نیروگاههای تولید برق

[Amir]

اطلاعات اوليه براي احداث نيروگاه بادي بينالود توسط ايستگاه هواشناسيحسين آباد آغاز گرديد و كارهاي مقدماتي آن از سال 74 شروع شد. اطلاعاتبدست آمده از ايستگاه در اختيار مهندسين قرار داده شد و پس از مطالعاتفراوان سر انجام محل فعلي براي احداث انتخاب گرديد.
تونل بادي كه در اين منطقه وجود دارد از امام تقي آغاز و تا كوير سبزوارادامه دارد و محل احداث نيروگاه در دهانه اين تونل است و بيشترين بهرهبرداري را از نيروي باد ميكند.
نكته مهم بعدي پس از انتخاب محل نحوه چيدمان واحدها است تا بتوان حداكثراستفاده را از نيروي باد كرد. از چندين طرح ارائه شده سرانجام چيدمان 10×6انخاب گرديد.
در فاز اول 43 واحد از 60 واحد با يستي به بهره برداري برسد. قدرت هر واحد 660 ولت است. از 43 واحد فوق 5 واحد از خرداد 83 به بهره برداري رسيده ومابقي در حال نصب و راه اندازي است. واحدها با مشاركت ايران و چند كشورخارجي از جمله آلمان و دانمارك به بهره برداري رسيده به طوري كه 60 درصدتوليد داخل و 40 درصد توليد خارج است.
كل برق توليد شده توسط واحها توسط كابل به پست (132/20) برده ميشود و توسط آن به شبكه اصلي منتقل ميگردد.
خروجي هر واحد 600 وتوسط ترانسفورماتورهاي مجزا به 20000 تبديل ميگردد.
در سطح سايتهاي شناخته شده در سطح جهان دو سايت متمايز وجود دارد: سايتآلتامونت پاس كاليفرنيا كه بيش از 7000 توربين دارد و حدود 2 مگا ولتانرژي توليد ميكند و ديگري سايت بينالود. وجه تمايز اين دو سايت در ايناست كه در تابستان بيشتر باد مي آيد و در نتيجه توليدي اين دو سايت درتابستان كه پيك مصرف است پيك توليد هم است.
يك واحد خود از 4 قسمت اصلي تشكيل شده است:
1- امبيدر سيلندر (سيلندر مدنون)
2- برج (تهتاني و فوقاني)
3- نافل (ماشين فونه)
4- نويز كون (دماغه)
ژنراتور نيروگاههاي بادي از نوع آسنكرون ميباشند.
در ژنراتور آسنكرون بر خلاف سنكرون لغزش ميتواند بين 3 تا 5 درصد باشد و در كار ژنراتور اختلالي بوجود نياورد.
ولي نكته مهم در اينجا انژي بسيار متغيير باد است كه دائما در حال تغييراست و متناسب با آن دور تغيير ميكند. لغزش مجاز اين ژنراتورها 10 درصد است.
براي كارآيي بهتر لازم است تا ولتاژ القايي در روتور ثابت نگه داشته شودبراي اين كار از سه مقومت متغيير 1 اهمي استفاده ميشود به طوري كه اينمقومتها روي هر فاز قرار ميگيرند و توسط يك مدار كنترلي بطور اتومات تغييرميكنند.
براي انتقال انرژي باد به ژنراتور از مين گيربكس استفاده ميگردد.
عموما توربين هاي بادي از لحاظ دور به سه دسته تقسيم ميشوند:
1- دور ثابت
2- دور متغيير
3- دو دوره
توربين هاي اين نيروگاه از نوع دور ثابت هستند.
دور پره 28 دور در دقيقه و دور ژنراتور 1600 دور در دقيقه است. گيربكسطوري طراحي گرديده است كه ورودي آن متغيير ولي خروجي آن ثابت باشد.
اگر باد از مقدار معيني بيشتر گردد توليد برق بطور اتومات قطع ميگرددبطوري كه اگر سرعت باد 5 متر در ثانيه باشد توليد شروع ميگردد و در 16 متربر ثانيه توليد حداكثر است و نهايتا در 25 متر در ثانيه توليد بطور اتوماتقطع ميگردد تا به اجزا واحد آسيب نرسد.
البته شرايط بالا با شرط ايزو ميباشند (فشار 1 اتمسفر و دماي 25 درجه) ودر جوي سايت بينالود ( 1550 متر ارتفاع از سطح دريا) فول توليد در سرعت 14متر در ثانيه بدست مي آيد.
شرايط راه اندازي و توليد:
در زمان راه اندازي ژنراتور ابتدا بصورت موتور به را مي افتد و تا زمانيكه سرعت آن به سنكرون برسد ادامه دارد. در اين زمان تغذيه موتور قطعميگردد و به صورت ژنراتور به كار خود ادامه ميدهد.

[Amir]

بهره‌وري از انرژي باد در دهه گذشته، پيشرفت چشمگيري در كشورهاي جهانداشته است. به گونه‌اي كه باور آن دشوار است. به طور نمونه در آغاز دهه 90ميلادي در كشور آلمان، تواني برابر با 20 مگاوات نصب شد و با گذشت اين دههبه 4445 مگاوات رسيد، به سخني ديگر به تواني بيش از دويست برابر بالغ شد. در سرتاسر اروپا همانند اين جهش ديناميكي و شكوفايي در زمينه انرژي باد رامي‌تواند مشاهده كرد.
نمونه ديگر، كشور اسپانيا است كه توان نصب شده آن به بيش از 2000 مگاواترسيده و آن‌گونه كه پيش‌بيني مي‌شود، شايد در چند سال آينده بتواند آلمانرا در اين زمينه پشت‌سر گذارد. شتاب اين گام مديون فن‌آوري بهبود يافته وافزايش نرخ بهره‌وري آن است. تنها با گذشت 10 سال ميزان توان نصب شده هرواحد شش برابر افزايش يافته است. (از 155 كيلووات به 935 كيلووات) ليكنمرز گسترش بالاتري را نمي‌توان براي سالهاي ديگر برآورد كرد. امروزه يكتوربين بادي 5 مگاواتي با قطر پره روتور برابر 100 متر درحوزه فراساحل (Offshore) مقياس تازه‌اي را خواهد داشت. ميزان فروش توربين‌هاي بادي درسال 1999 در آلمان به بيش از 6/1 ميليارد يورو رسيده است.
بر اساس مقررات مناسب كشور آلمان و پشتيباني از گسترش برنامه نصبتوربين‌هاي بادي، پيشرفت در اين زمينه در دهه گذشته شايان ذكر است. كارگاه‌هاي كوچك در «باراندازها» دست به كار ساخت توربين و تجهيزات مربوطبه آن زدند و از اين راه سود سرشاري را نصيب خود كردند. آنها نه تنها ازكمك و ياري برنامه‌هاي دولتي بهره‌ نجستند، بلكه به توسعه و گسترش علمي وفني نيز دست يافتند. در نتيجه اين تلاش به پژوهشهاي كاربردي همراه باموفقيت اقتصادي و ورود به بازار جهاني انرژي را مي‌توان نام برد. پژوهش وبرنامه‌هاي توسعه توربين‌هاي بادي در محدوده مگاواتي، مرهون تلاش دهه 80پژوهشگران است كه به دنبال آن بازاريابي و رقابت آغاز شد ولي نتوانستند بهتوليد انبوه برسند، در آن سالها نيز پيشرفت چنداني در ديگر كشورها محسوسنيست و با وجود برخورداري از كمك‌هاي دولتي نتوانستند به مقام شايسته‌ايدست يابند. براي نمونه كشورهاي فرانسه و انگلستان را نام مي‌بريم كه دراثر محدوديتهاي قانوني، سازندگان و كارخانجات توربين‌هاي بادي چندان رغبتياز خودنشان ندادند. برعكس در كشورهاي آلمان، اسپانيا ودانمارك كه مقرراتبهتري را به تصويب رسانده بودند، تشويق سرمايه‌گذاران و سازندگان را فراهمساختند،‌ جاي شگفتي نيست كه 95 درصد سازندگان توربين‌ بادي در اين سه كشوروجود دارد.

گسترش فن‌آوري توربين بادي
گسترش امروزي توربين‌هاي بادي بر اساس همان روش مربوط به 25 سال پيش است،يعني بر اساس نظريه و عقيده متخصصان فن و سياستگزاري براي ساخت دستگاه‌هايچند مگاواتي بصورت سري‌سازي و توليد انبوه در كشور‌هاي آلمان و دانمارك،ساخت توربين‌هاي 50 كيلوواتي و رقابت در بازار فروش را آغاز كردند. امروزهساخت دستگاه‌هاي 5/1 تا 5/2 مگاواتي در آلمان، امري عادي است و 50 درصدسهم بازار فروش را به خود اختصاص داده است. در حوزه فراساحلي، توان دستگاهتا 5 مگاوات در دست ساخت است.
طرح نخستين توربين بر اساس پيشنهاد سازندگان دانماركي و محدوديت توان ناميتوربين در اثر برخورد هوا و وزش باد به پره‌هاي روتور و وصل مستقيم بهژنراتور آسنكرون به شبكه برق است كه طرحي ساده و كمترين اختلال را در بردارد. شبيه اين طرح در كاليفرنيا نيز به كار رفته است.
با موفقيت در اين طرح، ساخت توربين بادي بدون هيچ گونه تغيير ادامه يافت وامروز در محدوده چند مگاواتي يك نوع فن‌آوري كاربردي به حساب مي‌آيد. باوجود تجربيات منفي و اصول تنظيم پره‌هاي روتور در يكي از توربين‌هاي نصبشده در دانمارك، توانستند قطر پره‌ها در محدوده چند مگاواتي را در حدود 60متر نگه دارند.
در واقع بخش تنظيم پره‌هاي روتور در تاسيسات توربين‌هاي بادي بزرگ تكامليافته به آرامي كاهش يافته است و با دستاوردهاي فني بر آن مسلط شده‌اندزيرا نيمرخ (پروفيل) پره‌ها و زواياي آن و بار ايروديناميكي بر روي آنها،مورد پژوهش و بررسي قرار گرفته‌اند.

گسترش بازاريابي در آلمان، اروپا و ديگر كشورهاي جهان
در ده سال گذشته بازار انرژي باد به طرز بي‌‌سابقه‌اي گسترش يافت به ويژهتعداد توربين‌هاي بادي نصب شده در آلمان را بايد ذكر كرد. در سال 1990 درحدود 30 مگاوات در فدرال آلمان نصب شد و در پايان 1999 به 4500 مگاواترسيد (150 برابر شد). تنها در سال 1999 با 1568 مگاوات بيش از يك سوممجموع توربين‌هاي موجود، نصب شد.
در سال 1999 وزير محيط‌زيست ايالت ساكن سفلي اظهار كرد كه درسال 2000ميلادي هدف حداقل نصب 8000 دستگاه توربين‌ بادي با توان 1000 مگاوات است. در پايان سال 1999 نه تنها به اين هدف نزديك شدند. بلكه با 1204 مگاوات ازمرز خواسته شده گذشتند. به دليل رشد سريع آن با تعداد 2124 دستگاه توربينبادي، فقط در حدود يك چهارم تعداد پيش‌بيني شده، نصب شد. در سال 1999 بيشاز 6/1 ميليارد يورو توربين بادي به فروش رفت و در اين راستا به طورمستقيم و غيرمستقيم بيش از 50000 نفر به كار مشغول شدند. به موازات آلمان،اسپانيا به صورت يك سازنده قوي در زمينه گسترش انرژي بادي شكل گرفت. اكنونبا توان نصب شده اي برابر با 2000 مگاوات ورشد ساليانه‌اي بيش از 1000مگاوات در آينده به عنوان نخستين سازنده توربين بادي توانست‌ جاي خود رابگيرد.

[Amir]

با توجه به گستردگي نقاط مسكوني و كم‌جمعيت و سرعت زياد باد، ساختاري شبيهبه دانمارك و آلمان را به خود اختصاص مي‌دهد. سازندگان محلي، پژوهشگران وكاربران اسپانيايي همگي ساختار يك بازار توليد و مصرف را تشكيل مي‌دهند.
روز به روز كشورهاي بيشتري نسبت به بهره‌برداري از توربين‌هاي باديعلاقه‌مندي نشان مي‌دهند، به گونه‌اي كه تعداد آنها از ارقام پيش‌بيني شدهفزوني مي‌گيرد. در حال حاضر تواني در حدود 45000 مگاوات را مي‌توان برشمردكه بيشترين رقم آن مربوط به اروپا است و براي سال 2004 ميلادي تواني برابربا 35000 مگاوات قابل پيش‌بيني است. امروز در سرتاسر جهان در حدود 13900مگاوات به دليل رشد انرژي بادي در سال 1999 به بيش از 3900 مگاوات رسيد ونسبت به سال 1998 رشدي برابر با 50 درصد را نشان مي‌دهد. بزرگترين سهم آنمربوط به كشورهاي اروپايي با 3200 مگاوات و سهم آلمان برابر با 1600مگاوات مي‌شود. بازارهاي جديد در اروپا و كشور تركيه است ونياز آنها بهنيروگاه جديد در 25 سال آينده به 7000 مگاوات خواهد رسيد. توانمندي بزرگگسترش و توسعه در بهره‌وري از انرژي باد نيز در كشورهاي آمريكاي جنوبي استبراي نمونه كشور برزيل داراي بهترين شرايط با دو شبكه كامل برق به منظوراستفاده گسترده و زمينه‌هاي اقتصادي است. بايد دانست كه در سرتاسر جهان،انرژي باد مراحل اوليه تكامل را طي مي‌كند و در آينده نه تنها در انرژيفسيلي صرفه‌جويي خواهد شد، بلكه محيط‌زيست در برابر مواد زيانبار وآلاينده حفظ مي‌شود و كشورهايي كه نياز مبرمي به برق دارند برق آنها تامينمي‌شود و نيروي انساني بيشتري را به خدمت مي‌گمارد.


شرايط لازم براي تكامل انرژي باد
چنانچه تكامل انرژي باد در تك‌تك كشورها دقيقاً بررسي شود، مي‌توان بهجرات گفت كه براي موفقيت موضوع باد كمتر مورد توجه قرار گرفته تا تصويبقوانين و مقررات دست و پا گير و رعايت تشريفات اداري.
در هر جا كه قوانين شبكه تامين برق مطرح بوده است انرژي باد به گونه جهشيگسترش يافته است (براي نمونه كشورهاي دانمارك، آلمان و اسپانيا) ليكن درجايي كه موضوع برگزاري مناقصه حاكم است به انرژي باد علاقه‌اي نشان دادهنشده و در نتيجه كارخانجات داخلي نتوانستند گسترش يابند و حتي از ساختتجهيزات دست كشيدند (براي نمونه: فرانسه، هلند و انگلستان) شرايط و مقرراتبهره‌وري از انرژي باد در آلمان به گونه بهتري تنظيم شده است. بر اساسقوانين انرژيهاي نو گسترش انرژي باد تضمين شده است (از لحاظ محل ساختتجهيزات مربوطه و محل نصب توربين‌هاي بادي).

[Amir]

تكامل آينده انرژي باد
تكامل آينده انرژي باد مي‌تواند در سه بخش مورد توجه قرار گيرد: نخست فرصتو امكانات گسترش استفاده از انرژي باد در جهان و ديگري نصب توربين‌هايبادي در فراساحل و مهمتر از همه، پژوهش‌هاي لازم در زمينه اين انرژي نو كهدر بهبود اقتصادي كشورها تاثير فراواني دارد.

تكامل در سرتاسر جهان
بازارهايي مانند آلمان، دانمارك، اسپانيا و اخيراً ايالات متحده آمريكا كهدر راستاي بهره‌برداري از انرژي باد گام نهاده‌اند. الگويي براي كشورهايجهان محسوب مي‌شوند. دو نوع انگيزه متفاوت در اين خصوص پيش رور قرار دارد: نخست كاهش آلودگي محيط‌زيست در نيمكره شمالي و ديگري تامين انرژي كشورهايدر حال رشد و كشورهاي جهان سوم كه دشواري تامين سوخت فسيلي را دارند. دركشورهاي صنعتي مي‌توانند شبكه‌هاي برق موجود را با انرژي باد تغذيه كنند،درواقع مصرف‌كننده بايد اين واقعيت را بپذيرد كه در ساعات بعد از اوج مصرفو شبكه‌هايي كه چندان پايدار نيستند، تغذيه انرژي انجام مي‌گيرد ومي‌تواند سريعاً به حد ظرفيت خود برسد.
در بررسي دقيقتر وضعيت داخلي بسياري از كشورها به اين نتيجه منتهي مي‌شودكه تاسيسات كوچك در رده چند كيلوواتي همراه با شبكه برق به دست آمده از يكديزل- ژنراتور هدف مهمتري خواهد بود تا با يك شبكه موازي به پروژه‌هايي ازاين دست، كمتر علاقه‌اي نشان داده مي شود، زيرا نگهداري و سرويس يك يا چنددستگاه ديزل- ژنراتور كوچك در فواصل دور و حاشيه‌اي براي سرمايه‌گذاراندشوار و غيراقتصادي است. تنها در كشورهايي مجموعه توربين بادي همراه بادستگاه ديزل- ژنراتور مقرون به صرفه است كه توربين‌هاي كوچك نصب مي‌شود ونگهداري و سريس ديزل ژنراتور به راحتي امكان‌پذير است و براي ساختدستگاه‌ها رقابت داخلي وجود دارد.

كاربرد تورين بادي در فراساحل
با نصب و بهره‌برداري از توربين‌هاي بادي در ساحل، موضوع نصب آنها درفراساحل نيز مطرح است. در حال حاضر توان هر توربين بادي به 2 مگاوات رسيدهاست كه مي‌تواند در فراساحل داراي معني و مفهوم باشد. برخي از سازندگانبراي ساخت توانهاي 5/2 و 5 مگاوات در تلاش هستند. كشور دانمارك برنامهتوسعه‌اي با 4000 مگاوات براي فراساحل در نظر گرفته است. كه مرحله نخست آندر سالهاي 2001 و 2002 ميلادي تحقق يافته است. در فراساحل درياي شمال ودرياي بالتيك از سوي كشور آلمان توربين‌هاي فراساحل تا 500 مگاواتبرنامه‌ريزي شده است كه تا سال 2006 ميلادي بايد از آنها بهره‌برداري شود. بديهي است با نصب توربين‌هاي بادي مسائل فني نيز پديدار مي‌شود. براينمونه، خورندگي فلزات در اثر مه- نمك دريا، فرسايش در اثر قطرات آب،دشواري نگهداري و سرويس منظم دستگاه و بالاخره رعايت عمر سودمند دستگاه وعمق آب و حركت امواج دريا و انتقال انرژي به خشكي كه بايد به آنها توجهكرد، همچنين موضوع حمل ونقل توربين با قدرتهاي بالا و نصب آنها درفراساحل، برنامه‌ريزي و دقت فراواني را مي‌طلبد. بنابراين افزون بر مسائلكلي درباره توربين‌هاي بادي معمولي، مسائل جديدي نيز براي توربين‌هايفراساحلي بروز مي‌كند كه بايد مورد پژوهش و بررسي واقع شوند.
پژوهش‌هاي امروزي و تكامل توربين‌هاي بادي در آلمان نيازي به كمك‌هايدولتي ندارد، زيرا انرژي باد به مرحله تجاري رسيده است و از اين رو پژوهشدر اين زمينه به سازندگان مربوطه واگذار شده است.
اغلب تحت مقوله پژوهشي در راستاي انرژي باد تنها بهبود تاسيسات انرژي بادمدنظر قرار مي‌گيرد، كه اين ديدگاه نادرست است. زيرا عملاً بسياري ازمسائل حل نشده وجود دارد كه نياز به پاسخ فوري دارد تا ريسك سرمايه‌گذاريرا كاهش دهد. بنابراين پژوهش و گسترش شامل دو بخش اساسي در كاربرد انرژيباد است: يكي فن‌آوري دستگاه و ديگري به كارگيري و بهره‌وري از آن است.
هرگونه پژوهش و تكامل در زمينه انرژي بادي، امروزه توسط سازندگان بي‌وقفهدنبال مي‌شود. موضوع تسلط بر توان بالاي توربين بادي از ديدگاه فني مطرحاست كه بتوانند آنها را به فروش برسانند. دامنه رقابت ميان سازندگان درحال حاضر تنها در ساخت توربين بادي با توان كم است و موضوع كيفيت، دوام يابهينه سازي و به ويژه اقتصادي بودن آن مطرح نيست. يك متر بيشتر قطر پرهروتور و در نتيجه به دست آوردن انرژي ساليانه بيشتر، امروزه در بازار فروشارزش بيشتري از دوام تك‌تك تجهيزات رادارد. اين رقابت در تكامل هنگاميمتوقف خواهد شد كه رشد توان به انتهاي طبيعي خود رسيده باشد. زماني تكاملتوربين در راستاي كاهش قيمت، افزايش دوام و به ويژه افزايش توان به دستآمده نقش اساسي را ايفا مي‌كند تا تفاوت‌هاي مشخصه فرآورده. به سخني ديگر،پژوهش و تكامل براي بهبود تاسيسات انرژي باد در سالهاي آتي هنوز بايدموضوع مهمي راتشكيل دهد تا قابليت رقابت انرژي باد با مقايسه با ديگر موادانرژي‌زا را بهبود بخشد.
اغلب تندبادهاي مدام به تاسيسات انرژي باد آسيب‌ مي‌رسانند و يا از دوامآن به دليل خستگي سريع مواد، مي‌كاهند. براي پيش‌بيني دقيق هوا و وزش بادو پژوهش در اين باره نياز به سرمايه‌گذاري بيشتري دارد.

پرهيز از مواد آلاينده، مدت زمان برگشت هزينه انرژي (سرمايه‌گذاري) بازيافت و كاهش هزينه‌ها
در يك بررسي همه‌جانبه، در سال 2005 يك بحش انرژي باد برابر با 5/4 درصد (21390 گيگاوات ساعت) در تهيه برق در آلمان پيش‌بيني مي‌شود.
مدت‌زمان برگشت هزينه انرژي براي ساخت دستگاه‌هاي انرژي بادي كه در حدود 6تا 10 ماه پيش‌بيني مي‌شود (برحسب وزش باد و نصب آن) بررسيها براي بازيافتيا به كارگيري دستگاه‌هاي انرژي بادي پس از طي عمر مفيد آن نشان داده استكه بيم استفاده مجدد از قطعات پلاستيكي آن (پره‌هاي روتور) و پوشش بيرونيتوربين وجود نداشته و مساله‌اي را ايجاد نمي‌كند.
كاهش هزينه ساخت دستگاه‌هاي انرژي بادي هنوز به مرحله نهايي نرسيده است. در واقع ساخت دستگاه‌ها بصورت انبوه نمي‌تواند تاثير چنداني روي كاهشهزينه‌ها بگذارد (با مقايسه با ساخت خودروها) زيرا تعداد ساخت آن با تعدادخودروها قابل مقايسه نيست.
براي مثال، كاهش هزينه‌ها در اين راستا و افزايش تعداد توربين‌هاي بادي از 100 دستگاه به 1000 دستگاه در سال، رقمي درحدود 15 درصد امكان‌پذير است كهبه سختي تحقق مي‌يابد.
ساخت توربين بادي با توان چندمگاواتي براي 100 دستگاه، امروزه با توانيبرابر با 100 تا 200 مگاوات در سال است و اين تعدادي است كه تنها چندسازنده مي‌توانند در اين حد توليد كنند.
گام بعدي براي 1000 دستگاه در سال، سازندگان امروزي موفق مي‌شوند. زيرابدان معني است كه 1000 مگاوات تا 2000 مگاوات در سال توسط يك كارخانهانجام پذيرد.
تعداد فرآورده توربين‌هاي بادي در سرتاسر جهان در سال 1999 در حدود 4000مگاوات بوده كه توسط 15 سازنده ساخته شده است، يعني به طور ميانگين درحدود 250 مگاوات توسط هر سازنده. كاهش ديگر قيمت مربوط به بهبود دستگاهمي‌شود. امروزه رقابت در ساخت دستگاه‌هاي با توان بالا صورت مي‌گيرد وشايد در آينده كاهش قيمت به 10 تا 20 درصد ديگر برسد.
به دلايل زيست‌محيطي، توربين‌هاي بادي مي‌‌توانند در سالهاي آينده با نيروگاههاي حرارتي رقابت كند.

[Amir]

نیروگاه سیکل ترکیبی

بهنيروگاهي گفته مي‌شود كه در آن هم در توربين گازي و هم در توربين بخارقدرت توليد مي‌شود. فكر چرخه تركيبي به منظور بهبود بازده نيروگاه از طريقبهره‌گيري از انرژي گازهاي خروجي توربين، مطرح شد. اين كار را نيز بهوسيلة بازيافت گرما مي‌توان انجام داد. بازيافت گرما، انرژي هدر رفته ازدودكش را از 70 به 60 درصد انرژي داده شده مي‌رساند. استفاده از مبادله كنگرما منحصراً موجب افزايش بازده مي‌شود و توان خروجي را افزايش نمي‌دهد. در حقيقت، به دليل افت فشار بيشتري كه مبادله كن گرما به چرخه تحميلمي‌كند، استفاده از مبادله كن موجب كاهش نسبت فشار توربين و در نتيجه كاهشتوان خالص خروجي به مقدار چند درصد مي‌شود. صرف نظر از اين كاهش اندك درتوان خروجي، استفاده از مبادله‌كن گرما به دليل سطح تبادل گرماي زياد آن ولوله‌هاي بزرگ هوا و گاز درآن سبب گرانتر شدن نيروگاه مي‌شود. اثر ديگريكه به كارگيري مبادله‌كن گرما مي‌گذارد اين است كه نسبت فشار بهينه‌اي كهمنجر به بيشينه شدن بازده مي‌شود به مقادير كوچكتر ميل مي‌كند و اين امر،توان را كاهش مي‌دهد.
چرخه‌هاي ساده در نزديكي توان بيشينه كار مي‌كنند زيرا در مواردي مورداستفاده قرار مي‌گيرند كه بازده در آنها از اولويت عمده برخوردار نيست. درمقابل، استفاده از چرخه‌هاي بازيابي تنها هنگامي منطقي است كه در نزديكيبازده بيشينه عمل كنند. از اين رو توان خروجي چرخة بازيابي نسبت به توانچرخه ساده به مقدار بيشتري در حدود 10 تا 14 درصد كمتر است.


همانطور كه گفته شده بالا بردن بازده نيروگاه توربين گازي به وسيلةبازيابي روش پرهزينه‌اي است. بنابراين بايد به دنبال روشي بود كه با بهكارگيري آن بتوان هر دو مقدار بازده و توان را افزايش داد. راه حلي كهبراي اين منظور پيدا شده است، استفاده از انرژي بسيار زياد گازهاي خروجيتوربين براي توليد بخار جهت استفاده در يك نيروگاه بخار است. اين يك روشطبيعي است چرا كه توربين گاز يك ماشين با دماي نسبتاً بالا (1100 تا ) وتوربين بخار يك ماشين با دماي نسبتاً پايين (540 تا ) است. اين كاركردتوأم توربين گازي «در طرف گرم» و توربين بخار در «طرف سرد» را نيروگاهچرخه تركيبي مي‌نامند.
چرخه‌هاي تركيبي علاوه بر داشتن بازده و توان بالا، از مزاياي ديگري نيزمانند انعطاف‌پذيري، راه‌انداز سريع، مناسب بودن براي تأمين بار پايه وعملكرد دوره‌اي و بازده بالا در محدود گسترده‌اي از تغييرات بار برخورداراست. در نيروگاههاي تركيبي امكان استفاده از زغال سنگ، سوختهاي سنتزي وانواع ديگر سوختها وجود دارد.
عيب بارز چرخه تركيبي، پيچيدگي آن است، زيرا اساساً در چرخه تركيبي از دو نوع تكنولوژي متفاوت استفاده مي‌شود.
ايده چرخ تركيبي يك ايدة تازه نيست ودر اوايل اين قرن پيشنهاد شد. اما درسال 1950 بود كه اولين نيروگاه تركيبي ساخته شد. بعداز آن تاريخ تعدادنيروگاههاي تركيبي نصف شده، به ويژه در دهة 1970، به سرعت افزايش يافت،تخمين زده مي‌شود كه تا انتهاي دهة 1970 در حدود 100 واحد نيرواه تركيبيبا ظرفيت كل MW150000 در سراسر جهان ساخته شود.
چرخه‌هاي تركيبي به صورت‌هاي متعددي پيشنهاد شده‌اند كه مهمترين آنها عبارتند از:
1) ديگ بازيافت گرما با احتراق اضافي يا بدون آن
2) ديگ بازيافت گرما مجهز به بازيابي و يا گرمايش آب تغذيه
3) ديگ بازيافت گرما با فشار بخارچندگانه
4) چرخه بسته توربين گازي با گرمايش آب تغذيه در چرخة بخار
در اين تحقيق، چرخه‌هاي تركيبي بسته توربين گازي با گرمايش آب تغذيه درچرخه بخار توضيح داده شده است. در اين تحقيق كه شامل دو قسمت كلي است، درابتدا طرح كلي چرخة تركيبي (سيكل تركيبي) به صورت كلي مورد بحث قرار گرفتهو در قسمت دوم، نحوة كاركرد دقيق و انواع مختلف قسمت‌هاي چرخه به صورتجداگانه مطرح گرديده است.
مصرف گاز با ارزش گرمايي پايين به عنوان سوخت در نيروگاهي كه براي توليدبرق از چرخة تركيبي استفاده مي‌كند، يكي از موارد كاربرد جالب اين نوعسوخت به شمار مي‌رود. چرخة تركيبي به چرخه‌اي گفته مي‌شود كه در دماي منبعگرم از توربين گازي و در دماي منبع سرد از توربين بخار استفاده مي‌كند.
دستگاه تهيه گاز با ارزش گرمايي پايين، بسته به نوع فرايند مورد استفاده،در فشارها و دماهاي متعددي عمل مي‌كند. كاركرد بعضي از اين دستگاهها درفشار حداكثر تا Mpa5/3 و دماهاي خروجي 540 تا 1100 صورت مي‌گيرد. به طوريكه قبلاً اشاره شد، گاز خروجي بايد جهت تصفيه و پاكسازي خنك شود. در حالتعادي اين خنك شدن، با مقدار زيادي اتلاف انرژي و دفع آن به محيط همراهاست. مزيت چرخة تركيبي در اين است كه از فشار زيادي واحد تهية گازبهره‌گيري مي‌كند و به كمك يك مبادله‌كن گرماي گاز به گاز تا حد زياديمانع اتلاف انرژي و دفع آن به محيط مي‌شود.

در يك طرح پيشنهادي (33) گازي كه واحد تهية گاز را در نقطة 1 ودر دمايحدود 540 و فشار Mpa2 ترك مي‌كند، مقداري از گرماي خود را در يك مبادله‌كنگرماي بازيابي از دست مي‌دهد و در نقطة 2 آن را ترك مي‌كند و سپس در يكمبادله‌كن گرماي خارجي تا دماي پايين‌تر نقطة 3 به حدي خنك مي‌شد كه دمايآن براي فرايندهاي تصفيه و پاكسازي در فاصلة مراحل 3 تا 4 سازگار باشدآنگاه، گاز گرماي دفع شده به مبادله‌كن گرماي بازيابي را بازپس مي‌گيرد وآن را در 5 ترك ميكند. سپس اين گاز وارد اتاق احتراق توربين گازي مي‌شود ودر آنجا با هواي متراكمي كه از كمپرسور مي‌آيد مخلوط مي‌شود و آن را درنقطة 6 و با دماي حدود 980 ترك مي‌كند. بعداً در توربين گاز انبساطمي‌يابد و در نقطة 7 و با دماي حدود 520 از آن خارج مي‌شود. آنگاه گازوارد يك مولد بخار بازيابي مي‌شود و پس از توليد بخار، مولد را در نقطة 8و با دمايي در حدود 125 ترك مي‌كند و وارد دودكش مي‌شود.
توربين گاز، يكي از دو مولد برق و كمپرسور را تغذيه مي‌كند. كمپرسور هوايجو را در نقطة 9 و با دماي حدود 15 دريافت وآن را تا دماي 315 متراكممي‌كند. كمپرسور دو وظيفه بر عهده دارد: اول تأمين هواي احتراق مورد نيازاتاق احتراق در 10، و دوم تأمين هواي مورد نياز واحد تهية گاز در 11 هوايواحد تهية گاز، قبلاً در گرمكن آب تغذيه چرخة بخار تا دماي 12 خنك مي‌شود،سپس فشار آن در يك كمپرسور تقويتي كه با موتور الكتريكي كار مي‌كند تافشار واحد تهية گاز در 13 افزايش يابد. واحد تهية گاز طوري طرح مي‌شود كهبخار مورد نياز خود را از آب تغذيه در 14 تأمين مي‌كند. زغال در نقطة 15با مخلوط هوا و بخار وارد واكنش مي‌شود و گاز با ارزش گرمايي پايين را در 1 توليد مي‌كند.
چرخة بخار نسبتاً استاندارد است. بخار فوق گرم در مولد بخار بازيابي درفشار Mpa2 و دماي 480 در نقطة 16 توليد مي‌شود، سپس در توربين بخار انبساطمي‌يابد و توربين بخار مولد دوم را راه‌اندازي مي‌كند، و سرانجام در 17 بهچگالنده وارد مي‌شود. مايع در 18 وارد پمپ مي‌شود و پس از خروج از آن در 19 وارد گرمكن آب تغذيه مي‌شود و در آنجا از هواي متراكم واحد تهيه گازگرما مي‌كند. دراين طرح از بخار زيركش شدة توربين بخار استفاده‌اي به عملنمي‌آيد، هرچند كه چنين گرمايش آب تغذيه‌اي را مي‌توان به كار برد. آبتغذيه در 20 وارد مولد بخار بازيابي مي‌شود و به اين ترتيب دارای یک چرخه کامل است

[Amir]

برق هسته اي
انرژی هسته ای از عمده ترین مباحث علوم و تکنولوژی هسته ای است و هم اکنوننقش عمده ای را در تأمین انرژی کشورهای مختلف خصوصا کشورهای پیشرفته دارد. اهمیت انرژی و منابع مختلف تهیه آن، در حال حاضر جزء رویکردهای اصلیدولتها قرار دارد. به عبارت بهتر، از مسائل مهم هر کشور در جهت توسعهاقتصادی و اجتماعی بررسی ، اصلاح و استفاده بهینه از منابع موجود انرژی درآن کشور است. امروزه بحرانهای سیاسی و اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیتذخایر فسیلی، نگرانیهای زیست محیطی، ازدیاد جمعیت، رشد اقتصادی ، همگیمباحث جهان شمولی هستند که با گستردگی تمام فکر اندیشمندان را در یافتنراهکارهای مناسب در حل معظلات انرژی در جهان به خود مشغول داشته اند.
در حال حاضر اغلب ممالک جهان به نقش و اهمیت منابع مختلف انرژی در تأمیننیازهای حال و آینده پی برده و سرمایه گذاریها و تحقیقات وسیعی را در جهتسیاستگذاری، استراتژی و برنامه های زیربنایی و اصولی انجام می دهند. هماکنون تدوین استراتژی که مرکب از بررسی تمامی پارامترهای تأثیر گذار درانرژی و تعیین راهکارهای مناسب جهت تمیزتر و کارا ترنمودن انرژی و الگویبهینه مصرف آن می باشد، در رأس برنامه های زیربنایی اکثر کشورهای جهانقرار دارد. در میان حاملهای مختلف انرژی،انرژی هسته ای جایگاه ویژه ایدارد. هم اکنون بیش از 430 نیروگاه هسته ای در جهان فعال می باشند و انرژیبرخی کشورها مانند فرانسه عمدتا از برق هسته ای تأمین می شود.
جمهوری اسلامی ایران بیش از سه دهه است که تحقیقات متنوعی را در زمینه هایمختلف علوم و تکنولوژی هسته ای انجام داده و براساس استراتژی خود، مصمم بهایجاد نیروگاههای هسته ای به ظرفیت کل 6000 مگاوات تا سال 1400 هجری شمسیمی باشد. در این زمینه، جمهوری اسلامی ایران در نشست گذشته آژانس بینالمللی انرژی اتمی، تمایل خود را نسبت به همکاری تمامی کشورهای جهان جهتایجاد این نیروگاهها و تهیه سوخت مربوطه رسما اعلام نموده است.
کاربردهای علوم و تکنولوژی هسته ای
علیرغم پیشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته ای در طول نیم قرن گذشته، هنوزاین تکنولوژی در اذهان عمومی ناشناخته مانده است. وقتی صحبت از انرژی اتمیبه میان می آید، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمی و یاراکتورهای اتمی برای تولید برق را در ذهن خود مجسم می کنند و کمتر کسی رامی توان یافت که بداند چگونه جنبه های دیگری از علوم هسته ای در طول نیمقرن گذشته زندگی روزمره او را دچار تحول نموده است. اما حقیقت در این استکه در طول این مدت در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران و مهندسین هسته ای، اینتکنولوژی نقش مهمی را در ارتقاء سطح زندگی مردم، رشد صنعت و کشاورزی وارائه خدمات پزشکی ایفاء نموده است. موارد زیر از مهمترین استفاده های صلحآمیز از علوم و تکنولوژی هسته ای می باشند:
1- استفاده از انرژی حاصل از فرآیند شکافت هسته اورانیوم یا پلوتونیوم در راکتورهای اتمی جهت تولید برق و یا شیرین کردن آب دریاها.
2-استفاده از رادیوایزوتوپها در پزشکی، صنعت و کشاورزی
3- استفاده از پرتوهای ناشی از فرآیندهای هسته ای در پزشکی، صنعت و کشاورزی
برق هسته ای
از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتورهای هسته ایجهت تولید برق می باشد. راکتورهسته ای وسیله ای است که در آن فرایند شکافتهسته ای بصورت کنترل شده انجام می گیرد. در طی این فرایند انرژی زیاد آزادمی گردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادلبیش از 1500 تن زغال سنگ بدست می آید. هم اکنون در سراسر جهان، راکتورهایمتعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و بهمنظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی، پاره ای برای راندن کشتیها وزیردریائیها، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونههایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می گیرند. درراکتورهای هسته ای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شده اند (راکتورهایقدرت)، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته می شوند و انرژیآزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برایچرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته می شوند.
راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده، کند کننده، نوع و درجه غنایسوخت در آن طبقه بندی می کنند. معروفترین راکتورهای اتمی، راکتورهاییهستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده(2تا 4 درصد اورانیوم 235) به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورهاعموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک(lwr ) شناخته می شوند. راکتورهای wwer,bwr,pwr از این دسته اند. نوع دیگر، راکتورهایی هستند که از گاز بهعنوان خنک کننده، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنیشده به عنوان سوخت استفاده می کنند. این راکتورها به گاز- گرافیت معروفند. راکتورهای htgr,agr,gcr از این نوع می باشند. راکتور phwr راکتوری است کهاز آب سنگین به عنوان کندکننده و خنک کننده و از اورانیوم طبیعی به عنوانسوخت استفاده می کند. نوع کانادایی این راکتور به candu موسوم بوده و ازکارایی خوبی برخوردار می باشد. مابقی راکتورها مثل fbr (راکتوری که ازمخلوط اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سوخت و سدیم مایع به عنوان خنک کنندهاستفاده کرده و فاقد کند کننده می باشد) lwgr(راکتوری که از آب سبک بهعنوان خنک کننده و از گرافیت به عنوان کند کننده استفاده می کند) ازفراوانی کمتری برخوردار می باشند. در حال حاضر، راکتورهای pwr و پس از آنبه ترتیب phwr,wwer,bwr فراوانترین راکتورهای قدرت در حال کار جهان میباشند.
به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" وبه منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی واستخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمیpwr را تشکیل داد. سپس شرکتجنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع bwr گردید. اما اولینراکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت، تولیدالکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستانآغاز گردید. تا سال 1965 روند ساخت نیروگاههای اتمی از رشد محدودیبرخوردار بود اما طی دو دهه 1966 تا 1985 جهش زیادی در ساخت نیروگاههایاتمی بوجود آمده است. این جهش طی سالهای 1972 تا 1976 که بطور متوسط هرسال 30 نیروگاه شروع به ساخت می کردند بسیار زیاد و قابل توجه است. یکدلیل آن شوک نفتی اوایل دهه 1970 می باشد که کشورهای مختلف را برآن داشتتا جهت تأمین انرژی مورد نیاز خود بطور زاید الوصفی به انرژی هسته ای رویآورند. پس از دوره جهش فوق یعنی از سال 1986 تاکنون روند ساخت نیروگاههابه شدت کاهش یافته بطوریکه بطور متوسط سالیانه 4 راکتور اتمی شروع به ساختمی شوند.
کشورهای مختلف در تولید برق هسته ای روند گوناگونی داشته اند. به عنوانمثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس ازآن تاریخ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکابه اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمیداشت در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. اینمسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برقهسته ای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در امریکا کاملا قابلرقابت می باشد. هم اکنون فرانسه با داشتن سهم 75 درصدی برق هسته ای از کلتولید برق خود درصدر کشورهای جهان قرار دارد. پس از آن به ترتیبلیتوانی(73درصد)، بلژیک(57درصد)، بلغارستان و اسلواکی(47درصد) و سوئد (8/46درصد) می باشند. آمریکا نیز حدود 20 درصد از تولید برق خود را به برقهسته ای اختصاص داده است