندي مي كنند. معروفترين راكتورهاي اتمي، راكتورهايي هستند كه از آب سبك به عنوان خنك كننده و كند كننده و اورانيوم غني شده(2 تا 4 درصد اورانيوم 235) به عنوان سوخت استفاده مي كنند. اين راكتورها عموما تحت عنوان راكتورهاي آب سبك(LWR ) شناخته مي شوند. راكتورهاي WWER,BWR,PWR از اين دسته اند. نوع ديگر، راكتورهايي هستند كه از گاز به عنوان خنك كننده، گرافيت به عنوان كند كننده و اورانيوم طبيعي يا كم غني شده به عنوان سوخت استفاده مي كنند. اين راكتورها به گاز- گرافيت معروفند. راكتورهاي HTGR,AGR,GCR از اين نوع مي باشند. راكتور PHWR راكتوري است كه از آب سنگين به عنوان كندكننده و خنك كننده و از اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي كند. نوع كانادايي اين راكتور به CANDU موسوم بوده و از كارايي خوبي برخوردار مي باشد. مابقي راكتورها مثل FBR (راكتوري كه از مخلوط اورانيوم و پلوتونيوم به عنوان سوخت و سديم مايع به عنوان خنك كننده استفاده كرده و فاقد كند كننده مي باشد) LWGR(راكتوري كه از آب سبك به عنوان خنك كننده و از گرافيت به عنوان كند كننده استفاده مي كند) از فراواني كمتري برخوردار مي باشند. در حال حاضر، راكتورهاي PWR و پس از آن به ترتيب PHWR,WWER,BWR فراوانترين راكتورهاي قدرت در حال كار جهان مي باشند.

به لحاظ تاريخي اولين راكتور اتمي در آمريكا بوسيله شركت "وستينگهاوس" و به منظور استفاده در زير دريائيها ساخته شد. ساخت اين راكتور پايه اصلي و استخوان بندي تكنولوژي فعلي نيروگاههاي اتميPWR را تشكيل داد. سپس شركت جنرال الكتريك موفق به ساخت راكتورهايي از نوع BWR گرديد. اما اولين راكتوري كه اختصاصا جهت توليد برق طراحي شده، توسط شوروي و در ژوئن 1954در "آبنينسك" نزديك مسكو احداث گرديد كه بيشتر جنبه نمايشي داشت، توليد الكتريسيته از راكتورهاي اتمي در مقياس صنعتي در سال 1956 در انگلستان آغاز گرديد. تا سال 1965 روند ساخت نيروگاههاي اتمي از رشد محدودي برخوردار بود اما طي دو دهه 1966 تا 1985 جهش زيادي در ساخت نيروگاههاي اتمي بوجود آمده است. اين جهش طي سالهاي 1972 تا 1976 كه بطور متوسط هر سال 30 نيروگاه شروع به ساخت مي كردند بسيار زياد و قابل توجه است. يك دليل آن شوك نفتي اوايل دهه 1970 مي باشد كه كشورهاي مختلف را برآن داشت تا جهت تأمين انرژي مورد نياز خود بطور زايد الوصفي به انرژي هسته اي روي آورند. پس از دوره جهش فوق يعني از سال 1986 تاكنون روند ساخت نيروگاهها به شدت كاهش يافته بطوريكه بطور متوسط ساليانه 4 راكتور اتمي شروع به ساخت مي شوند.

كشورهاي مختلف در توليد برق هسته اي روند گوناگوني داشته اند. به عنوان مثال كشور انگلستان كه تا سال 1965 پيشرو در ساخت نيروگاه اتمي بود، پس از آن تاريخ، ساخت نيروگاه اتمي در اين كشور كاهش يافت، اما برعكس در آمريكا به اوج خود رسيد. كشور آمريكا كه تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نيروگاه اتمي داشت در طول دهه هاي 1970و 1980 بيش از 90 نيروگاه اتمي ديگر ساخت. اين مسئله نشان دهنده افزايش شديد تقاضاي انرژي در آمريكاست. هزينه توليد برق هسته اي در مقايسه با توليد برق از منابع ديگر انرژي در امريكا كاملا قابل رقابت مي باشد. هم اكنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدي برق هسته اي از كل توليد برق خود درصدر كشورهاي جهان قرار دارد. پس از آن به ترتيب ليتواني(73درصد)، بلژيك(57درصد)، بلغارستان و اسلواكي(47درصد) و سوئد (8/46درصد) مي باشند. آمريكا نيز حدود 20 درصد از توليد برق خود را به برق هسته اي اختصاص داده است.

گرچه ساخت نيروگاههاي هسته اي و توليد برق هسته اي در جهان از رشد انفجاري اواخر دهه 1960 تا اواسط 1980 برخوردار نيست اما كشورهاي مختلف همچنان درصدد تأمين انرژي مورد نياز خود از طريق انرژي هسته اي مي باشند. طبق پيش بيني هاي به عمل آمده روند استفاده از برق هسته اي تا دهه هاي آينده همچنان روند صعودي خواهد داشت. در اين زمينه، منطقه آسيا و اروپاي شرقي به ترتيب مناطق اصلي جهان در ساخت نيروگاه هسته اي خواهند بود. در اين راستا، ژاپن با ساخت نيروگاههاي اتمي با ظرفيت بيش از 25000 مگا وات درصدر كشورها قرار دارد. پس از آن چين، كره جنوبي، قزاقستان، روماني، هند و روسيه جاي دارند. استفاده از انرژي هسته اي در كشورهاي كاندا، آرژانتين، فرانسه، آلمان، آفريقاي جنوبي، سوئيس و آمريكا تقريبا روند ثابتي را طي دو دهه آينده طي خواهد كرد.

ديدگاههاي اقتصادي و زيست محيطي برق هسته اي

جمهوري اسلامي ايران در فرايند توسعه پايدار خود به تكنولوژي هسته اي چه از لحاظ تأمين نيرو و ايجاد جايگزيني مناسب در عرصه انرژي و چه از نظر ديگر بهره برداريهاي صلح آميز آن در زمينه هاي صنعت، كشاورزي، پزشكي و خدمات نياز مبرم دارد كه تحقق اين رسالت مهم به عهده سازمان انرژي اتمي ايران مي باشد، بديهي است در زمينه كاربرد انرژي هسته اي به منظور تأمين قسمتي از برق مورد نياز كشور قيود و فاكتورهاي بسيار مهمي از جمله مسايل اقتصادي و زيست محيطي مطرح مي گردند.

ديدگاه اقتصادي استفاده از برق هسته اي

امروزه كشورهاي بسياري بويژه كشورهاي اروپايي سهم قابل توجهي از برق مورد نياز خود را از انرژي هسته اي تأمين مي نمايند. بطوريكه آمار نشان مي دهد از مجموع نيروگاههاي هسته اي نصب شده جهت تأمين برق در جهان به ترتيب 35 درصد به اروپاي غربي، 33 درصد به آمريكاي شمالي، 5/16 درصد به خاور دور، 13 درصد به اروپاي شرقي و نهايتا فقط 74/0 درصد به آسياي ميانه اختصاص دارد. بدون شك در توجيه ضرورت ايجاد تنوع در سيستم عرضه انرژي كشورهاي مذكور، انرژي هسته اي به عنوان يك گزينه مطمئن اقتصادي مطرح است. بنابراين ابعاد اقتصادي جايگزيني نيروگاههاي هسته اي با توجه به تحليل هزينه توليد(قيمت تمام شده) برق در سيستمهاي مختلف نيرو قابل تأمل و بررسي است. از اينرو در اغلب كشورها، نيروگاههاي هسته اي با عملكرد مناسب اقتصادي خود از هر لحاظ با نيروگاههاي سوخت فسيلي قابل رقابت مي باشند.

بهرحال طي چند دهه گذشته كاهش قيمت سوختهاي فسيلي در بازارهاي جهاني، سبب افزايش هزينه هاي ساخت نيروگاههاي هسته اي به دليل تشديد مقررات و ضوابط ايمني، طولاني تر شدن مدت ساخت و بالاخره باعث ايجاد مشكلات تأمين مالي لازم و بالا رفتن قيمت تمام شده هر واحد الكتريسيته در اين نيروگاهها شده است. از يك طرف مشاهده ميشود كه طي اين مدت حدود 40 درصد از هزينه هاي چرخه سوخت هسته اي كاهش يافته است و از سويي ديگر با توجه به پيشرفتهاي فني و تكنولوژي حاصل از طرحهاي استاندارد و برنامه ريزيهاي دقيق بمنظور تأمين سرمايه اوليه مورد نياز مطمئن و به هنگام احداث چند واحد در يك سايت براي صرفه جوئيهاي ناشي از مقياس مربوط به تأسيسات و تسهيلات مشترك مورد نياز در هر نيروگاه، همچنان مزيت نيروگاههاي اتمي از ديدگاه اقتصادي نسبت به نيروگاههاي با سوخت فسيلي در اغلب كشورها حفظ شده است.

ساير ديدگاههاي اقتصادي در مورد آينده انرژي هسته اي حاكي از آن است كه براساس تحليل سطح تقاضا و منابع عرضه انرژي در جهان، توجه به توسعه تكنولوژيهاي موجود و حقايقي نظير روند تهي شدن منابع فسيلي در دهه هاي آينده، مزيتهاي زيست محيطي انرژي اتمي و همچنين استناد به آمار و عملكرد اقتصادي و ضريب بالاي ايمني نيروگاههاي هسته اي، مضرات كمتر چرخه سوخت هسته اي نسبت به ساير گزينه هاي سوخت و پيشرفتهاي حاصله در زمينه نيروگاههاي زاينده و مهار انرژي گداخت هسته اي در طول نيم قرن آينده، بدون ترديد انرژي هسته اي يكي از حاملهاي قابل دسترس و مطمئن انرژي جهان در هزاره سوم ميلادي به شمار مي رود. در اين راستا شوراي جهاني انرژي تا سال 2020 ميلادي ميزان افزايش عرضه انرژي هسته اي را نسبت به سطح فعلي حدود 2 برابر پيش بيني مي نمايد. با توجه به شرايط موجود چنانچه از لحاظ اقتصادي هزينه هاي فرصتي فروش نفت و گاز را با قيمتهاي متعارف بين المللي در محاسبات هزينه توليد(قيمت تمام شده) براي هر كيلووات برق توليدي منظور نمائيم و همچنين تورم و افزايش احتمالي قيمتهاي اين حاملها(بويژه طي مدت اخير) را براساس روند تدريجي به اتمام رسيدن منابع ذخاير نفت و گاز جهاني مدنظر قرار دهيم، يقينا در بين گزينه هاي انرژي موجود در جمهوري اسلامي ايران، استفاده از حامل انرژي هسته اي نزديكترين فاصله ممكن را با قيمت تمام شده برق در نيروگاههاي فسيلي خواهد داشت.

ديدگاه زيست محيطي استفاده از برق هسته اي

افزايش روند روزافزون مصرف سوختهاي فسيلي طي دو دهه اخير و ايجاد انواع آلاينده هاي خطرناك و سمي و انتشار آن در محيط زيست انسان، نگرانيهاي جدي و مهمي براي بشر در حال و آينده به دنبال دارد. بديهي است كه اين روند به دليل اثرات مخرب و مرگبار آن در آينده تداوم چنداني نخواهد داشت. از اينرو به جهت افزايش خطرات و نگرانيها تدريجي در مورد اثرات مخرب انتشار گازهاي گلخانه اي ناشي از كاربرد فرايند انرژيهاي فسيلي، واضح است كه از كاربرد انرژي هسته اي بعنوان يكي از رهيافتهاي زيست محيطي براي مقابله با افزايش دماي كره زمين و كاهش آلودگي محيط زيست ياد مي شود. همچنانكه آمار نشان مي دهد، در حال حاضر نيروگاههاي هسته اي جهان با ظرفيت نصب شده فعلي توانسته اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهاي دي اكسيد كربن در فضا جلوگيري كنند كه در اين راستا تقريبا مشابه نقش نيروگاههاي آبي عمل كرده اند.

چنانچه ظرفيتهاي در دست بهره برداري فعلي توليد برق نيروگاههاي هسته اي، از طريق نيروگاههاي با خوراك ذغال سنگ تأمين مي شد، سالانه بالغ بر 1800 ميليون تن دي اكسيد كربن، چندين ميليون تن گازهاي خطرناك دي اكسيد گوگرد و نيتروژن، حدود 70 ميليون تن خاكستر و معادل 90 هزار تن فلزات سنگين در فضا و محيط زيست انسان منتشر مي شد كه مضرات آن غيرقابل انكار است. لذا در صورت رفع موانع و مسايل سياسي مربوط به گسترش انرژي هسته اي در جهان بويژه در كشورهاي در حال توسعه و جهان سوم، اين انرژي در دهه هاي آينده نقش مهمي در كاهش آلودگي و انتشار گازهاي گلخانه اي ايفا خواهد نمود.

درحاليكه آلودگيهاي ناشي از نيروگاههاي فسيلي سبب وقوع حوادث و مشكلات بسيار زياد بر محيط زيست و انسانها مي شود، سوخت هسته اي گازهاي سمي و مضر توليد نمي كند و مشكل زباله هاي اتمي نيز تا حد قابل قبولي رفع شده است، چرا كه در مورد مسايل پسمانداري با توجه به كم بودن حجم زباله هاي هسته اي و پيشرفتهاي علوم هسته اي بدست آمده در اين زمينه در دفن نهايي اين زباله ها در صخره هاي عميق زيرزميني با توجه به حفاظت و استتار ايمني كامل، مشكلات موجود تا حدود زيادي از نظر فني حل شده است و طبيعتا در مورد كشور ما نيز تا زمان لازم براي دفع نهايي پسمانهاي هسته اي، مسائل اجتماعي باقيمانده از نظر تكنولوژيكي كاملا مرتفع خواهد شد.

از سوي ديگر بنظر مي رسد كه بيشترين اعتراضات و مخالفتها در زمينه استفاده از انرژي اتمي بخاطر وقوع حوادث و انفجارات در برخي از نيروگاههاي هسته اي نظير حادثه اخير در نيروگاه چرنوبيل مي باشد، اين در حالي است كه براساس مطالعات بعمل آمده احتمال وقوع حوادثي كه منجر به مرگ عده اي زياد بشود نظير تصادف هوايي، شكسته شدن سدها، انفجارات زلزله، طوفان، سقوط سنگهاي آسماني و غيره، بسيار بيشتر از وقايعي است كه نيروگاههاي اتمي مي توانند باعث گردند.

به هر حال در مورد مزاياي نيروگاههاي هسته اي در مقايسه با نيروگاههاي فسيلي صرفنظر از مسايل اقتصادي علاوه بر اندك بودن زباله هاي آن مي توان به تميزتر بودن نيروگاههاي هسته اي و عدم آلايندگي محيط زيست به آلاينده هاي خطرناكي نظير SO2,NO2,CO,CO2 ، پيشرفت تكنولوژي و استفاده هرچه بيشتر از اين علم جديد، افزايش كارايي و كاربرد تكنولوژي هسته اي در ساير زمينه هاي صلح آميز در كنار نيروگاههاي هسته اي اشاره نمود.

در مجموع ارزيابيهاي اقتصادي و مطالعات بعمل آمده در مورد مقايسه هزينه توليد(قيمت تمام شده) برق در نيروگاههاي رايج فسيلي كشور و نيروگاه اتمي نشان مي دهد كه قيمت اين دو نوع منبع انرژي صرفنظر از هزينه هاي اجتماعي، تقريبا نزديك به هم و قابل رقابت با يكديگر هستند

مقايسه هزينه هاي اجتماعي توليد برق در نيروگاههاي فسيلي و اتمي

بر اساس مطالعات به عمل آمده توسط وزارت نيرو در سال 1378 در خصوص تعيين هزينه هاي اجتماعي آلاينده هاي زيست محيطي مصرف سوختهاي فسيلي در چند نيروگاه فسيلي مورد نظر در كشور، نتايج به دست آمده به شرح ذيل مي باشد:همچنين در تازه ترين مطالعه اي كه براي تعيين هزينه هاي اجتماعي نيروگاههاي هسته اي در 5 كشور اروپايي بلژيك، آلمان، فرانسه، هلند و انگلستان صورت گرفته است، ميزان هزينه هاي اجتماعي ناشي از نيروگاههاي هسته اي در مقايسه با نيروگاههاي فسيلي بسيار پائين است. در اين مطالعه هزينه هاي خارجي هر كيلووات ساعت برق توليدي در نيروگاههاي هسته اي در حدود

39/0 سنت( معادل 2/31 ريال) برآورده شده است. بنابراين در صورتيكه هزينه هاي اجتماعي توليد برق را در ارزيابيهاي اقتصادي نيروگاههاي فسيلي و هسته اي منظور نمائيم قطعا قيمت تمام شده هر كيلووات ساعت برق در نيروگاه هسته اي نسبت به فسيلي بطور قابل ملاحظه اي كاهش خواهد يافت.

به هر حال نيروگاههاي فسيلي و هسته اي هر كدام داراي مزايا و معايب خاص خود مي باشند و ايجاد هر يك متناسب با مقتضيات زماني و مكاني هر كشور خواهد بود و انتخاب نهايي و تصميم گيري در اين زمينه مي بايست با توجه به فاكتورهايي از قبيل عوامل تكنولوژيكي، ارزشي، سياسي، اقتصادي و زيست محيطي توأما اتخاذ گردد. قدر مسلم ايجاد تنوع در سيستم عرضه و تأمين انرژي از استراتژيهاي بسيار مهم در زمينه توسعه سيستم پايدار انرژي در هر كشور محسوب مي شود. در اين راستا با توجه به بررسيهاي صورت گرفته، شوراي انرژي اتمي كشور مصمم به ايجاد نيروگاههاي اتمي به ظرفيت كل 6000 مگاوات در سيستم عرضه انرژي كشور تا سال 1400 هجري شمسي مي باشد. نيروگاه حرارتي

مقدمه

 

نيروگاه حرارتي جهت توليد انرژي الكتريكي بكار مي*رود كه در عمل پره*هاي توربين بخار توسط فشار زياد بخار آب ، به حركت در آمده و ژنراتور را كه با توربين كوپل شده است، به چرخش در مي*آورد. در نتيجه ژنراتور انرژي الكتريكي توليد مي*كند. نيروگاه حرارتي به مقدار زيادي آب نياز دارد. در نتيجه در محلهايي كه آب به فراواني يافت مي*شود، ترجيحا از اين نوع نيروگاه استفاده مي*شود. چون انرژي الكتريكي را به روشهاي ديگري ، مثل انرژي آب در پشت سدها (توربين آبي) ، انرژي باد (توربين بادي) ، انرژي سوخت (توربين گازي) و انرژي اتمي هم مي*توان تهيه كرد. سوخت نيروگاه حرارتي شامل ، فروت و يا گازوئيل طبيعي است.

 

مشخصات فني نيروگاه

 

سوخت

 

سوخت اصلي نيروگاه ، سوخت سنگين (مازوت) مي*باشد كه توسط تانكرها حمل و از طريق ايستگاه تخليه سوخت در سه مخزن 33000 متر مكعبي ذخيره مي*گردد. سوخت راه اندازي ، سوخت سبك (گازوئيل) است كه در يك مخزن 430 متر مكعبي نگهداري مي*شود.

 

آب

 

آب مصرفي نيروگاه ، جهت توليد بخار و مصرف برج خنك كن و سيستم آتش نشاني ، از طريق چاه عميق تامين مي*گردد.

 

سيستم خنك كن

 

برج خنك كن نيروگاه از نوع تر مي*باشد و 18 عدد فن (خنك كن) دارد كه هر يك داراي الكتروموتوري به قدرت 132kw و سرعت سرعت 141RPM مي*باشد و بوسيله دو عدد پمپ توسط لوله*اي به قطر 5.2 متر آب مورد نياز خنك كن تامين مي*گردد. دماي آب برگشتي در برج خنك كن 29.6 درجه سانتيگراد و دماي آب خروجي از برج 21.6 درجه سانتيگراد مي*باشد.

 

سيستم تصفيه آب

 

سيستم تصفيه آب جهت برج خنك كن

 

آب لازم جهت برج خنك كن بايستي فاقد املاحي باشد كه سريعا در لوله*هاي كندانسور رسوب مي*كنند (از قبيل بي*كربناتها). اين املاح با افزودن كلرورفريك ، آب آهك و آلومينات سديم گرفته مي*شود و سپس رسوبات جمع شده توسط يك جاروب جمع كننده به بيرون منتقل مي*شوند. به اين آب كه بدون سختي بي كربنات باشد، آب نرم مي*گويند. آب نرم وارد دو استخر ذخيره شده و از آنجا توسط پمپهايي جهت تامين كمبود آب به برج خنك كن فرستاده مي*شود. براي از بين بردن خزه و جلبك در اين استخر ، سيستم تزريق كلر طراحي شده است.

 

سيستم تصفيه آب جهت توليد بخار

 

چون آب مورد نياز براي توليد بخار و جبران كمبود سيكل آب و بخار بايستي كيفيت بسيار بالايي داشته باشد، لذا براي اين منظور از يك سيستم مشترك براي هر دو واحد استفاده مي*شود. بعد از اينكه مقداري از سختي آب گرفته شد، وارد سه دستگاه فيلتر شني مي*شود، سپس به مخزن ذخيره وارد و از آنجا توسط سه عدد پمپ به طرف فيلتر كربني فعال فرستاده مي*شود، تا كلر موجود در آب بوسيله زغال فعال جذب شود. بعد از اين فيلتر يك مبدل حرارتي در نظر گرفته شده كه دماي آب را در 25 درجه سانتيگراد ثابت نگه مي*دارد.

 

سپس اين آب وارد دو دستگاه فيلتر 5 ميكروني شده و ذراتي كه قطر آنها بيشتر از 5 ميكرون مي*باشند، توسط اين فيلترها جذب و وارد دو دستگاه ريورس اسمز مي*گردد. در اين دستگاه 90% املاح محلول در آب گرفته مي*شود. آب پس از اين مرحله وارد مخزن زيرزميني مي*گردد. سپس توسط سه پمپ به فيلترهاي كاتيوني و آنيوني وارد شده و پس از تنظيم PH و كنترل از نظر شيميايي به مخازن ذخيره آب وارد و مورد استفاده قرار مي*گيرد.

 

بويلر

 

بويلر نيروگاه داراي درام بالائي و پائيني بوده و به صورت گردش اجباري توسط سه عدد پمپ سيركوله (Boiler Circulation Watepump) و كوره ، تحت فشار مي*باشد. درام بالايي معمولا به وزن 110 تن در ارتفاع 50.6 متري و ضخامت جداره 11 سانتيمتر مي*باشد. بويلر داراي 16 مشعل هست كه در چهار طبقه و در چهار گوشه با زاويه ثابت قرار گرفته*اند. مشعلهاي رديف پائين براي هر دو سوخت مازوت و گازوئيل بكار مي*رود.

 

توربين

 

نيروگاه از نوع تركيب متوالي در يك امتداد (Tadem Compound) و داراي سه سيلندر فشار قوي ، فشار متوسط و فشار ضعيف مي*باشد كه توربين فشار قوي و فشار متوسط در يك پوسته قرار گرفته و در پوسته ديگر توربينهاي فشار ضعيف قرار دارند. توربين فشار قوي 8 طبقه و توربين فشار متوسط 5 طبقه و توربين فشار ضعيف با دو جريان متقارن و هر يك داراي 5 طبقه است. بخار از طريق دو عدد شير اصلي در دو طرف توربين و شش عدد شير كنترل وارد توربين فشار قوي شده و بعد از انبساط در چندين طبقه از توربين به بويلر بر مي*گردد. سپس وارد توربين فشار متوسط شده و بعد از انبساط توسط يك لوله مشترك وارد توريبن فشار ضعيف گرديده و به طرف كندانسور مي*رود.

 

كندانسور

 

كندانسور نيروگاه از نوع سطحي يك عبوري با جعبه آب مجزا مي*باشد كه در زير توريبن فشار ضعيف قرار گرفته است. براي ايجاد خلا كندانسور از دو نوع سيستم استفاده مي*شود كه سيستم اول در موقع راه اندازي و توسط يك مكنده هوا انجام مي*يابد. در طول بهره برداري خلا لازم توسط دو دستگاه پمپ تامين مي*گردد كه اين پمپها فشار داخل كندانسور را كاهش مي*دهند.

 

ژنراتور

 

ژنراتور طوري طراحي شده است كه در مقابل اتصال كوتاه و نوسانات ناگهاني بار و احيانا انفجار هيدروژن در داخل ماشين مقاومت كافي داشته باشد. سيستم تحريك آن شامل يك اكساتير پيلوت (Pilot exiter) با ظرفيت 45 كيلوولت آمپر مي*باشد و جريان تحريك اكسايتر پيلوت در لحظه Flashing از طريق باطري خانه تامين مي*شود. ضمنا سيم پيچهاي دستگاه توسط هوا خنك كاري مي*شوند.

 

ترانسفورمرها و تغذيه داخلي نيروگاه

ترانس اصلي (Main Ttansformer):اين ترانس به صورت سه تك فاز با ظرفيت هر كدام 150 مگا ولت آمپر و فركانس 50 هرتز و امپرانس ولتاژ 14.2 درصد به عنوان Step Up Tranformer ، جهت بالا بردن ولتاژ خروجي ژنراتور از 20 كيلو ولت تا 230 كيلو ولت بكار رفته است. در ضمن نسبت تبديل ، 10.20%±247 كيلو ولت مي*باشد.

ترانس واحد (Unit Transformer):اين ترانس با ظرفيت 35/22/22 مگا ولت آمپر و نسبت تبديل 3/316/516%±20 و فركانس 50 هرتز و امپدانس ولتاژ 8.5% و تپ چنجر Off- Loud ، ولتاژ 20 كيلو ولت خروجي ژنراتور را تبديل به 6 كيلو ولت نموده و به منظور تامين مصارف داخلي نيروگاه در حين بهره برداري بكار مي*رود.

ترانس استارتينگ (Start up Trans): اين ترانس به تعداد دو عدد ، به نامهاي LTB و LTA و با ظرفيت 25/25/25 مگا ولت آمپر و نسبت تبديل 10%±3/6/10%± كيلو ولت و فركانس 50 هرتز و امپدانس 10% و تپ چنجر On Lead ، ولتاژ 230 كيلو ولت شبكه را تبديل به 6 كيلو ولت نموده و شينه*ها را طبق شكل شماتيك ضميمه تغذيه مي*نمايد.

ترانس تغذيه (Auxiliary Trans): ترانس تغذيه در ظرفيتهاي مختلف 630/1600/2500 كيلو ولت آمپر ، ولتاژ 6 كيلو ولت را تبديل به 400 ولت مي*نمايد كه جهت تامين مصارف داخلي فشار ضعيف بكار مي*رود.

سيستم آتش نشاني

آب: كليه قسمتهاي نيروگاه (ساختمان شيمي ، ماشين خانه ، بويلر ، كارگاه ، انبار و ...) و محوطه مجهز به سيستم آب آتش نشاني مي*باشند.

فوم: كليه قسمتهاي سوخت رساني اعم از مخازن سوخت سبك و سنگين و ايستگاه تخليه سوخت ، بويلر ديزل اضطراري و بويلر كمكي مجهز به سيستم فوم مي*باشند.

گاز CO2: كليه سيستمهاي الكتريكي از قبيل ساختمان الكتريكي و... توسط گاز CO2 حفاظت مي*گردد.

نيروگاه زمين گرمايي ممكن است بحث در خصوص كاربرد انرژيهاي تجديد‌پذير وبويژه انرژي زمين‌گرمايي در كشور روسيه كه داراي ذخاير بسيار عظيم سوختهاي فسيلي (بويژه گاز طبيعي) است قدري عجيب به نظر مي‌آيد. اما حتي اين كشور غني از انرژي نيز در برخي از نقاط دور دست خود با مشكل تامين برق ساكنانش مواجه است. بدين ترتيب كه هزينه حمل سوخت نيروگاهها به نقاط مذكور نيازمند صرف هزينه‌هاي زيادي است. به عنوان مثال اين وضعيت در منطقه كامچاتكا كه نيروگاه ماتنوسكي در آن واقع شده است، وجود دارد. لذا مقامات محلي سعي دارند تا با اكتشافات ميادين زمين‌گرمايي منطقه و بهره‌برداري از آن جهت توليد برق بر مشكل مذكور غلبه كنند. در اين مقاله نخست تاريخچه كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در روسيه به اختصار مطرح شده سپس مطالبي پيرامون منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي و نيروگاه مربوطه ارايه شده است.

 

تاريخچه بهره‌برداري از انرژي زمين‌گرمايي در روسيه

نخستين تجربه روسها در توليد برق از منابع زمين‌گرمايي در منطقه پاراتونسكي كامچاتكا (در شرق روسيه) در سال 1967 بود كه براي نخستين بار در جهان از سيكل دو مداره براي توليدبرق از منابع زمين‌گرمايي حرارت پايين استفاده شد. ظرفيت نيروگاه مذكور حدود kw600 بود.

نخستين نيروگاه زمين‌گرمايي بزرگ روسيه در سال 1967 و در منطقه پوزتسكي كامچاتكا احداث شد. ظرفيت نصب شده مرحله اول نيروگاه 5 مگاوات بود كه در سال 1982 پس از نصب تجهيزات مرحله دوم، ظرفيت آن به 11 مگاوات افزايش يافت. در سال 1987 نيز يك نيروگاه كوچك از نوع بدون كندانسور به ظرفيت حدود 300 كيلووات نصب شد.

در روسيه از منايع حرارت پايين عمدتاً جهت تامين گرمايش منطقه‌‌اي و يا گرمايش استخرهاي شنا، گلخانه‌ها و مزارع پرورش ماهي و يا درمان بيماريها استفاده مي‌شود. اخيراً كاربرد منابع زمين‌گرمايي در روسيه توسعه زيادي يافته است. در واقع وزارت علوم روسيه متولي توسعه طرحهاي كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در كشور است.

 

كاربرد انرژي زمين‌گرمايي در منطقه كامچاتكا

شبه جزيره كامچاتكا همراه با جزاير كوريل در منتهي‌اليه شرق روسيه واقع شده است. ساكنين اين مناطق جهت تامين برق مورد نياز خود وابستگي شديدي به سوخت فسيلي وارداتي دارند. اخيراً هزينه توليد برق در نواحي مذكور به 25 سنت به ازاء هر كيلووات ساعت بالغ شد كه متعاقب آن سياستگزاران انرژي بر آن شدند تا استراتژي پيشين خود را تغيير داده و توجه بيشتري به منابع انرژيهاي تجديد‌پذير كنند. يكي از انواع انرژي‌هاي تجديد‌پذير، انرژي زمين‌گرمايي است كه روسها تجربيات فراواني در خصوص بهره‌برداري از آن دارند. آنها تاكنون حدود 1000 حلقه چاه در زمينه اكتشاف و استخراج منابع زمين‌گرمايي حفر كرده‌اند كه رقم بسيار قابل توجهي است. منطقه كامچاتكا داراي ذخاير فراوان انرژي زمين‌گرمايي است كه با مطالعات اكتشافي صورت گرفته، پتانسيل آنها برآورد شده است. طبق محاسبات بعمل آمده، منابع زمين‌گرمايي مذكور قادر خواهند بود برق مورد نياز شبه جزيره كامچاتكا را با هزينه بسيار كمتري نسبت به سوختهاي فسيلي تامين كنند.

 

منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي

اين منطقه در جنوب شبه‌جزيره كامچاتكا قرار دارد. در واقع اين منطقه زمين‌گرمايي بخشي از منطقه آتشفشاني كامچاتكاي جنوبي است كه در حدود 8 كيلومتري شمال كوه آتشفشاني ماتنوسكي واقع شده است. نزديك‌ترين منطقه مسكوني به آن شهر پتروپاولوسك – كامچاتسكي است كه 125 كيلومتر بامنطقه زمين‌گرمايي فاصله دارد. در زمستان دسترسي به منطقه زمين‌گرمايي مشكل است زيرا در اين ايام بدليل بارش سنگين برف صرفاً با انجام عمليات برق روبي مي‌توان از جاده‌ها عبور كرد. منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي يكي از بزرگترين نواحي روي كره زمين است كه حجم زيادي از حرارت داخل زمين به سطح آن راه مي‌يابد. بر اساس مطالعات اكتشافي بعمل آمده مشخص شده است كه منابع زمين‌گرمايي مناطق كامچاتكا و جزاير كوريل مشتركاً قادر به توليد 2000 مگاوات برق هستند.

اين منطقه كه حدود 30 كيلومتر مربع وسعت دارد شامل آثار و شواهد حرارتي است كه در مجاورت آتشفشانهاي فعال وسيستمهاي زمين‌گرمايي حرارت بالا قرار دارند. در جنوب منطقه نيز كوه آتشفشان ماتنوسكي وجود دارد كه در مجاورت آن گازفشانهاي حرارت بالا و چشمه‌هاي آبداغ مشاهده مي‌شوند واز يال شمالي و دهانه آن نيز بخار خارج مي‌شود.

اين منطقه از نظر فعاليت آتشفشاني بسيار فعال است و در آن دو آتشفشان فعال وجود دارد: ماتنوسكي و گورلي. البته يك آتشفشان خاموش و فرسايش يافته نيز به نام ژيروفسكي نزديكي منطقه زمين‌گرمايي به چشم مي‌خورد. در اطراف دهانه آتشفشان ماتنوسكي فعاليت‌هاي شديد گازفشاني مشاهده مي‌شود. آخرين فعاليت كوه آتشفشاني ماتنوسكي در سال 2001 رخ داد. در آن هنگام ناگهان دهانه آتشفشان منفجر شد كه بر اثر آن خاكسترهاي آتشفشاني به هوا پرتاب شدند.

اكتشاف منطقه زمين‌گرمايي ماتنوسكي طي سالهاي 1978 تا 1990 انجام شده است. تاكنون بيش از 80 حلقه چاه كه عمق آنها بين 1000 تا 2500 متر است در منطقه‌اي به وسعت km225 حفر شده است.

با استفاده از نتايج عمليات حفاري، تا حدود زيادي حدوده مخزن ماتنوسكي مشخص شد. در حال حاضر در نظر است كه يك نيروگاه 120 مگاواتي در مركز منطقه زمين‌گرمايي احداث شود. ماتنوسكي از نوع آبداغ بالنده است. بدين معني كه سيال غالب در مخزن آبداغ است. طبق برآوردهاي بعمل آمده منبع زمين‌گرمايي ماتنوسكي توانايي توليد 300 مگاوات برق را دارد.

به طور كلي منابع زمين‌گرمايي منطقه كامچاتكا به دو دسته حرارت بالا و حرارت پايين تقسيم‌بندي مي‌شوند. منابع حرارت بالا (150 درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيلي معادل MWe1130 هستند. منابع حرارت پايين (150 > درجه سانتي‌گراد) داراي پتانسيل MWt 1345 براي يك دوره 100 ساله هستند. تاكنون طبق اكتشافات انجام شده بيش از 20 ميدان زمين‌گرمايي در منطقه كامچاتكا كشف شده است.

در بين همه ميدانهاي كشف شده ميدان زمين‌گرمايي ماتنوسكي ميداني شاخص به شمار مي‌رود. تاكنون تمامي مطالعات اكتشافي ضروري در اين ميدان انجام شده است و اكنون براي استفاده‌هاي مختلف (توليد برق و كاربردهاي صنعتي) كاملاً آماده است. حدود 30 درصد چاههاي حفر شده در ميدان ماتنوسكي،‌چاههاي توليدي هستند.

سيالهاي توليد شده از ميدان مذكور مخلوط بخار خشك و بخار مرطوب است كه درجه حرارت آن بيش از 240 درجه سانتي‌گراد بوده و آنتالپي آن معادل Kcal/kg 660 است. از نظر تركيب شيميايي، سيال خروجي از چاهها در زمره آبهاي كلريده، كلريده- سولفاته قرار مي‌گيرندكه آنيونهاي آنها سولفات و كلريد و مهمترين كاتيونهاي آنها سديم و كلسيم هستند. مهمترين گاز غيرقابل ميعان مخزن اسيد كربنيك (بيش از 70 درصد وزني) است. به علاوه در سولفيد هيدروژن، نتيروژن، اكسيژن،‌متان و هيدروژن نيز وجود دارد. ميزان H2S موجود در سيال مخزن به طور ميانگين حدود 10 درصد حجم كل گازهاي خروجي از چاهها است.

 

نيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي

در مرحله اول، يك نيروگاه 12 مگاواتي احداث شد. اين نيروگاه در حقيقت يك نيروگاه زمين‌گرمايي نمونه (پايلوت) از مجموعه‌اي از چند نيروگاه زمين‌گرمايي است كه در منطقه ماتنوسكي ساخته و راه‌اندازي خواهد شد. در هنگام احداث نيروگاه ماتنوسكي موارد زير موردتوجه قرار داشت:

• سيستم آماده ‌سازي بخار مدولار كه به صورت پيش ساخته بودو پس از مونتاژ مورد استفاده قرار گرفت.

• اغلب اجزاء نيروگاه (شامل توبوژنراتورها، قطعات الكتروتكنيكي، كنترل پانل اصلي و ...) در كارخانه ساخته شده و در محل نيروگاه به يكديگر متصل شدند.

• با استفاده از كندانسورهاي هوايي از تماس مستقيم سيال زمين‌گرمايي با محيط اطراف جلوگيري شد.

سيال دو فازي (مخلوط آبداغ وبخار) از طريق لوله‌ها در مخزن جمع‌آوري شده و پس از انجام عمل جدايش در دو مرحله به سمت سه واحد قدرت كه ظرفيت هر يك 4 مگاوات است، هدايت مي‌شود. شكل (5). بخار با فشار P0=0..8 Mpa و درجه حرارت 170 درجه سانتي‌گراد ودر حالتي كه كاملاً خشك است (ميزان رطوبت آن كمتر از 05/0 درصد است) وارد توربين مي‌شود. كيفيت بخار در ورودي توربين مشابه كيفيت آن در نيروگاههاي حرارتي فشار متوسط است. به منظور افزايش كارايي كاربرد انرژي زمين‌گرمايي، آبداغ (داراي درجه حرارت 170درجه سانتي‌گراد) بعد از جداكننده‌ها به سمت مخازن تبخير آني هدايت مي‌شود. دراين مخازن بخار داراي فشار 0.4 Mpa توليدمي‌شود. از اين بخار (حدود 10 تن بر ساعت) در اجكتورها جهت مكش و جدايش گازهاي غيرقابل ميعان و بيوژه گاز سولفيد هيدروژن (H2S) استفاده مي‌شود. گاز H2S خارج شده از كندانسور، وارد دستگاه جاذب 13 مي‌شود كه درآن گاز H2S در بخار چگالش يافته حل شده به سمت چاههاي تزريقي هدايت مي‌شود. همانگونه كه مشخص است گاز مذكور بدون هيچ ارتباطي با محيط اطراف مجدداً به درون مخزن زمين‌گرمايي تزريق مي شود. آب چگاليده خروجي از كندانسور به اندازه كافي خالص و تميز بوده صرفاً داراي مقدار كمي از املاح گوناگون به صورت محلول است. بنابراين چنانچه در طراحي سيكل توليد برق، درجه حرارت آب چگاليده حدود 50 درجه سانتي‌گراد در نظر گرفته شود،‌مي‌توان آنرا بدون مشكل رسوبگذاري در لوله‌ها و چاههاي تزريقي به درون چاهها تزريق كرد.

كنترل سه واحد قدرت توسط تابلوي كنترل اصلي انجام مي‌شود. 6 مدول كندانسور هوايي درارتفاع 6 متري از صفحه توربوژنراتورها واقع شده است. هر مدول كندانسور هوايي از 8 مجموعه بهم پيوسته از لوله‌هاي فولادي (ضد زنگ) كه داراي پوششي از جنس روي است تشكيل شده است. خود لوله‌ها نيز توسط صفحات آلومينيومي دندانه‌دار (كه ارتفاع هر دندانه cm5/1 است) پوشيده شده است.

سيستمهاي آماده‌سازي بخار يروگاه در كارخانه به صورت مدول و يكپارچه ساخته شده است. پس از آزمايش مدول دركارخانه آنها را توسط هواپيماهاي باري سنگين به كامچاتكا منتقل كردند. نهايتاً مدولها پس از نصب تحت شرايط واقعي با سيال زمين‌گرمايي مورد آزمايش قرار گرفتند. در مدول پمپ وچند سيستم مجزا وجود دارند شامل پمپ‌هاي سيستم تزريق، پمپ‌هاي يدكي و آتش‌نشاني و تابلوهاي كنترل الكتريكي. علاوه بر اين در هنگام بهره‌برداري، سيستم حفاظتي خاصي سبب جدايش رسوبات و املاح در توربين‌ها و كندانسورهاي هوايي مي‌شود.

توربين و ژنراتور روي يك شاسي واحد نصب شده‌اند كه شامل سيستم پمپ روغن روان‌كننده و مخزن مربوطه آن نيز مي شود. توربين مستقيماً (بدون دنده كاهنده) به ژنراتور متصل بوده فركانس گردش آن معادل 50 دور در ثانيه است. هر واحد توربوژنراتور به طور مجزا در يك مدول قرار دارد. شركت سازنده در طراحي و ساخت توربينها از تجربيات خود در ساخت توربينهاي صنعتي و توربينهاي كشتي كمك گرفته است.

توربينهاي مذكور داراي بخش‌هاي زير هستند:

• پايه‌هاي قابل انعطاف در بخش جلويي سازه نگهدارنده

• واحد تنظيم هيدروليكي در جلوي توربين

• يك ياتاقان نگهدارنده مقاوم همراه با پمپ روغن در بخش جلويي سازه نگهدارنده

توربين نيروگاه ماتنوسكي نسبت به توربينهاي صنعتي و كشتي‌ها دو تفاوت مهم دارد كه عبارت هستند از:

1- كنترل بخار در لوله ورودي بوسيله دمپردوراني پروانه‌اي انجام مي‌شود.

2- بخار ورودي به واحد قدرت از بالا وسقف واحد، وارد توربين مي‌شود.

3- همه 10 طبقه توربين داراي سيستم جداسازي رطوبت پيشرفته‌اي هستند.

 

مرحله اول توسعه نيروگاه

در حال حاضر مرحله اول توسعه نيروگاه ماتنوسكي با ظرفيت 50 (25×2) مگاوات بوسيله يك شركت روسي در حال انجام است. هزينه‌هاي اجراي مرحله اول توسعه نيروگاه را مشتركاً بانك اروپايي توسعه وبازسازي و چند شركت روسي تقبل كرده‌اند. مرحله اول توسعه نيروگاه شامل موارد زير مي‌شود.

ساختمان اصلي با امكانات مورد نياز جهت توربينها، تابلوي كنترل واحد قدرت، جداكننده‌ها، تجهيزات الكتروتكنيكي و يك مهمانسرا براي مهندسين ناظر در ساختگاه نيروگاه.

در ساختگاه نيروگاه،‌محلي براي پست‌ها و كارگاههاي تعمير و نگهداري تجهيزات در نظر گرفته شده است. از سوي ديگر طبق قراردادهاي منعقد شده براي حفاري وتعمير چاههاي زمين‌گرمايي منطقه، ميزان دبي و فشار بخار لازم براي مرحله دوم توسعه نيروگاه به ترتيب كمتر از t/h320 و 7 بار خواهد بود. اين حجم بخار نه تنها مرحله اول توسعه را پوشش مي‌دهد بلكه بخار لازم براي مرحله دوم را نيز تامين مي‌كند. البته اين فشار و دبي مربوط به بخار ورودي به جدا‌كننده‌هاي نيروگاه خواهد بود. سيستم‌هاي آماده ‌سازي بخار نيروگاه شامل جداكننده‌ها، صدا خفه‌كن و سايرتجهيزات هستند. اين سيستم ها بايد به نحوي عمل كنند كه رطوبت بخار خروجي از آنها بيش از 05/0 درصد نباشد.

آبداغ چگاليده همراه با آبداغ جدا شده از جداكننده‌ها قبل از تزريق مجدد از يك سيستم ذوب برق عبور مي‌كند و بدين ترتيب از حرارت آن جهت ذوب برف و يخ محيط نيروگاه استفاده مي‌شود.

يك شركت روسي خط انتقال kv220 را از نيروگاه ماتنوسكي تا پست آواچا 18 در شهر اليزوو به طول 70 كيلومتر احداث خواهد كرد. شركتي ديگر هم جاده‌اي را بين شهر پتروپاولوسك – كامچاتسكي ونيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي خواهد ساخت. در واقع از اين جاده جهت انتقال تجهيزات نيروگاهي شامل توربوژنراتورها وساير تجهيزات فني (كه وزن هر يك از آنها به 50 تن نيز مي‌رسد) به ساختگاه نيروگاه استفاده خواهد شد.

 

واحد چهارم نيروگاه همراه با سيكل تركيبي

در سال 1965، دانشمندان روسي توانستند سيكلي را ابداع كنند كه به كمك آن مي‌توان از آبداغ گرمتر از 80 درجه سانتي‌گراد نيز برق توليد كرد. به منظور طراحي و آزمايش تجهيزات سيكل تركيبي نيروگاه ماتنوسكي تحت شرايط طبيعي و واقعي (درجه حرارت كم محيط، بارش برف فراوان تا ارتفاع 12 متر، باد قوي و لرزه خيزي بالا) شركت ژئوترم كار روي واحد چهارم نيروگاه ماتنوسكي را آغاز كرد. در حال حاضر واحد چهارم سيكل تركيبي در حال نصب است. در واقع هدف از طراحي و اجراي واحد چهارم، بكارگيري سيال دو فازي اضافي است كه از چاههاي زمين‌گرمايي خارج شده و توسط سه واحد قدرت موجود استفاده نمي‌شود. در بالاترين بخش سيكل، يك توربين از نوع بدون كندانسور با ظرفيت 3 مگاوات نيز نصب خواهد شد.

سيال دو فازي از دو واحد جداكننده عبور كرده و بخار جدا شده به سمت توربين بخار هدايت مي‌شود. بخار مرطوب خروجي توربين، چگاليده شده وسپس در لوله‌هاي كندانسور – اواپراتور خنك مي‌شود.

فشار بخار خروجي از توربين حدود 03/0 تا 11/0 مگاپاسكال است. توربينها،‌ژنراتورها و تجهيزات تبادل حرارت روي يك صفحه كه 5 متر از سطح زمين ارتفاع دارد، مستقر شده‌اند. به منظور جلوگيري از ريزش برف سنگين زمستاني نيز تمامي تجهيزات در يك مرحله سرپوشيده قرار دارند. از سوي ديگر جهت ممانعت از جمع شدن برف و يخ‌زدگي سطوح تبادل حرارت روي صفحات كندانسور‌هاي هوايي، اين صفحات رو به بيرون شيب دارند.

فن‌ها و الكتروموتورها در معرض جريان هواي پيش گرم شده قرار دارند تا دچار شوك حرارتي نشوند. تجهيزات الكتروتكنيكي و ساير سيستمهاي كنترل خودكار در يك محفظه مخصوص قرار دارند كه داخل آن نيز توسط هواي گرم، گرم نگه داشته مي‌شود.

ظرفيت نهايي واحد قدرت 9 مگاوات خواهد بود. نيروگاه دو مداره با ظرفيت اسمي 8/6 مگاوات، طراحي و ساخته خواهد شد. در واقع اين نيروگاه يك مدل نمونه (پايلوت) از مجموعه‌اي از مدولهاي قدرت دو مداره خواهد بود. در آينده اين مدولهاي قدرت در واحدهاي سيكل‌ تركيبي مرحله دوم توسعه نيروگاه بكار گرفته خواهند شد. علاوه براين مدولهاي مذكور در احداث نيروگاههاي زمين‌گرمايي دو مداره جديد با ظرفيت 6 و 12 مگاوات نيز بكار خواهند رفت.

در حين طراحي، ساخت و آزمايش واحدهاي قدرت سيكل تركيبي چندين مشكل علمي و فني به شرح زير بوجود آمد:

- انتخاب سيال عامل بهينه (داراي نقطه جوش پايين)

- تعيين حداقل درجه حرارت آبداغ خروجي از سيستم براي جلوگيري از رسوب مواد سيليسي

- انتخاب روش بهينه براي خارج كردن گازهاي غيرقابل ميعان از كندانسور- اواپراتور

- در نظر گرفتن ملاحظات زيست‌محيطي براي حذف گاز H2S از محوطه نيروگاه

شرايط آب وهوايي منطقه ماتنوسكي بسيار استثنايي است زيرا از يك سو در نواحي شمالي كره زمين قرار داشته و از سوي ديگر در ارتفاع قابل توجهي از سطح دريا واقع شده است. ميانگين درجه حرارت ساليانه اين منطقه 5/1 درجه سانتي‌گراد است. درجه حرارت ميانگين آن در يك دوره هشت‌ماهه (از آبان تا خرداد) كمتر از 5 درجه سانتي‌گراد است. اين درجه حرارت كم هوا به مهندسان طراح سيكل قدرت اجازه مي‌دهد كه درجه حرارت چگاليده رادر كندانسور تا حدود 10 الي 20 درصد كاهش دهند كه اين موضوع خود سبب افزايش 20 الي 24 درصد قدرت خروجي از نيروگاه در مقايسه با نيروگاههاي زمين‌گرمايي كه در نواحي بسيار گرم يا معتدل قرار دارند، مي‌شود.

مزيت ديگر درجه حرارت كم آبداغ خروجي از كندانسور اين است كه بر اثر هر گونه كاهش فشار چاههاي توليدي، نقصان كمي در قدرت خروجي نيروگاه رخ مي‌دهد.

توليد برق در سيكل تبخير آني نيروگاه ماتنوسكي با مشكلاتي همراه است. به عنوان مثال درتوربينها به حجم نسبتاً زيادي بخار نياز است و ارتفاع پره‌هاي طبقات آخر توربين نيز زياد است. هر دو عامل مذكور سبب كاهش كارايي سيكل توليد برق مي‌شوند. از سوي ديگر حذف گازهاي غيرقابل ميعان از كندانسور تحت فشار آب اشباع مستلزم صرف انرژي زيادي است. بنابراين به منظور رفع مشكلات فوق، مهندسان، سيكل تركيبي را پيشنهاد كردند. در واقع اين سيكل، تركيبي از سيكل تبخير آني و سيكل دو مداره است. سيال عامل واحد قدرت داراي نقطه انجماد پايين بوده كاركرد خوب آنرا در فصل زمستان تضمين مي كند. بدين معني كه سيال فوق در هنگام توقف عملكرد نيروگاه يخ نمي‌زند.

 

واحدهاي سيكل تركيبي مرحله دوم توسعه نيروگاه

همزمان با برنامه توسعه كاربرد انرژي زمين‌‌گرمايي در منطقه كامچاتكا، مرحله دوم توسعه نيروگاه به ظرفيت 60 مگاوات نيز آغاز شده است. ساخت مرحله سوم نيروگاه با ظرفيت 100 مگاوات هم برنامه‌ريزي است.

دلايل زير سياستگزاران انرژي را بر آن داشت تا مراحل دوم و سوم توسعه نيروگاه را طراحي و برنامه‌ريزي كنند:

1- داشتن شناخت كافي از منبع زمين‌‌گرمايي ماتنوسكي

2- وجود جاده و خط انتقال برق در منطقه

3- تجربيات بدست آمده از عملكرد نيروگاه زمين‌گرمايي ماتنوسكي

4- وجود برق در محل ساختگاه نيروگاه جهت اجراي سريعتر طرحهاي توسعه‌اي

بر اساس مطالعات اوليه، مرحله دوم توسعه نيروگاه، شامل دو واحد قدرت از نوع سيكل تركيبي است كه كل مصرف بخار و آبداغ آن به ترتيب معادل 320 و 640 تن بر ساعت است.

در مرحله دوم توسعه نيروگاه، هر واحد قدرت شامل يك توربين بخار (از نوع بدون كندانسور) داراي ظرفيت 12 مگاوات وسه مدول سيكل دو مداره است كه ظرفيت هر يك از مدولها 6 مگاوات است. ظرفيت نهايي واحدهاي سيكل تركيبي حداقل 20 درصد بيش از واحدهاي تبخير آني مرحله اول بوده ودر نتيجه اقتصادي‌تر هستند.

در خاتمه اين نكته نيز شايان ذكر است كه اگر تمام انرژي‌ الكتريكي مورد نياز منطقه كامچاتكا از منابع زمين گرمايي تامين شود، ساليانه تقريباًً معادل 000/900 تن در مصرف سوختهاي فسيلي صرفه‌جويي خواهد شد. نيروگاه گازي نيروگاه هاي گازي ، كاربردهاي ويژه اي دارند.

نيروگاه گازي به نيروگاهي مي گويند كه برمبناي سيكل گاز( سيكل برايتون) كارمي كند ؛وازسيكل هاي حرارتي مي باشد، يعني سيال عامل كاريك گاز است.( عامل انتقال وتبديل انرژي گازي است ، مثلا هوا )

درنيروگاه هاي بخارعامل انتقال : بخارمايع مي باشد.

نيروگاه گازي داراي توربين گازي است ،يعني باسيكل رايتون كارمي كند.ساختمان آن درمجموع ساده است :

1. كمپرسور: وظيفه فشردن كردن هوا .

2. اتاق احتراق : وظيفه سوزاندن سوخت درمحفظه .

3. توربين : وظيفه گرداندن ژنراتور .

كمپرسور به كاررفته درنيروگاه هاي گازي شبيه توربين است ، داراي رتوري است كه برروي اين رتور پره متحرك است ، هوا به حركت درآمده وبه پره هاي ساكني برخوردكرده ، درنتيجه جهت حركت هوا عوض شده واين هوا بازبه پره هاي متحرك برخورد كرده واين سيكل ادامه دارد ودرهرعمل هوا فشرده ترمي شود.

كمپرسور مصرف كننده عظيم انرژي است .

هواي فشرده گرم است .

 

هواي فشرده كمپرسور وارد اتاق احتراق كه داراي سوخت گازوئيل است مي شود .

چون هواي فشرده شده گرم است ودراتاق احتراق سوخت آتش گرفته وهوافشرده وداغ مي شود .

هواي داغ فشرده كارهمان بخارداغ فشرده توربين هاي بخار راانجام مي دهد .

هواي داغ فشرده رابه توربين مي دهيم ؛ توربين داراي پره هاي متحرك وساكن است .

پره هاي ثابت چسبيده به استاتور مي باشد ؛ پره هاي متحرك چسبيده به رتور مي باشد.

حال ژنراتور رامي توان به محور وصل كرده واز ترمينال هاي ژنراتور مي توان برق گرفت ؛ طول نيروگاه ممكن است به m 20 است . ژنراتور را مي توان به محل B ويا A متصل نمود ؛ اما محل A بهتراست .

قدرت نيروگاه هاي گازي از 1 M w وتا بالاي 100Mw نيز ساخته مي شود .

نحوه راه اندازي واستارت نيروگاه چگونه است ؟

درابتدا نياز به يك عامل خارجي است تا توربين رابه سرعت 3000 دوربرساند.

حسن نيروگاه :

1. سادگي آن است –تمام آن روي يك شافت سواراست .

2. ارزان است – چون تجهيزات آن كم است . يكي از عواملي كه برروي راندمان تأثيرمي گذارداين است كه هواي ورودي چه دمايي دارد.

3. سريع النصب است .

4. كوچك است . درسكوهاي نفتي كه نياز به برق زيادي مي باشد بايدازنيروگاه گازي استفاده كرد، تاجاي كمتري بگيرد.

5. احتياج به آب ندارد. ( درسيكل اصلي نيروگاه نياز به آب نيست ) اما درتجهيزات جنبي نيازبه آب است براي خنك كردن هيدروژن به كاررفته جهت سردكردن ژنراتور درسرعت هاي بالا .

6. راه اندازي اين نيروگاه سريع است .

7. پرسنل كم .

زماني نيروگاه گازي خاموش است كه دراتاق احتراق سوخت نباشد .

يك نيروگاه بخار رابعد از راه اندازي نبايد خاموش كرد .

اما نيروگاه گازي بدين صورت است كه صبح مي توان روشن كردوآخرشب خاموش نمود .

نيروگاه گازي بسيارمناسب براي بارپيك است ونيروگاه بخاربراي بارپيك نامناسب است .

معايب :

1. آلودگي محيط زيست زياد است .

2. عمرآن كم است .( فرسودن توربين وكمرسور)

سوخت مازوت به علت آلودگي بيشتري كه نسبت به سوخت گازوئيل دارد، كمتربه كارمي رود

3. استهلاك زياداست . ( پره توربين ، پره كمپرسور )

4. راندمان كم است . ( مصرف سوخت آن زياد است ) ؛ اين نقيصه اي است كه كشورهاي اروپايي باآن مواجهند .

دلايل راندمان پايين :

الف ) خروج دود بادماي زياد

ب ) حدود 3/1 توان توربين صرف كمپرسور مي شود . بنابراين درنيروگاه گازي براي استفاده درازمدت اصلا جايزنيست چراكه هزينه مصرف سوخت گران است .

5. امكان استفاده ازسوخت جامد فراهم نيست . ( مانند زغال سنگ ) چراكه بلافاصله پره هاي رتورپرازدود مي شود .

نيروگاه هاي گازي رااگربخواهيم براي مدت طولاني استفاده كنيم ، هزينه نيروگاه گازي بالا ست .

نيروگاه گازي راازجايي استفاده كنند كه امكان بهره برداري زمان بهره برداري زير2000 ساعت باشد .

اگرزمان بهره برداري بالاي 2000 ساعت باشد (رسال) نيروگاه بخار اگرزمان بهره برداري درسال بالاي 5000ساعت باشد ، نيروگاه آبي استفاده مي شود.

دركشورما برق عمده مصرفي برق خانگي است ( 60% ) وحدود 30 % برق صنعتي است . درنتيجه 50 % نيروگاه هاي كشوربايد هرشب روشن شود ؛ بنابراين قسمت عمده برق توليدي مابايد ازنوع نيروگاه گازي باشد.

نيروگاه گازي رابه دليل ارزاني دركارخانجات نيز مي توان به كاربرد .نيروگاه گازي را درنيروگاه اتمي نيزاستفاده مي شود جهت سردكردن رآكتور به كارمي رود كه درنتيجه هواداغ وفشرده مي شود ودرنتيجه به نيروگاه گازي داده وبرق مصرفي نيروگاه اتمي راتأمين مي كنند .

درنيروگاه هاي گازي جهت افزايش راندمان روش هايي رااتخاذ مي كنند.

1- دود خروجي هواي ورودي به اتاق را گرم مي كند .( سيكل پيچيده ترشده اما راندمان بالا مي رود. )

حالت اول : دودباهواب ورودي كمپرسوركناريكديگرقرارداده دراين صورت راندمان تجهيزات به شدت افت مي كند.

حالت دوم : باروش ذيل راندمان 1 الي 2 درصدقابل افزايش است ؛ ( هواي ورودي به اتاق احتراق گرم مي شود )

2 – استفاده از توربين هاي دو مرحله اي :

زياد شدن راندمان مستلزم مخارج وصرف هزينه نيز مي باشد .

2. استفاده از كمپرسور دومرحله اي هر چه دماي ورودي كمپرسور پايين ترباشد ؛ راندمان بيشتراست .

بااين روش دماي ورودي كمپرسور به طورمصنوعي پايين نگه داشته مي شود درمرحله L p به دليل بالارفتن فشارهواگرم مي شود كه ازكولراستفاده مي كنند ؛ آب سرد برروي لوله فشارهوا ريخته وهواخنك كرده آب گرم مي شود وخارج مي شود .

بالاترين راندمان چيزيث درحدود 35% است كه نيروگاه داراي كمپرسور دومرحله اي توربين دومرحله اي وپيش گرم كن مي باشد.

نيروگاه گازي به اين معنا نيست كه سوخت ان گازاست ، بلكه توربين آن گازي است وسوخت آن مايع است يا گازوئيل است كه اكثرا گازوئيل است .

دركشورما به دليل زيادبودن سوخت گازوئيل ، نيروگاه گازي باسوخت گازوئيل نيروگاه گازي باسوخت گازوئيل به كار ميرودومرسوم است اما دركشورهاي اروپايي به دليل زيادبودن سوخت جامد ، نيروگاه گازي به نحو ديگري طراحي شده كه باسوخت جامد كارمي كند ، به اين نيروگاه ها ، نيروگاه گازي سيكل بسته مي گويند.

هواي داغ ناشي ازاحتراق راداخل گرم كن مي چرخانيم وبعد هوارابيرون مي فرستيم .

ملاحظه مي شودكه هواي داغ ناشي از احتراق داخل توربين مي شود .لذامي توان ازسوخت جامد استفاده كردكه اين نوع ساده ترين نوع نيروگاه گازي سيكل بسته مي باشد.

مي توان سيكل فوق راكامل تركرد. اگرهواي ورودي به كمپرسورتصفيه شده باشد ، پره هاي توربين داراي عمرزيادي خحواهدبود. مشكل ايجاد اين است كه هواي خارج شده ازتوربين به دليل تصفيه بودن بايداستفاده شود ، پس هواس خروجي ازتوربين رااستفاده مي كنيم ، اما اين هوا داغ است وگاز وارد كمپرسور شود راندمان افت مي كند ؛ لذااز كولراستفاده مي كنيم وهواراسرد مي كنند .

در نيروگاه گازي هرچه هواي ورودي به كمپرسور سردتر باشد، راندمان افزايش م يابد. لذا نيروگاه هاي گازي درزمستان راندمان بهتري دارند.

محاسن نيروگاه هاي گازي سيكل بسته :

1. امكان استفاده ازسوخت جامد فراهم مي شود.

2. عمرزياد ( خوردگي پره ها كم است )

3. چون سيكل بسته است ، لذاضرورت نداردكه فشارهواي خروجي توربين 1 Atm باشد، پس مي توان سطح كارفشار هوارابالا برد، به جاي 1 Atm از 10 Atm كه چون هواي فشرده ترشده ، جاي كمتري گرفته وحجم كمپرسور وتوربين درنهايت كوچك ترمي شود.

معايب :

1. راندمان درمقايسه باسيكل بازكمتر است . 4 الي 5 درصد راندمان كاهش مي يابد.

2. هزينه زياداست .

درسوخت مايع نيروگاه هاي گازي سيكل بسته ، اجازه داريم توربين رادوقسمتي بسازيم .

كمپرسورهواراگرفته وداخل اتاق احتراق مي سوزاند ، هواي خروجي آن راوارد گرم كن مي كنيم كه خود گرم كن يك سيكل بسته راتشكيل مي دهد.

توربين كمكي قدرت لازم ازژنراتور كوچك درقسمت توربين كمكي به كاربرد .

درنيروگاه گازي سيكل بازداراي معايب زيراست :

قدرت كمپرسور خيلي ازانرژي توربين رامي گيرد و همچنين دود خروجي داغ است 300C درنتيجه سوخت ايجاد شده به هدرمي رود ؛ لذا راندمان كاهش مي يابد.

استفاده از نيروگاه سيكل تركيبي ( نيروگاه گازي دركنار نيروگاه بخار)

هواي گرم خروجي ازتوربين رابال اضافه كردن اكسيژن به آن به طرف بويل نيروگاه بخار برده مي شود .

راندمان اين قبيل نيروگاه ها50 % مي باشد

 

 

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

• ورود
• یا
• ثبت نام