نسخه کمهزینهتر
همزمان با شروع فصل زمستان و کاهش دمای هوا، مصرف گاز افزایش مییابد و همچنین بهدلیل وجود برخی محدودیتهای فنی، اولویت تامین گاز به منازل مسکونی داده میشود. با توجه به محدودیت و ناترازیهای موجود در بخش گاز کشور، تخصیص گاز به نیروگاههای حرارتی کاهش مییابد. در این شرایط نیروگاههای حرارتی مجبور به استفاده از سوخت مایع که عمدتا گازوئیل و مازوت است، میشوند. این امر علاوه بر کاهش راندمان واحدهای نیروگاهی و آلودگی هوا، بسته به میزان ذخایر سوخت مایع و درصورت اتمام سوخت و عدم جایگزینی بهموقع آن، میتواند به خروج برخی واحدهای نیروگاهی در زمستان منجر شود که نتیجه آن باز هم اعمال خاموشیهای برنامهریزیشده خواهد بود.
در این مواقع همیشه صحبت از راندمان نیروگاههای کشور میشود و اینکه راندمان پایین نیروگاهها باعث مصرف زیاد سوخت است و در صورت افزایش راندمان نیروگاهها، میزان مصرف سوخت نیز کمتر میشود و به کاهش ناترازی گاز کمک میکند؛ اما نکته بسیار مهم این است که افزایش راندمان واحدهای نیروگاهی الزاما به کاهش مصرف سوخت منجر نمیشود؛ اما قطعا با افزایش راندمان، بخشی از ناترازی تولید برق جبران خواهد شد. برای روشن شدن موضوع ابتدا به این مطلب میپردازیم که اصلا راندمان نیروگاههای حرارتی چیست و چگونه میتوان آن را افزایش داد.
راندمان نیروگاههای حرارتی نسبت انرژی الکتریکی خروجی به انرژی گرمایی ورودی حاصل از سوخت است. به عبارتی یعنی از هر ۱۰۰واحد انرژی سوختی که مصرف میکنیم، چند واحد آن واقعا تبدیل به برق میشود؟ برای مثال اگر راندمان یک نیروگاه ۴۰درصد باشد، یعنی از هر ۱۰۰ لیتر سوخت، فقط معادل ۴۰ لیتر آن به برق تبدیل میشود و ۶۰ واحد باقیمانده بهصورت گرما هدر میرود. طبق قوانین فیزیک (قانون دوم ترمودینامیک)، هیچ نیروگاهی نمیتواند ۱۰۰درصد راندمان داشته باشد و همیشه بخشی از انرژی هدر میرود؛ پس هدف کاهش تلفات و نه حذف کامل هدررفت است.
افزایش راندمان نیروگاهها را میتوان از سهمنظر مورد بررسی قرار داد:
۱. افزایش راندمان بدون سرمایهگذاری عمده: کاهش مصارف داخلی نیروگاهها، شستوشوی کمپرسورها، تنظیم احتراق، بهینهسازی بهرهبرداری، بهبود خلأ و فشار معکوس.
۲. افزایش راندمان با سرمایهگذاری متوسط: استفاده از سیستم مهپاش، اصلاح سیستمهای خنککاری، بهبود دیگ بخار بازیاب حرارتی (HRSG)، اصلاح و بهروزرسانی تجهیزات جانبی، خنکسازی هوای ورودی.
۳. افزایش راندمان با سرمایهگذاری اساسی: تبدیل نیروگاههای گازی و بخار سیکل ساده به سیکل ترکیبی، افزایش نسبت فشار، ارتقا و بهروزرسانی توربینهای گاز، ارتقا و بهروزرسانی توربینهای بخار، تولید و استفاده همزمان برق و حرارت، ارتقا و بهروزرسانی دیگ بخار بازیاب حرارتی و ارتقا و بهروزرسانی مسیر گازهای داغ.
موارد فوق مباحثی کاملا فنی و تخصصی است که توضیح درخصوص آنها از حوصله این مقاله خارج است؛ اما برای مشخص کردن میزان اثربخشی و اهمیت موضوع برخی از آنها توضیح داده میشود. بخشی از اقدامات آیتم اول در تعمیرات دورهای و اورهال واحدهای نیروگاهی انجام میشود؛ اما با توجه به محدودیتهای زمانی و نیاز به بهرهبرداری مجدد از واحدها و بعضا هزینهبر بودن برخی اقدامات اصلاحی، این موارد بهطور کامل صورت نمیگیرد؛ ولی برخی اقدامات میتواند در افزایش راندمان نقش بسیار موثری داشته باشد؛ بهطور مثال کاهش در مصارف داخلی نیروگاه از جمله این اقدامات است. این مصارف شامل تغذیه پمپها، فنها، سیستمهای روشنایی، تغذیه کمپرسورها و سایر موارد است که بهطور معمول شامل حدود ۱۰درصد و حتی بیشتر مصارف میشود.
مجموع ظرفیت اسمی نصبشده نیروگاههای حرارتی کشور شامل نیروگاههای گازی، بخار و سیکل تا پایان اردیبهشت ماه ۱۴۰۵ بالغ بر ۷۸۵۰۰ مگاوات بوده است. اگر بتوان تنها ۱ تا ۱.۵درصد از مصارف داخلی نیروگاه را به روشهایی کاهش داد، میتوان بدون افزایش ظرفیت نامی نیروگاهها، توانی در حدود ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ مگاوات به ظرفیت تولید اضافه کرد که مقدار قابل ملاحظهای است و انگار یک نیروگاه جدید را وارد شبکه کرده باشیم. بنابراین کاملا واضح است که کاهش مصارف داخلی نیروگاهها میتواند تا چه حد در افزایش راندمان نیروگاهها موثر باشد؛ اما به جرات میتوان گفت یکی از موثرترین روشهای افزایش راندمان نیروگاهها، استفاده از نیروگاههای سیکل ترکیبی است. در این روش، ابتدا گاز طبیعی در توربین گازی سوزانده میشود و برق تولید میکند. گازهای داغ خروجی که هنوز دمای بالایی دارند (حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰درجه سانتیگراد) بهجای دفع مستقیم به اتمسفر، وارد دیگ بازیاب حرارتی (HRSG) میشوند تا بخار تولید کنند و توربین بخار دوم را بچرخانند. این ترکیب باعث میشود انرژی که در نیروگاههای معمولی هدر میرود بازیابی شود و راندمان کلی به ۵۵ تا بیش از ۶۰ درصد برسد.
در سالهای گذشته برنامهریزی وزارت نیرو در خصوص احداث نیروگاههای گازی این بود که پس از احداث و بهرهبرداری از نیروگاههای گازی بخش بخار و سیکل آنها نیز احداث شود و به بهرهبرداری برسد؛ اما متاسفانه این اقدام در همه نیروگاهها صورت نگرفته و اکثر نیروگاههای حرارتی فعلی بهصورت گازی باقی ماندهاند. استفاده از توربینهای کلاس F و بالاتر، از دیگر روشهای موثر افزایش راندمان است. راندمان توربین گازی کلاس F حدود ۳۸ تا ۴۰ درصد است و این در حالی است که توربینهای قدیمیترکلاس E یا مدلهای پیش از آن راندمانی حدود ۳۳ تا ۳۶ درصد دارند؛ اما نکته اصلی اینجاست که بیشترین راندمان وقتی ظاهر میشود که کلاس F را در سیکل ترکیبی بهکار ببریم. همچنین توربینهای با کلاس H وJ (نسل بعد ازF ) راندمان بالاتری دارند و در سیکل ترکیبی میتوانند به ۶۰ تا ۶۲ درصد برسند. این بهبود عمدتا بهدلیل دمای احتراق بالاتر (حدود ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد) و مواد و پوششهای حرارتی پیشرفتهتر است.
یکی دیگر از روشهای افزایش راندمان نیروگاههای حرارتی، تولید و استفاده همزمان برق و حرارت است. در نیروگاههای CHP، بهجای دفع گرمای باقیمانده در کندانسور، از گرما برای مصارف صنعتی، گرمایش خیابانها و ساختمانها استفاده میشود. اگرچه این روش لزوما راندمان تبدیل به برق را افزایش نمیدهد، اما میتواند راندمان کلی استفاده از انرژی سوخت (برق و حرارت مفید) را تا ۸۰درصد یا بیشتر برساند.
* معاون سابق بهرهبرداری شرکت برق منطقهای تهران
