ریپورتر
9th November 2008, 10:17 AM
http://www.chp.ir/WhatCHP.gif
توليد همزمان برق و گرما يا به اختصار توليد همزمان(CHP) عبارت است از توليد همزمان و توام ترموديناميكي دو يا چند شكل انرژي از يك منبع ساده اوليه.
http://www.chp.ir/4802-2001.gif
معمولاً در مولدهاي قدرت امروزي، از سوزاندن سوختهاي فسيلي و گرماي حاصله براي توليد قدرت محوري و سپس تبديل آن به انرژي الكتريسيته استفاده مي*****شود. متداولترين اين سيستمها نيروگاههاي عظيم برق مي*****باشند. در نيروگاههاي حرارتي كه سهم عمده*****اي در تأمين نياز الكتريسيته جوامع مختلف دارند، بطور متوسط تنها يك سوم انرژي سوخت ورودي به انرژي مفيد الكتريسيته تبديل مي*****شود. در كشور ما بازده معمول نيروگاههاي حرارتي چيزي در حدود 25% است. در اين نيروگاهها
مقدار زيادي انرژي حرارتي از طرق مختلف مانند كندانسور، ديگ بخار، برج خنك كن، پمپمها و سيستم لوله كشي موجود در تأسيسات و .... بهدر مي*****رود. از اين گذشته در شبكه*****هاي انتقال برق نيز در كشور ما حدود 15% از انرژي الكتريسيته توليدي تلف مي*****شود كه اگر توليد برق در محل مصرف صورت بگيرد، عملاً اين مقدار اتلاف وجود نخواهد داشت.
استفاده هر چه بيشتر از گرماي آزاد شده در حين فرايند سوختن سوخت باعث افزايش بازده انرژي و كاهش مصرف سوخت و در نتيجه كاهش هزينه*****هاي مربوط به تأمين انرژي اوليه مي*****گردد.
از گرماي اتلافي بازيافت شده از اين سيستمها مي*****توان براي مصارف گرمايشي، سرمايشي و بسياري از فرآيندهاي صنعتي استفاده نمود. توليد همزمان برق و گرما، مي*****تواند علاوه بر افزايش بازده و كاهش مصرف سوخت، باعث كاهش انتشار گازهاي آلاينده نيز گردد. در CHP از انرژي گرمايي توليد شده در فرآيند توليد قدرت به عنوان منبع انرژي استفاده مي*****شود. مصرف كنندگاني كه به مقدار انرژي گرمايي زيادي در طول روز نياز دارند، مانند صنايع توليدي، بيمارستانها، ساختمانها و دفاتر بزرگ، خشكشويي*****ها و …، مي*****توانند براي كاهش هزينه*****هاي خود به نحو مطلوبي از CHP بهره ببرند. در شكل1 مقايسه*****اي ميان توليد همزمان و توليد جداگانه برق و گرما از نقطه نظر بازده براساس مقادير نوعي ارائه شده است.
http://www.chp.ir/diag-01.gif
تاريخچه
توليد همزمان در اواخر 1880 در اروپا و امريكا پديد آمد. در اوايل قرن بيستم اغلب كارخانجات صنعتي، برق مورد نياز خود را با استفاده از ديگهاي ذغال سوز و ژنراتورهاي توربين بخار توليد مي*****كردند. از طرفي در بسياري از اين كارخانجات بخار داغ خروجي در فرآيندهاي صنعتي بكار گرفته مي*****شد، بطوري كه در اوايل 1900 در آمريكا، حدود 58% از كل توان توليد شده توسط نيروگاههاي صنعتي در محل، به شكل توليد همزمان بوده است.
هنگامي كه نيروگاههاي برق مركزي و شبكه*****هاي قابل اطمينان برق ساخته شدند، هزينه*****هاي توليد و تحويل برق پايين بود و بسياري از كارخانجات صنعتي شروع به خريداري برق از اين شبكه*****ها نمودند و توليد برق خودشان را متوقف كردند.
شكل1 مقايسه بازده انرژي در سيستم توليد توان متداول با يك سيستم توليد همزمان نوعي به ازاي توليد مقدار مشخصي انرژي الكتريسيته و گرما
در نتيجه استفاده از توليد همزمان كه 15% از مجموع ظرفيت الكتريسيته توليدي امريكا در سال 1950 را به خود اختصاص داده بود، در سال 1974 به 5% كاهش يافت. ساير عواملي كه در كاهش استفاده توليد همزمان دخيل بودند عبارتند از: قانونمند شدن توليد برق، سهم اندك هزينه*****هاي خريد برق از شبكه در مجموع هزينه*****هاي جاري كارخانه*****ها، پيشرفت تكنولوژيهايي نظير ديگهاي بخار نيروگاهي، فراهم بودن سوختهاي مايع و گازي در پايين*****ترين قيمت***** و نبود يا كمبود محدوديت*****هاي زيست محيطي.
در سال 1973 بعد از افزايش هنگفت در هزينه*****هاي سوخت و متعاقب آن بروز بحران انرژي در اغلب كشورهاي جهان روند مذكور در توليد همزمان به صورت معكوس شروع شد. در اثر كاهش منابع سوخت فسيلي و افزايش قيمتها، اين سيستمها كه داراي بازده انرژي بالاتري بودند، بسيار مورد توجه قرار گرفتند.
توليد همزمان علاوه بر كاهش مصرف سوخت، گازهاي آلاينده را نيزكاهش مي*****دهد. به همين دلايل، دول اروپايي، آمريكا و ژاپن اقداماتي در زمينه افزايش استفاده از توليد همزمان انجام دادند. در سالهاي اخير نيز توليد همزمان نه تنها در صنعت بلكه در ساير بخشها توسعه يافته است. در 25 سال اخير انجام پروژه*****هاي تحقيق و توسعه، به پيشرفتهاي مهم تكنولوژي نظير فناوري پيل سوختي منجر شده است. پيلهاي سوختي امروزه به عنوان يكي از سيستمهاي نو ظهور در CHP به خوبي شناخته شده*****اند و انتظار مي*****رود در آينده*****اي نزديك به توليد تجاري برسد.
http://www.chp.ir/CHP-Process.jpg
فرايند توليد همزمان برق و گرما
يك سيستم CHP از اجزاي مختلفي تشكيل شده است: مولد قدرت اوليه (Prime mover)، مبدلهاي حرارتي بازيافت گرما، ژنراتور، لوله*****ها و اتصالات و ساير تجهيزات جانبي از قبيل پمپها، عايق*****بندي*****ها و .... . همچنين در سيستمهايي كه از گرماي بازيافت شده جهت مصارف سرمايشي نيز استفاده شود، از يك چيلر تراكمي يا جذبي نيز در كنار ساير تجهيزات استفاده مي*****شود. در شكل زير شماتيك يك سيستم توليد همزمان توربين گاز كه براي مصارف سرمايشي نيز مورد استفاده قرار مي*****گيرد نشان داده شده است. به اين فبيل سيستمها كه به طور همزمان برق، گرما و سرما توليد مي*****شود، اصطلاحاً Trigeneration يا CCHP گفته مي*****شود.
شكل2 شماتيك يك سيستم CHP با مولد توربين گاز. به اين سيستم كه به طور همزمان سرمايش نيز توليد مي*****كند، Trigeneration يا CCHP نيز مي*****گويند.
مولد قدرت اوليه در سيستمهاي CHP معمولاً موتورهاي احتراقي، توربين گاز، ميكروتوربين و پيل سوختي است. كيفيت گرماي خروجي از هر يك از اين فناوريها متفاوت بوده و بسته به كاربردهاي مختلف و نياز گرمايشي مي*****توان يكي از اين فناوريها را بكار برد. از نظر هزينه نصب و راه*****اندازي امروزه موتورهاي احتراقي پايين*****ترين قيمت را دارند و سيستمهاي پيل سوختي با توجه به آنكه هنوز به مرحله تجاري شدن نرسيده*****اند، لذا هزينه نصب اوليه آنها بالاترين است.
مزاياي CHP
1- افزايش بازده انرژي
در سيستمهاي CHP بازده انرژي به طور قابل ملاحظه*****اي افزايش مي*****يابد. در سيستمهاي متداول امروزي معمولاً از كل انرژي ورودي به سيستم تنها يك پنجم يعني معادل 20% به انرژي مفيد تبديل مي*****شود. البته بازده ترموديناميكي نيروگاههاي سيكل تركيبي پيشرفته تا حدود زيادي افزايش يافته و به 40 تا 50% مي*****رسد. با اين حال تلفات زيادي در خطوط انتقال نيرو و مصارف داخلي نيروگاهها وجود دارد كه تقريباً اجتناب ناپذير است.
ولي در سيستمهاي CHP حدود چهار پنجم انرژي ورودي به انرژي مفيد تبديل مي*****شود. چنانچه از سيستمهاي نوظهوري مانند پيل سوختي استفاده شود بازده انرژي تا حد 90% افزايش مي*****يابد. بازده انرژي يكي از مهمترين مزاياي CHP در كاربردهاي صنعتي آن است.
2- كاهش هزينه*****هاي تأمين انرژي اوليه براي مصرف كننده
در CHP از آنجايي كه انرژي اوليه مصرفي (برق و گرما)*****از طريق يك سيستم واحد با ورودي سوخت معين تأمين مي*****گردد، لذا هزينه*****هاي تأمين انرژي به طور قابل ملاحظه*****اي از سيستمهاي امروزي كمتر است. در سيستمهاي متداول كه برق و گرما به صورت جداگانه تأمين مي*****شود، مصرف كننده مجبور است برق مورد نياز خود را از طريق شبكه*****هاي محلي خريداري كند و از سوي ديگر براي مصارف گرمايشي خود نيز بايد گاز طبيعي يا سوختهاي فسيلي ديگر را به طور جداگانه خريداري نمايد. ولي در سيستمهاي CHP مصرف كننده از شبكه برق مستقل شده و از سوي ديگر چون از محتواي انرژي سوخت ورودي در حد بالايي استفاده مي*****شود لذا هزينه*****هاي مربوطه بسيار كاهش مي*****يابد.
3- تأمين انرژي الكتريسيته با كيفيت بسيار بالاتر
در سيستمهاي CHP معمولاً از يك Converter در خروجي ژنراتور براي تبديل برق DC به AC استفاده مي*****شود. خروجي اين Converter بسيار يكنواخت و بدون نوسان ولتاژ يا فركانس مي*****باشد. از سوي ديگر مولدهاي CHP داراي تكنولوژي بسيار پيشرفته*****تري نسبت به سيستمهاي متداول هستند و برق را با يكنواختي بسيار بيشتري توليد مي*****كنند. در مولدهايي نظير پيل سوختي كيفيت برق خروجي در حد بسيار بالاتري قرار دارد.
از اين گذشته برقي كه از شبكه*****هاي محلي خريداري مي*****شود داراي نوسان ولتاژ و افت فركانسي بسيار زيادي خصوصاً در نقاط انتهايي شبكه است كه اين مي*****تواند آسيبهاي جدي به دستگاهها و تجهيزات برقي وارد آورد. همچنين مقدار زيادي از انرژي الكتريسيته از طريق خطوط انتقال نيرو به هدر مي*****رود كه در سيستمهاي CHP چون برق در محل مصرف توليد مي*****شود، عملاً اين بخش از تلفات صفر مي*****باشد.
4- امكان فروش برق توليد شده اضافي به شبكه
در سيستمهاي CHP مصرف كنندگان قادر خواهند بود علاوه بر تأمين نيازهاي الكتريسيته خود در ساعات اوج مصرف، برق توليدي ااضافي خود را به شبكه*****هاي محلي بفروشند.
توليد همزمان برق و گرما يا به اختصار توليد همزمان(CHP) عبارت است از توليد همزمان و توام ترموديناميكي دو يا چند شكل انرژي از يك منبع ساده اوليه.
http://www.chp.ir/4802-2001.gif
معمولاً در مولدهاي قدرت امروزي، از سوزاندن سوختهاي فسيلي و گرماي حاصله براي توليد قدرت محوري و سپس تبديل آن به انرژي الكتريسيته استفاده مي*****شود. متداولترين اين سيستمها نيروگاههاي عظيم برق مي*****باشند. در نيروگاههاي حرارتي كه سهم عمده*****اي در تأمين نياز الكتريسيته جوامع مختلف دارند، بطور متوسط تنها يك سوم انرژي سوخت ورودي به انرژي مفيد الكتريسيته تبديل مي*****شود. در كشور ما بازده معمول نيروگاههاي حرارتي چيزي در حدود 25% است. در اين نيروگاهها
مقدار زيادي انرژي حرارتي از طرق مختلف مانند كندانسور، ديگ بخار، برج خنك كن، پمپمها و سيستم لوله كشي موجود در تأسيسات و .... بهدر مي*****رود. از اين گذشته در شبكه*****هاي انتقال برق نيز در كشور ما حدود 15% از انرژي الكتريسيته توليدي تلف مي*****شود كه اگر توليد برق در محل مصرف صورت بگيرد، عملاً اين مقدار اتلاف وجود نخواهد داشت.
استفاده هر چه بيشتر از گرماي آزاد شده در حين فرايند سوختن سوخت باعث افزايش بازده انرژي و كاهش مصرف سوخت و در نتيجه كاهش هزينه*****هاي مربوط به تأمين انرژي اوليه مي*****گردد.
از گرماي اتلافي بازيافت شده از اين سيستمها مي*****توان براي مصارف گرمايشي، سرمايشي و بسياري از فرآيندهاي صنعتي استفاده نمود. توليد همزمان برق و گرما، مي*****تواند علاوه بر افزايش بازده و كاهش مصرف سوخت، باعث كاهش انتشار گازهاي آلاينده نيز گردد. در CHP از انرژي گرمايي توليد شده در فرآيند توليد قدرت به عنوان منبع انرژي استفاده مي*****شود. مصرف كنندگاني كه به مقدار انرژي گرمايي زيادي در طول روز نياز دارند، مانند صنايع توليدي، بيمارستانها، ساختمانها و دفاتر بزرگ، خشكشويي*****ها و …، مي*****توانند براي كاهش هزينه*****هاي خود به نحو مطلوبي از CHP بهره ببرند. در شكل1 مقايسه*****اي ميان توليد همزمان و توليد جداگانه برق و گرما از نقطه نظر بازده براساس مقادير نوعي ارائه شده است.
http://www.chp.ir/diag-01.gif
تاريخچه
توليد همزمان در اواخر 1880 در اروپا و امريكا پديد آمد. در اوايل قرن بيستم اغلب كارخانجات صنعتي، برق مورد نياز خود را با استفاده از ديگهاي ذغال سوز و ژنراتورهاي توربين بخار توليد مي*****كردند. از طرفي در بسياري از اين كارخانجات بخار داغ خروجي در فرآيندهاي صنعتي بكار گرفته مي*****شد، بطوري كه در اوايل 1900 در آمريكا، حدود 58% از كل توان توليد شده توسط نيروگاههاي صنعتي در محل، به شكل توليد همزمان بوده است.
هنگامي كه نيروگاههاي برق مركزي و شبكه*****هاي قابل اطمينان برق ساخته شدند، هزينه*****هاي توليد و تحويل برق پايين بود و بسياري از كارخانجات صنعتي شروع به خريداري برق از اين شبكه*****ها نمودند و توليد برق خودشان را متوقف كردند.
شكل1 مقايسه بازده انرژي در سيستم توليد توان متداول با يك سيستم توليد همزمان نوعي به ازاي توليد مقدار مشخصي انرژي الكتريسيته و گرما
در نتيجه استفاده از توليد همزمان كه 15% از مجموع ظرفيت الكتريسيته توليدي امريكا در سال 1950 را به خود اختصاص داده بود، در سال 1974 به 5% كاهش يافت. ساير عواملي كه در كاهش استفاده توليد همزمان دخيل بودند عبارتند از: قانونمند شدن توليد برق، سهم اندك هزينه*****هاي خريد برق از شبكه در مجموع هزينه*****هاي جاري كارخانه*****ها، پيشرفت تكنولوژيهايي نظير ديگهاي بخار نيروگاهي، فراهم بودن سوختهاي مايع و گازي در پايين*****ترين قيمت***** و نبود يا كمبود محدوديت*****هاي زيست محيطي.
در سال 1973 بعد از افزايش هنگفت در هزينه*****هاي سوخت و متعاقب آن بروز بحران انرژي در اغلب كشورهاي جهان روند مذكور در توليد همزمان به صورت معكوس شروع شد. در اثر كاهش منابع سوخت فسيلي و افزايش قيمتها، اين سيستمها كه داراي بازده انرژي بالاتري بودند، بسيار مورد توجه قرار گرفتند.
توليد همزمان علاوه بر كاهش مصرف سوخت، گازهاي آلاينده را نيزكاهش مي*****دهد. به همين دلايل، دول اروپايي، آمريكا و ژاپن اقداماتي در زمينه افزايش استفاده از توليد همزمان انجام دادند. در سالهاي اخير نيز توليد همزمان نه تنها در صنعت بلكه در ساير بخشها توسعه يافته است. در 25 سال اخير انجام پروژه*****هاي تحقيق و توسعه، به پيشرفتهاي مهم تكنولوژي نظير فناوري پيل سوختي منجر شده است. پيلهاي سوختي امروزه به عنوان يكي از سيستمهاي نو ظهور در CHP به خوبي شناخته شده*****اند و انتظار مي*****رود در آينده*****اي نزديك به توليد تجاري برسد.
http://www.chp.ir/CHP-Process.jpg
فرايند توليد همزمان برق و گرما
يك سيستم CHP از اجزاي مختلفي تشكيل شده است: مولد قدرت اوليه (Prime mover)، مبدلهاي حرارتي بازيافت گرما، ژنراتور، لوله*****ها و اتصالات و ساير تجهيزات جانبي از قبيل پمپها، عايق*****بندي*****ها و .... . همچنين در سيستمهايي كه از گرماي بازيافت شده جهت مصارف سرمايشي نيز استفاده شود، از يك چيلر تراكمي يا جذبي نيز در كنار ساير تجهيزات استفاده مي*****شود. در شكل زير شماتيك يك سيستم توليد همزمان توربين گاز كه براي مصارف سرمايشي نيز مورد استفاده قرار مي*****گيرد نشان داده شده است. به اين فبيل سيستمها كه به طور همزمان برق، گرما و سرما توليد مي*****شود، اصطلاحاً Trigeneration يا CCHP گفته مي*****شود.
شكل2 شماتيك يك سيستم CHP با مولد توربين گاز. به اين سيستم كه به طور همزمان سرمايش نيز توليد مي*****كند، Trigeneration يا CCHP نيز مي*****گويند.
مولد قدرت اوليه در سيستمهاي CHP معمولاً موتورهاي احتراقي، توربين گاز، ميكروتوربين و پيل سوختي است. كيفيت گرماي خروجي از هر يك از اين فناوريها متفاوت بوده و بسته به كاربردهاي مختلف و نياز گرمايشي مي*****توان يكي از اين فناوريها را بكار برد. از نظر هزينه نصب و راه*****اندازي امروزه موتورهاي احتراقي پايين*****ترين قيمت را دارند و سيستمهاي پيل سوختي با توجه به آنكه هنوز به مرحله تجاري شدن نرسيده*****اند، لذا هزينه نصب اوليه آنها بالاترين است.
مزاياي CHP
1- افزايش بازده انرژي
در سيستمهاي CHP بازده انرژي به طور قابل ملاحظه*****اي افزايش مي*****يابد. در سيستمهاي متداول امروزي معمولاً از كل انرژي ورودي به سيستم تنها يك پنجم يعني معادل 20% به انرژي مفيد تبديل مي*****شود. البته بازده ترموديناميكي نيروگاههاي سيكل تركيبي پيشرفته تا حدود زيادي افزايش يافته و به 40 تا 50% مي*****رسد. با اين حال تلفات زيادي در خطوط انتقال نيرو و مصارف داخلي نيروگاهها وجود دارد كه تقريباً اجتناب ناپذير است.
ولي در سيستمهاي CHP حدود چهار پنجم انرژي ورودي به انرژي مفيد تبديل مي*****شود. چنانچه از سيستمهاي نوظهوري مانند پيل سوختي استفاده شود بازده انرژي تا حد 90% افزايش مي*****يابد. بازده انرژي يكي از مهمترين مزاياي CHP در كاربردهاي صنعتي آن است.
2- كاهش هزينه*****هاي تأمين انرژي اوليه براي مصرف كننده
در CHP از آنجايي كه انرژي اوليه مصرفي (برق و گرما)*****از طريق يك سيستم واحد با ورودي سوخت معين تأمين مي*****گردد، لذا هزينه*****هاي تأمين انرژي به طور قابل ملاحظه*****اي از سيستمهاي امروزي كمتر است. در سيستمهاي متداول كه برق و گرما به صورت جداگانه تأمين مي*****شود، مصرف كننده مجبور است برق مورد نياز خود را از طريق شبكه*****هاي محلي خريداري كند و از سوي ديگر براي مصارف گرمايشي خود نيز بايد گاز طبيعي يا سوختهاي فسيلي ديگر را به طور جداگانه خريداري نمايد. ولي در سيستمهاي CHP مصرف كننده از شبكه برق مستقل شده و از سوي ديگر چون از محتواي انرژي سوخت ورودي در حد بالايي استفاده مي*****شود لذا هزينه*****هاي مربوطه بسيار كاهش مي*****يابد.
3- تأمين انرژي الكتريسيته با كيفيت بسيار بالاتر
در سيستمهاي CHP معمولاً از يك Converter در خروجي ژنراتور براي تبديل برق DC به AC استفاده مي*****شود. خروجي اين Converter بسيار يكنواخت و بدون نوسان ولتاژ يا فركانس مي*****باشد. از سوي ديگر مولدهاي CHP داراي تكنولوژي بسيار پيشرفته*****تري نسبت به سيستمهاي متداول هستند و برق را با يكنواختي بسيار بيشتري توليد مي*****كنند. در مولدهايي نظير پيل سوختي كيفيت برق خروجي در حد بسيار بالاتري قرار دارد.
از اين گذشته برقي كه از شبكه*****هاي محلي خريداري مي*****شود داراي نوسان ولتاژ و افت فركانسي بسيار زيادي خصوصاً در نقاط انتهايي شبكه است كه اين مي*****تواند آسيبهاي جدي به دستگاهها و تجهيزات برقي وارد آورد. همچنين مقدار زيادي از انرژي الكتريسيته از طريق خطوط انتقال نيرو به هدر مي*****رود كه در سيستمهاي CHP چون برق در محل مصرف توليد مي*****شود، عملاً اين بخش از تلفات صفر مي*****باشد.
4- امكان فروش برق توليد شده اضافي به شبكه
در سيستمهاي CHP مصرف كنندگان قادر خواهند بود علاوه بر تأمين نيازهاي الكتريسيته خود در ساعات اوج مصرف، برق توليدي ااضافي خود را به شبكه*****هاي محلي بفروشند.