چکیده

توربین های گاز نقش بسیار مهمی در تامین برق مورد نیاز کشور مخصوصا در پیک بار شبکه برق بر عهده دارند. از معایب اصلی این توربین ها، تغییرات زیاد تولید آنها بر اثر تغییر شرایط جوی می باشد. از طرفی در زمان پیک مصرف شـبکه بـرق ایران و همزمان با ماههای گرم سال، توان تولیدی توربین های گازی تحـت تـاثیر افـزایش دمـای محـیط، بـه مقـدارقابل ملاحظه ای کاهش می یابد. لذا اتخاذ روشهایی جهت سرمایش هوای ورودی کمپرسور این تـوربین هـا و بازیـابی تـوان از دست رفتهء آنها در امر بهینه سازی ضروری می باشد. در این مقاله روش های مختلف خنک کردن هوای ورودی به توربین های گاز برای شرایط آب و هوایی نیروگاه فارس معرفی شده و در نهایت از بین طر ح های مختلـف بـرای نصـب سیسـتم سرمایش هوای ورودی به توربین های گاز سیکل ترکیبی این نیروگاه، طرح مناسب، سیستم کولر تبخیری مدیا با توجـه بـه ارزیابی فنی و اقتصادی انتخاب گردیده است. طرح اولیه کولر تبخیری مدیا توسـط پیمانکـار خـارجی طراحـی، سـاخته و در نیروگاه مذکور نصب شده است. تست های کارایی انجام شده در سایت، ۱۱مگاوات معادل با ۱۴/۵ درصد را برای واحـدهای گازی و ۲/۱ مگاوات ۲/۶) درصد) واحد بخار سیکل ترکیبی پس از به مدار آمدن سیستم سرمایش مدیا را در فصل تابسـتان نشان می دهد.

کلمات کلیدی: افزایش توان، توربین گاز، سرمایش هوای ورودی، خنک کاری تبخیری، سیستم مدیا.

۱

اولین همایش سـراسـری محیط زیست، انـرژی و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

.۱ مقدمه

توربین های گاز بعلت مزایایی که دارند نقش مهمی در تامین برق مورد نیاز کشور، مخصوصا در ساعات پیک بار شبکه بر عهده دارند. از معایب اصلی این توربین ها، تغییرات زیاد توان تولید و راندمان آنها بر اثر تغییر شرایط محیطی می باشد. بررسی ها و تجربیات نشان می دهد با افزایش دمای محیط به میزان یک درجه سانتیگراد، توان خروجی توربین تا %۱ کاهش یافته و راندمان حرارتی آن نیز کم خواهد شد۲۲]،۱۶،۸،۷ ،۶،۵،.[۴

بنابراین در زمان پیک مصرف شبکه برق و همزمان با افزایش تقاضای انرژی در ماه های گرم سال، توان تولیدی توربین های گازی تحت تاثیر افزایش دمای محیط به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت، که این همزمانی کاهش تولید با افزایش تقاضای انرژی، تاثیر منفی آن را دوچندان خواهد کرد. لذا اتخاذ روشهای موثری جهت خنک کاری هوای ورودی کمپرسور این توربین ها و بازیابی توان از دست رفتهء آنها جهت بهینه سازی تولید ضروری می باشد. بررسی تغییرات توان تولید و راندمان واحدهای گازی محل مورد مطالعه (نیروگاه فارس) نیز نشانگر تغییرات محسوس توان تولید (نمودار (۱ و راندمان (نمودار (۲ واحدهای آن در اثر تغییرات جوی در ماه های مختلف سال می باشد، بطوریکه کمترین توان تولید و راندمان این واحدها در گرمترین ماه های سال (تیر و مرداد) و بیشترین توان و راندمان نیز مربوط به سردترین ماه های سال (دی و بهمن) خواهد بود.

نمودار -۱ تغییرات توان تولیدی واحدهای گازی نیروگاه فارس نمودار -۲ تغییرات راندمان واحدهای گازی نیروگاه فارس
در ماه های مختلف سال۱۳۹۰ در ماه های مختلف سال۱۳۹۰

.۲ روش های خنک کاری تبخیری هوای ورودی توربین گاز

حداکثر کاهش دما در این روش، رساندن دمای حباب خشک هوای ورودی، به دمای حباب تر (رطوبت نسبی صد در صد) می باشد، که برای مناطق گرم و خشک بسیار مناسب است. خنک کاری تبخیری خود بر دو نوع است:

الف) روش خنک کننده تبخیری مدیا

صفحات مدیا عموما از سلول هایی شبیه لانه زنبور و به صورت موجدار ساخته می شود و در کنار یکدیگر یک کولر تبخیری مدیا را تشکیل می دهند . با پاشیدن آب بر روی این سلول ها و مرطوب کردن آنها، می توان به کمک روش تبخیر سطحی، هوا را خنک کرد. هرچه سطوح تماس آب و هوا زیادتر باشد، تبخیر سطحی سریعتر و بیشتر صورت خواهد گرفت. انتخاب این سلول ها به صورت مارپیچ و همچنین به شکل لانه زنبور، دقیقا به منظور افزایش سطح تماس آب و هوا صورت گرفته است.

۲

اولین همایش سـراسـری محیط زیست، انـرژی و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

در انتخاب سیستم مدیا باید نکات مهم زیر در نظر گرفته شود:

افت فشار این سیستم نسبت به سایر سیستم های خنک کن تبخیری بیشتر است. هر چند که این افت فشار اثر محسوسی روی کاهش توان خروجی توربین گاز ندارد.
مصرف برق کمتری نسبت به سایر سیستم ها دارد.
آب با کیفیت بسیار بالا مورد نیاز نیست و می توان از آب چاه استفاده نمایند، هر چند مصرف آب مقطر ترجیح دارد. به واسطه نیاز به تعویض سلول ها به صورت دوره ای هر ۳) الی ۴ سال) عملیات نگهداری زیادی لازم دارد.

هزینه نصب سیستم نسبت به سایر سیستم های تبخیری بیشتر است. زمان توقف کار واحد در صورتیکه سیستم در اتاق فیلتر نصب شود، قابل تعمق است.

ب ) روش فاگ

در روش فاگ آب توسط نازل ها، با فشار بالا در هوای ورودی کمپرسور اسپری می شود. این نازل ها، قطر ذرات آب را عموما به کمتر از بیست میکرون می رسانند تا عموم قطرات تا رسیدن به پره های کمپرسور تبخیر گردند و سایش پره های کمپرسور حاصل نگردد. این قطرات با قطر بسیار کم، به دلیل بزرگی نسبت سطح به حجم ذره، سریع تبخیر شده و سبب افزایش رطوبت هوای ورودی و کاهش دمای آن می گردند. در این روش، میزان رطوبت هوای ورودی می تواند به حد اشباع یا حتی فوق اشباع برسد، همچنین میزان افت فشار این سیستم نیز بسیار ناچیز و قابل صرف نظر است. از مزایای این روش، توانایی رساندن حباب خشک هوا به دمای حباب تر و همچنین افت فشار کم سیستم و هزینه اولیه پایین تر آن در مقایسه با روش های خنک کاری به کمک تبرید تراکمی و جذب ( سرمایش کویلی) می باشد. هر چند این روش نیاز به تصفیه آب برای جلوگیری از خوردگی مجراهای نازل پاشش آب و عدم تشکیل رسوب روی پره های کمپرسور و هزینه برق مربوط به پمپ کردن آب به نازل ها در فشار زیاد دارد، اما می تواند روش مناسبی برای کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور باشد. البته به شرط آنکه سیستم پاشش آب به طور صحیح طراحی شود، زیرا در غیر این صورت می تواند بر روی پره های ردیف اول کمپرسور اثرات مخرب داشته باشد.

.۳ بررسی تاثیر دما بر پارامترهای تولید توربین گاز

با تغییر دمای هوای محیط، چگالی هوا نیز تغییر می کند. با توجه به اینکه در سیکل توربین گاز، هوا گاز کامل فرض می شود. (در درجه حرارت معمول محیط و تا فشار ۱۰ Mpa ضریب تراکم پذیری در معادله حالت برای هوا در حدود (۱) خواهد بود.) در صورتی که دمای هوا از Ti1 به Ti2 کاهش یابد می توان معادله حالت را برای هوا به صورت زیر نوشت :[۱]

(۱) چون توربین های گازی در سرعت ثابت کار می کنند و شکل مسیر هوای ورودی به کمپرسور صلب و حجم ثابت می باشد.