انواع و نحوه عملکرد نیروگاه های گازی

توربین گاز به دلیل قابلیت اطمینان استثنایی، عاری از ارتعاش و توانایی تولید توان های بزرگ از واحدهایی با اندازه و وزن نسبتاً کوچک، رضایت بخش ترین واحد تولید توان در میان ابزارهای مختلف تولید توان مکانیکی است.

اقتصاد تولید برق توسط توربین گازی به دلیل هزینه سرمایه پایین و قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری بالا در بهره برداری، در تمام نقاط جهان جذاب تر شده است. یکی دیگر از ویژگی های بارز نیروگاه توربین گاز برای تولید برق، قابلیت راه اندازی سریع و قابلیت استفاده از طیف گسترده ای از سوخت ها از گاز طبیعی گرفته تا نفت باقیمانده یا زغال سنگ پودری است.

انواع نیروگاه توربین گازی:
توربین های گازی را می توان به موارد زیر طبقه بندی کرد:
نیروگاه توربین گاز سیکل باز
نیروگاه توربین گازی سیکل بسته
1. نیروگاه توربین گازی چرخه باز
ساخت و کار ساده یک نیروگاه توربین گازی سیکل باز همانطور که در شکل نشان داده شده است. از یک کمپرسور، محفظه احتراق، توربین و ژنراتور تشکیل شده است. کمپرسور هوای محیط را گرفته و با فشرده سازی فشار آن را بالا می برد.

گرما در محفظه احتراق با سوزاندن سوخت به هوا اضافه شده و دمای هوا را افزایش می دهد. گازهای گرم شده که از محفظه احتراق خارج می شوند، سپس به توربین منتقل می شوند و در آنجا برای انجام کار مکانیکی منبسط می شوند.

بخشی از توان تولید شده توسط توربین در راندن کمپرسور و سایر لوازم جانبی و مابقی برای تولید برق استفاده می شود. از آنجایی که هوای محیط وارد کمپرسور می شود و گازهای خروجی از توربین به اتمسفر تخلیه می شوند، محیط کار باید به طور مداوم تعویض شود.

این نوع سیکل به عنوان یک نیروگاه توربین گازی سیکل باز شناخته می شود و عمدتاً در اکثر نیروگاه های توربین گازی استفاده می شود زیرا مزایای ذاتی زیادی دارد.
مزایای نیروگاه توربین گازی سیکل باز

مزایای نیروگاه توربین گازی سیکل باز به شرح زیر است:

هنگامی که توربین راه اندازی شد، از شروع سرد تا بار کامل بدون زمان گرم شدن شتاب می گیرد.
وزن و اندازه کم.
فضای نسبتاً کمتری را اشغال می کند.
تقریباً هر سوخت هیدروکربنی از بنزین با اکتان بالا گرفته تا روغن های دیزل سنگین را می توان در محفظه احتراق استفاده کرد.
نیازی به آب خنک کننده ندارد مگر آنهایی که اینترکولر دارند.
از طریق پالایش های کمکی، ما می توانیم بازده حرارتی را بهبود بخشیم و اقتصادی ترین هزینه کلی را برای فاکتورهای بار کارخانه ارائه کنیم.

2. نیروگاه توربین گازی سیکل بسته

ساخت و کار ساده یک نیروگاه توربین گازی سیکل بسته همانطور که در شکل نشان داده شده است. از کمپرسور، محفظه احتراق، توربین، ژنراتور و پیش خنک کننده تشکیل شده است. سیال کار ممکن است هوا یا هر گاز مناسب دیگری باشد که با فشار بالا از کمپرسور خارج می شود و در یک بخاری توسط یک منبع خارجی با فشار ثابت گرم می شود.

دمای بالا و هوای فشار بالا که از محفظه احتراق خارج می شود از طریق توربین گاز عبور می کند و در آنجا منبسط می شود و کار مکانیکی را انجام می دهد. سیالی که از توربین خارج می شود قبل از عبور به کمپرسور با استفاده از یک منبع خنک کننده خارجی تا دمای اولیه خود در کولر خنک می شود.

سیال عامل به طور مداوم بدون تغییر فاز در سیستم استفاده می شود و گرمای مورد نیاز به سیال عامل در مبدل حرارتی داده می شود.
مزایای نیروگاه توربین گازی بسته

مزایای توربین گازی بسته به شرح زیر است:

بدون آلودگی
راندمان حرارتی بالاتر
بهبود راندمان قسمت بار.
بدون از دست دادن محیط کار
سوخت گران
سایز کاهش یافته.
انتقال حرارت بهبود یافته است.
اصطکاک سیال کمتر
خروجی بیشتر

معایب نیروگاه توربین گازی بسته

معایب توربین گازی بسته به شرح زیر است:

در طراحی پیچیده است.
هزینه اولیه بالای کارخانه.
به مقدار زیادی آب خنک کننده نیاز دارد.
پاسخ ضعیف به تغییرات بار.
به مبدل حرارتی بسیار بزرگ نیاز دارد.

راه اندازی نیروگاه توربین گازی

نمودار شماتیک یک نیروگاه توربین گازی در شکل نشان داده شده است. از کمپرسور، توربین و محفظه احتراق تشکیل شده است.

هوای اتمسفر به داخل کمپرسور کشیده شده و تا فشار بالا فشرده می شود. هوای فشرده به محفظه احتراق عرضه می شود که در آن حرارت با سوزاندن سوخت به هوا اضافه شده و دمای آن را افزایش می دهد. گاز داغی که از محفظه احتراق خارج می شود سپس به توربین منتقل می شود و در آنجا برای انجام کارهای مکانیکی منبسط می شود.

بخشی از توان تولید شده توسط توربین برای به حرکت درآوردن کمپرسور و سایر تجهیزات کمکی و بقیه برای تولید برق استفاده می شود. گازی که از توربین خارج می شود به اتمسفر تخلیه می شود. این چرخه به عنوان نیروگاه سیکل باز شناخته می شود.

اگر گازی که از توربین خارج می شود تا دمای اولیه خود در یک خنک کننده خنک شود و سپس برای انجام کار به کمپرسور چرخانده شود، چنین سیکلی به عنوان نیروگاه سیکل بسته شناخته می شود.

همچنین بخوانید:

نیروگاه بادی: اهمیت انرژی باد، کارکرد، مزایا و کاربردها
نیروگاه خورشیدی: کارکرد و انواع نیروگاه خورشیدی

عناصر یا اجزای نیروگاه توربین گازی

اجزای یک نیروگاه توربین گازی به شرح زیر است:

کمپرسور
محفظه احتراق
احتراق نوع قوطی با تثبیت کننده شعله جریان چرخشی
احتراق نوع قوطی با تثبیت کننده شعله بدنه بلوف
تیغه های راس
توربین

1. کمپرسور

از کمپرسور برای فشرده سازی هوا تا فشار بالاتر استفاده می شود. نوع کمپرسورهایی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند از نوع جریان محوری و گریز از مرکز می باشد. کمپرسور گریز از مرکز از یک پروانه و یک دیفیوزر تشکیل شده است.

پروانه انرژی جنبشی بالایی به هوا می دهد و دیفیوزر انرژی جنبشی را به انرژی فشار تبدیل می کند. کمپرسور گریز از مرکز از یک پروانه با یک سری پره های شعاعی خمیده تشکیل شده است که در شکل نشان داده شده است. هوا در نزدیکی هاب که چشم پروانه نامیده می شود مکیده می شود و توسط پره های روی پروانه که با دور بالا می چرخند با سرعت زیاد به دور آن می چرخد.

فشار ساکن هوا از چشم تا نوک پروانه افزایش می یابد. هوای خروجی از نوک پروانه از طریق مسیر پخش کننده جریان می یابد که انرژی جنبشی را به انرژی فشار تبدیل می کند. نسبت فشار تا 2 به 3 در کمپرسور تک مرحله ای امکان پذیر است.

کمپرسور جریان محوری شامل یک سری روتور و استاتور است. هوا در امتداد محور روتور جریان دارد. انرژی جنبشی هوا در هنگام عبور از روتور به هوا داده می شود و قسمتی از آن به فشار تبدیل می شود که در شکل نشان داده شده است.
2. محفظه احتراق

در یک چرخه باز، احتراق کارخانه GT ممکن است در یک یا دو محفظه احتراق سیلندر بزرگ (CC) با کانال برای انتقال به توربین ترتیب داده شود. احتراق با یک جرقه الکتریکی آغاز می شود و هنگامی که سوخت شروع به سوختن کرد، شعله باید تثبیت شود.