موتورگازسوز چیست؟

موتورگازسوز چیست؟

موتور گازی یا موتور گازسوز یا موتور گاز طبیعی، موتوری است که گاز طبیعی را می سوزاند و انرژی مکانیکی ایجاد شده را به وسیله ژنراتور به برق تبدیل می کند. نیروگاه های گاز طبیعی تقریباً یک چهارم برق جهان و بخش قابل توجهی از گازهای گلخانه ای در جهان انتشار می دهند و در نتیجه تغییرات آب و هوایی را ایجاد می کنند. با این حال، آنها می توانند برای تولید برق در محل مصرف با صرف هزینه های کمتر برای صاحبان صنایع  مورد استفاده قرار گیرند و همچنین برای متعادل کردن تولید برق از طریق انرژیهای تجدیدپذیر که بعضا به صورت فصلی متغیر می باشند، مورد استفاده قرارگیرند.

نیروگاه گازی نوعی نیروگاه سوخت فسیلی بحساب می آیند که در آن انرژی شیمیایی ذخیره شده در گاز طبیعی که عمدتاً متان است، به طور متوالی به انرژی حرارتی، انرژی مکانیکی و در نهایت انرژی الکتریکی تبدیل می شود. اگرچه آنها نمی توانند از محدودیت چرخه کارنو برای تبدیل انرژی گرمایی به کار مفید تجاوز کنند، گرمای اضافی ممکن است در نیروگاه های تولید همزمان برق و حرارت  (CHP-CCHP) برای گرم کردن ساختمان ها، تولید آب گرم یا برای گرم کردن مواد در مقیاس صنعتی استفاده شود.

ژنراتورها

به طور معمول ژنراتورها از نظر نوع سوختی که دریافت می کنند تا به برق تبدیل کنند، با یکدیگر تفاوت دارند. مولد گازسوز متشکل از یک موتور گازسوز که از گاز طبیعی برای تولید انرژی مکانیکی استفاده می کند و یک ژنراتور (آلترناتور) می باشد که قادر به تبدیل سوخت گازی به برق است. در ادامه به شرح وظایف این دو قطعه می پردازیم:

۱-موتور گازسوز

موتور گازسوز بخشی از مولد گازسوز می باشد که وظیفه تبدیل گاز ، به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد. با ورود گاز به سیلندر های موتور و انجام عمل احتراق، انرژی مکانیکی تولید می گردد. چرخش شفت موتور با استفاده از این انرژی مکانیکی صورت می گیرد و با اتصال آن به ژنراتور، برق تولید می شود.

۲-ژنراتور (آلترناتور)

ژنراتور (آلترناتور) وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی را بر عهده دارد. انجام این کار با چرخاندن سیم پیچ چرخشی توسط شفت موتور درون سیم پیچ ثابت صورت می گیرد. نتیجه این چرخش ها تولید انرژی الکترومغناطیسی می باشد که در نهایت منجر به تولید برق در خروجی ژنراتور می گردد.

     موتور احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی معمولاً کمتر از۱۲مگاوات هستند که بسیار کوچکتر از انواع دیگر تولید کننده برق با سوخت گاز طبیعی می باشند و معمولاً برای تولید برق در محل مصرف برای کم کردن اتلاف انرژی و همیشه در دسترس بودن برق بدون متضرر شدن از نوسانات شبکه سراسری برق و یا برای  متعادل کردن انرژی تجدیدپذیر متغیر مانند باد و خورشید استفاده می شوند.

اجزای تشکیل دهنده موتورژنراتور گازسوز

تصویر زیر اصول اولیه یک موتور گازی ثابت و ژنراتور مورد استفاده برای تولید نیرو را نشان می دهد. این موتور از چهار جزء اصلی تشکیل شده است – موتوری که توسط گازهای  مختلف می تواند برق تولید کند. هنگامی که گاز در سیلندرهای موتور محبوس و شمع ها باعث انفجار آن می شوند، انرژی ایجاد شده میل لنگ را در داخل موتور می چرخاند. میل لنگ یک دینام را می چرخاند که منجر به تولید برق می شود. گرمای حاصل از فرآیند احتراق از سیلندرها خارج می شود که در پیکربندی تولید همزمان برق و حرارت که chp نامیده می شود قابل بازیابی است و یا از طریق رادیاتورهای تخلیه که در نزدیکی موتور قرار دارند دفع می شود. در نهایت، و مهمتر از همه، سیستم های کنترل پیشرفته ای برای تسهیل عملکرد قوی ژنراتور وجود دارد.

موتورهای گازی را می توان برای تولید موارد زیر تقسیم بندی کرد:

• فقط تولید برق (تولید بار پایه)
• برق و گرما – تولید همزمان / حرارت و برق ترکیب  CHP
• برق و سرما و گرما ترکیبیCCHP

موتورهای گازی معمولاً به‌عنوان واحدهای تولید پیوسته و بدون نوسان استفاده می‌شوند و می‌توانند به‌عنوان نیروگاه‌های با عرضه برق محلی کار کنند. آنها می توانند به موازات شبکه برق شهری،  یا در حالت جزیره ای، برای تولید برق در مناطق دور افتاده، بکار گرفته می­شود.

قطعات تشکیل دهنده موتور در مولد گازسوز

شناخت قطعات تشکیل دهنده مولد گازی و وظایف آن ها به اطلاع از نحوه عملکرد آن کمک می کند. در ادامه به معرفی و شرح وظایف هرکدام از قطعات موتور می پردازیم:

۱-فیلتر روغن

فیلتر روغن در حفظ کیفیت روغن موتور و تمیز ماندن آن با پیشگیری از ورود آلاینده ها به درون روغن، نقش دارد. تمیز ماندن روغن مصرفی موتور به افزایش طول عمر آن و حفظ کیفیت عملکرد موتور و همچنین پیشگیری از آسیب به آن کمک می کند.

۲-مخزن روغن

مخزن روغن همانطور که از نامش پیدا است، محلی می باشد که در آن روغن موتور قرار می گیرد.

۳-فیلتر هوا

فیلتر هوا یکی دیگر از اجزایی می باشد که در حفظ کیفیت و عملکرد موتور و همچنین بالا بردن طول عمر آن نقش دارد. این قطعه که از مواد فیبری ساخته شده است، وظیفه پاک کردن و از بین بردن ذراتی مانند گرد وغبار، آلودگی ها، گاز های مضر و همچنین باکتری ها از هوای ورودی به درون موتور را بر عهده دارد و به این ترتیب نقش خود را در مراقبت از موتور ایفا می کند.

۴-شیر برقی گاز

شیر برقی گاز که وظیفه خود را با استفاده از برق و فرمان کنترل پنل انجام می دهد، عملکردی مشابه شیر آب دارد. به این ترتیب که عبور گاز و یا پشت لوله ماندن آن، با باز و بسته شدن شیر برقی گاز صورت می گیرد.

۵-رگولاتور گاز

این قطعه عملکردی مشابه شیر کنترل فشار دارد و در واقع وظیفه تنظیم فشار گاز را برعهده دارد. اهمیت تنظیم فشار گاز ورودی به موتور به این دلیل است که در صورتی که فشار گاز ورودی کم یا مناسب نباشد، عمل احتراق سوخت به درستی انجام نمی شود و فرایند تولید انرژی مکانیکی با مشکل مواجه می گردد. بنابراین رگولاتور گاز میزان فشار گاز خروجی را با توجه به میزان فشار گاز ورودی تنظیم کرده و آن را کاهش داده و یا افزایش می دهد.

۶-گاورنر

اندازه گیری و تنظیم سرعت و تعداد دور موتور نیاز به کنترل توسط سیستمی دارد که این سیستم در موتور گاورنر نامیده می شود.

۷-استارت و اتوماتیک استارت

به طور کلی استارت ها می توانند برقی، پنوماتیکی و یا هیدرولیکی باشند که در موتور برق های گازی و ژنراتور های گاز سوز نوع برقی آن ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. این استارت ها موظف هستند که میل لنگ را تا زمانی که احتراق سوخت درون موتور صورت گیرد و موتور روشن شود، به چرخش درآورند.

۸-شمع

روشن شدن ژنراتور گازی نیاز به جرقه برای احتراق سوخت دارد. این جرقه توسط شمع ها به هنگام استارت زدن ایجاد می شود. شمع قطعه ای است که برای انجام این کار انرژی مورد نیاز خود را از باتری دریافت می کند.

۹-اگزوز

دود های تولید شده در نتیجه احتراق سوخت درون موتور، از طریق اگزوز خارج می شوند. اگزوز های موتور های گاز سوز به گونه ای طراحی شده اند که موجب کاهش فشار های ناشی از دود های خروجی از موتور در مراحل مختلف می شوند و به این ترتیب بر کاهش قابل توجه صدای کارکرد ژنراتور تاثیر می گذارد. در صورتی که اگزوز به خروجی دستگاه متصل نباشد، فعالیت دستگاه با تولید صدای بسیار بلند و وحشتناکی همراه خواهد بود.

قطعات تشکیل دهنده ژنراتور پایه گازسوز

در بخش قبلی با قطعات سازنده موتور و وظایف آن ها آشنا شدیم. در این بخش قصد داریم تا شما را با قطعات تشکیل دهنده ژنراتور پایه گازسوز آشنا کنیم و وظایف آن ها را به طور کامل شرح دهیم:

۱-روتور

تولید میدان مغناطیسی در ژتراتور و ایجاد تعامل بین سیم پیچ های آن نیازمند حرکت و چرخش قطعه ای به نام روتور در سیستم الکترومغناطیس ژنراتور می باشد. در نتیجه حرکت دورانی این قطعه انرژی الکتریکی به قطعه ای به نام استاتور منتقل می گردد.

۲-استاتور

به سیم پیچ ثابت ژنراتور، استاتور گفته می شود. همانطور که پیش تر نیز به آن اشاره کردیم، این قطعه انرژی خود را از میدان مغناطیسی حاصل شده از چرخش روتور دریافت می کند و در نهایت انرژی الکتریکی را به عنوان خروجی تحویل می دهد.

۳-کارت AVR

ولتاژ برق در پایانه خروجی ژنراتور، با توجه به میزان جریان کشی از دستگاه و همچنین میزان دمای کار، تنظیم می شود که عمل تنظیم آن توسط کارت AVR صورت می گیرد.

تابلو برق و کنترل

تابلو برق بخشی است که وطیفه قطع و وصل و حفاظت از ادوات برقی را بر عهده دارد . این تابلو کنترل وظیفه کنترل عملکرد قزعات و مولد را بر عهده دارد.

۱-کنترل پنل

مرکز فرمان مولد گازی کنترل پنل می باشد و وظیفه این بخش این است که اطلاعاتی را درباره وضعیت موتور و ژنراتور از اعلام مشکلات، خرابی، میزان کارکرد و سایر موارد را دریافت و تحلیل و تصمیم گیری می نماید. از طریق تابلو کنترل امکان کنترل و مانیتورینگ مولد وجود دارد . با استفاده از صفحه نمایشگر و کلید هایی که بر روی آن تعبیه شده اند، می توان دستگاه را روشن کرد و یا محدوده توان خروجی آن و سایر پارامترها را تنظیم نمود.

۲-شارژر باتری

این قطعه همانطور که از نامش پیدا است، وظیفه شارژ کردن باتری را بر عهده دارد. این مدار الکترونیکی با استفاده از ولتاژ و جریان الکتریکی ، باتری را شارژ می کند و این کار را زمانی که دستگاه روشن است، انجام می دهد. هدف از این کار پیشگیری از به اصطلاح خوابیدن باتری در هنگام استفاده مجدد از ژنراتور می باشد.

نحوه عملکرد موتور گاز سوز برای تولید فقط برق

• در ابتداي فرايند،گاز طبيعي از طريق لوله ي اصلي گاز به ايستگاه تقليل فشار گازانتقال مي يابد. پس از تقليل فشار گاز در ايستگاه، با توجه به راندمان موتورژنراتور، (حدود ٢٥٠ مترمكعب بر ساعت گاز به ازاي ١مگاوات برق) ميزان حجم مورد نياز گاز به ورودي رگولاتور انتقال مي يابد. تمهيدات كنترلي وحفاظت ايمني، سنجش فشار و حجم و… در اين رگولاتور انجام مي گيرد.

• از طرفي ديگر، از طريق فن هاي تعبيه شده در ساختمان نيروگاه، هواي مورد نياز احتراق موتور تامين مي گردد و از طريق فيلترهاي هوا به درون موتور انتقال پيدا مي كند.

• استفاده از توربوشارژر در موتورها، باعث افزايش راندمان موتور مي گردد. اين دستگاه از دو بخش اصلي متصل به هم تشكيل شده كه با هماهنگي همديگر، حجم و فشار هواي ورودي به محفظه سيلندر را افزايش داده و در نهايت موجب افزايش قدرت كلي موتور ميگردند.

• پس از فشرده سازي و تنظيم دماي هواي ورودي درون موتور، عمليات تركيب با گاز طبيعي با نسبت مشخص انجام شده و مخلوط سوخت و هوا به درون محفظه احتراق سيلندر ها از طريق منيفولد هدايت مي شود.

• در زمان مناسب عمليات جرقه زني توسط شمع ها انجام گرفته و انرژي دروني مخلوط گاز و هوا به انرژي حركتي پيستون منجر مي شود.

• در موتورهاي ٤ زمانه، ٤ عمليات ١- مكش(تنفس) ٢- تراكم(فشرده سازي) ٣- انفجار(قدرت) ٤ -تخليه(خروج دود) به صورت مداوم انجام مي گيرد.

• انرژي مكانيكي خطي پيستون از طريق شاتون و ميل لنگ در نهايت به انرژي مكانيكي دوراني تبديل شده و در محل فلايويل و كوپلينگ موتور به ژنراتور انتقال مي يابد.

• انرژي مكانيكي دوراني ژنراتور با توجه به قوانين القاي الكترو مغناطيسي از روتور به استاتور، باعث ايجاد حركت الكترون هاي آزاد درون سيم پيچ ها گرديده و بدين ترتيب انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي تبديل مي شود.

• انرژي الكتريكي با توجه به سطح ولتاژ مورد نياز با استفاده از ترانسفورماتور افزاينده به سطح ولتاژ مطلوب (معمولا ٢٠ كيلوولت) رسيده و پس از عبور ازكابل ها، پايش و حفاظت توسط تجهيزات كنترلي، ميترينگ و حفاظتي به شبكه برق سراسري تحويل داده مي شود.
• در قسمت خروجي دود موتور (اگزاست)، با توجه به ايجاد صداي زياد معمولا از سايلنسر اگزاست استفاده مي گردد.

نحوه عملکرد موتورگازسوز برای تولید همزمان برق و حرارت(CHP):

• جهت خنك سازي موتورژنراتور از دو مسير ورودي آب خنك به نام LT و HT كمك مي گيريم. مسير HT شامل اجزايي با دماي بالاتر مثل پيستون با دماي حدود ٨٠ درجه مي باشد و مسير LT شامل برخي اجزاي موتور با دماي كاركردي پايين تر مي باشد.سيكل هاي مذكور بسته مي باشد و پس از خنك سازي درون رادياتور، به چرخه باز خواهند گشت. جهت استفاده از حرارت موتور قبل از خنك سازي درون رادياتور، تجهيزاتي موسوم به Heat Exchanger jacket Water مورد استفاده قرار می گیرد.
• در اين تجهيز، دماي آب ثانويه با گرفتن حرارت از مدار بالا رفته و جهت مصارف مختلف LT و HT استفاده ميگردد( اصطلاحا CHPجكت)

• استفاده از روغن و گردش آن در موتور نيز از روش هاي اساسي خنك سازي موتور مي باشد، ولي استحصال گرما از روغن موتور، مقرون به صرفه نمي باشد.
• خروجي اگزاست موتور براي استفاده از حرارت، به درون بويلر بازياب حرارت رفته و با توجه به نيازمندي طرح سيالاتي مثل آب گرم، بخار داغ و … از مدار ثانويه ورودي به بويلر قابل استحصال مي باشد. (اصطلاحا CHP اگزاست)

در صورت نیاز به برق، حرارت و برودت (CCHP)از تجهیزات زیر استفاده می کنند :

• در صورت نيازمندي به برودت، گرمای اگزاست موتور یا در ابتدای امر به بویلر هدایت می­شود و بویلر گرمای مورد نیاز برای چیلر را تامین می­کند و یا اینکه مسیر اگزاست موتور مستقیما به سمت چيلر هاي جذبي هدايت مي شود، مكانيزم كاركردي چيلرهاي جذبي بدين گونه است كه با استفاده از گرماي ورودي، انرژي موردنياز براي برودت سيال ثانويه را تامين مي نمايد.

مزایای احداث نیروگاه مقیاس کوچک با موتورگازسوز

۱- عدم نیاز به در اختیار داشتن منابع مالی سنگین

۲- عدم نیاز به در اختیار داشتن فضای زیاد و زیرساخت های ویژه

۳- عدم نیاز به هزینه تبلیغات، بازاریابی و همچنین انبارمحصول نهایی

۴- بازگشت سرمایه گذاری کمتر از ۳ سال

۵- سرمایه در گردش اندک با توجه به مواد اولیه مورد نیاز

۶- زمان احداث کوتاه

شما می توانید برای اطلاعات بیشتر در خصوص موتورهای گازسوز و طرح توجیهی در خصوص احداث نیروگاه های مقیاس کوچک با شماره  ۴۳۹۴۷-۰۲۱  شرکت خدمات انرژی توسعه ایستگاهی نیرو خاصه تماس حاصل فرمایید.