سیستم های تولید مشترک برق و حرارت CHP

بخشی از فهرست مطالب پروژه سیستم های تولید مشترک برق و حرارت CHP

پیشگفتار

فصل اول- مفاهیم و کلیات

۱- تولید همزمان برق و حرارت

۲- تولید مشترک برق و حرارت تکنولوژیی در جهت استفاده بهینه از انرژی

۳- موارد کاربرد تولید مشترک برق و حرارت

۴- مزایای تولید مشترک برق و حرارت

۵- نگاهی گذرا به تکنولوژی¬های متداول سیستم تولید مشترک برق و حرارت

فصل دوم- سیستم¬های پایه تولید همزمان برق و حرارت

۱- فواید تولید همزمان برق و حرارت

۲- سیکل¬های بالادست و پائین¬دست

۳- سیکل ترکیبی

۴- کاربرد سیستم¬های تولید همزمان برق و حرارت

۴-۱ بخش صنعتی

۴-۲ بخش اداری

۴-۳ بخش تجاری

فصل سوم- تجهیزات و اجزاء سیستم تولید مشترک برق و حرارت

۱- محرک¬های اولیه

۱-۱ توربین¬های بخار

۱-۲ توربین گاز

۱-۳ موتورهای رفت و برگشتی

۱-۴ مشخصه حرارت به قدرت الکتریکی

۲- تجهیزات الکتریکی

۳- تجهیزات بازیابی حرارت

۴- چیلرهای جذبی

۵- مسایل مربوط به طراحی فنی

۵-۱ انتخاب نوع و اندازه محرک اولیه

۵-۲ همخوانی بارهای حرارتی و برقی

فصل چهارم- مباحث ترمودینامیکی و جنبه¬های زیست¬محیطی CHP

۱- ۱ نمونه¬های متداول نیروگاه¬های CHP

۱-۲ معیارهای کارایی نیروگاه¬های تولید مشترک CHP

۲- جنبه¬های زیست¬محیطی CHP

فصل پنجم- بررسی اقتصادی استفاده از CHP و مطالعات موردی

منابع و مراجع

پیشگفتار
ابتدای قرن بیستم تولید قدرت الکتریکی در طفولیت خود بوده و بیشتر واحدهای صنعتی تمام قدرت الکتریکی مورد نیاز را خود تولید کرده و غالباً قدرت تولیدی مازاد را به واحدهای همجوار نیز ارائه می-کردند.
این واحدهای صنعتی در واقع اولین تولید کنندگان همزمان بوده اند. عمد? محرک¬های اولیه در آن زمان موتورهای بخاری رفت و برگشتی ببوده و بخار خروجی با فشار پائین برای کاربردهای گرمایش استفاده می¬شد. بین سال¬های اولیه دهه ۲۰ تا ۷۰ صنعت برق رشد سریعی پیدا کرد که دلیل آن افزایش دیماند قدرت الکتریکی بود. همزمان با این رشد سریع یک کاهش عمومی در هزینه¬های تولید برق بوجود آمد که عمدتاً بدلیل مسائل اقتصادی ناشی از ابعاد و اندازه¬ها، فن آوری¬های کارآ و هزینه¬های کاهش سوخت بود، در خلال این مدت، اغلب صنایع، تولید توان الکتریکی خود را کاهش دادند:
۱- نیروگاهها مالیات بر درآمد به جای حمایت از سرمایه¬گذاری در امر فوق به نفع هزینه¬های خریداران برق بود.
۲- قوانین مالیات بر درآمد به جای حمایت از سرمایه¬گذاری در امر فوق به نفع هزینه¬های خریداران برق بود.
۳- هزینه¬های مربوط به دستمزدها یافت.
۴- صنایع علاقمند بودند تا به تولیدات توجه داشته باشند تا اینکه به مسائل جنبی مثل تولید قدرت الکتریکی بپردازند.
تخمین¬های مربوط به تولید انرژی الکتریکی همزمان نشان داد که طی سالهای ۱۹۵۴ تا ۱۹۷۶، تولید برق مشترک صنعتی آمریکا از ۲۵ درصد به ۹ درصد در کل تولید برق رسید.
از اواسط ده? ۸۰ این مقدار در حدود ۵% ثابت باقیمانده است. برای مثال در پایان سال ۱۹۹۲، ۱/۵% از کل ظرفیت تولید انرژی الکتریکی در آمریکا توسط سیستم¬های تولید مشترک بوده است.
طی ده? ۶۰ و ۷۰، صنعت گاز طبیعی تعریف جدید " انرژی کل" را از مفهوم تولید همزمان ارائه کرد. این تلاش به دلیل ضعف¬های نسبی اقتصادی (مثل ارزانی نسبی برق و گرانی سوخت¬ها) و نبود قوانین دولتی برای هماهنگی و ارتباط بهتر با نیروگاههای بزرگ خیلی موفق نبود.
در اواخر سال ۱۹۷۳ و مجدداً در سال ۱۹۷۹، آمریکا بحران¬های عمده¬ای را در خصوص انرژی تجربه کرد که عمدتاً ناشی از کاهش نفت وارداتی بود.
بین سالهای ۱۹۷۳ و ۱۹۸۳، قیمتهای سوخت و قدرت الکتریکی ۵ برابر شد. در آن زمان تمام صنایع خریدار قدرت الکتریکی، بررسی¬هایی را در رابطه با صرفه جوئی¬های اقتصادی ناشی از تولید همزمان آغاز کردند.
از طرفی این بررسی¬ها با قوانین دولتی که در جهت کم کردن و یا برداشتن موانع در سر راه تولید مشترک چندین قانون مهم را در برداشت.
در سال ۱۹۷۸، دولت آمریکا قانون انرژی ملی را تصویب کرد(NEA) National Energy Actکه چندین قانون مهم را در برداشت.
قانون انرژی ملی در واقع قانون مصرف سوخت، قانون سیاست گاز طبیعی و سیاست¬های قانونی نیروگاه¬ها Public Utility Regulatory Polices Act (PURTA) را شامل می شد.
هر یک از قوانین فوق تأثیر مستقیمی بر تولید مشترک داشت و قانون PURPA سیستم¬های تولید همزمان برق و حرارات را بدین صورت تعریف کرد که شامل نیروگاه¬هایی باشد که درصد مشخصی از انرژی حرارتی مفید خروجی (علاوه بر خروجی الکتریکی یا مکانیکی) تأمین کنند.
دیگر قوانین تصویب شده در اواخر ده? ۱۹۵۰ تا ابتدای سال ۱۹۹۵، به نصب سیستم¬های تولید مشترک کمک کرد. بخصوص، قانون دولتی مدیریت کیفیت آب و هوا تأثیر زیادی بر نصب سیستم¬های تولید همزمان گذاشت. برای مدیریت آلودگی هوا، قانون اصلی عبارتست از قانون هوا سال ۱۹۶۷، که سال¬های ۱۹۷۰، ۱۹۷۷ و ۱۹۹۰ اصلاحیه¬هایی به آن افزوده گردید.
اساس اولیه در مورد مدیریت آلودگی آب، قانون کنترل آلودگی آب مربوط به سال ۱۹۵۶ می¬باشد که در سال ۱۹۶۵با قانون کیفیت آب اصلاح شد و در سال ۱۹۷۲ با اصلاحیه های قانون کنترل آلودگی آب در سال ۱۹۷۷ با قانون آب تمیز اصلاح گردید.
این قوانین و دیگر موارد و تأثیرات آنها در گسترش پروزه های تولید همزمان کاملاً مؤثر بود.  با شروع قرن بیست و یکم، تولید همزمان رشد فزآینده ای را تجربه خواهد کرد، چرا که صرفه جویی انرزی و مالی را بهمراه دارد. تکنولوژی¬های جدید قابل استفاده و قوانین و مقررات جدید وضع خواهد شد.

 
فصل اول
مفاهیم و کلیات

تولید همزمان برق و حرارت (CHP) چیست؟
معمولا برق مورد نیاز واحدهای صنعتی، ساختمان های تجاری و ساختمان¬های مسکونی از نیروگاه¬های عمده کشور تأمین می¬شود. در حالیکه نیاز حرارتی تمام آنها در همان محل تولید می¬گردد. اما روش دیگری که از دیر باز وجود داشته و امروزه توجه بیشتری را معطوف خود کرده، تولید مشترک برق و حرارت است. که عبارتست از تولید همزمان برق،یا توان محوری و حرارت مفید توسط یک سیستم.
سالها پیش این فناوری برای اولین بار در نیروگاه¬های سیکل بخار بکار رفته و از بخار استخراج شده از سیکل برای مصارف گرمایشی کارخانه و واحدهای اطراف آن استفاده می شده است. این عمل گرچه کمی باعث کاهش راندمان نیروگاه بوده اما با تأمین حرارت مورد نیاز واحد از مصرف حجم زیادی سوخت جلوگیری می کرده است.
خوشبختانه این ایده تنها به نیروگاه¬های بخار محدود نشد و در طی این سالها، بویژه در سال¬های اخیر، فناوری تولید مشترک برق و حرارت، که بهره¬وری بالایی را در مصرف انرژی بدنبال دارد، به سایر مولدهای تولید قدرت (مکانیکی یا الکتریکی) گسترش داده شد.
بعبارت دیگر امروزه می¬توان با پیشرفت¬های صورت گرفته، هر سیستم مولد قدرتی با هر اندازه و کاربرد را بصورت یک واحد مشترک طراحی نمود. به این ترتیب علاوه بر تولید توان الکتریکی یا مکانیکی توسط دستگاه، امکان استحصال حرارت اتلافی مولد یا موتور بصورت انرژی گرمایی قابل استفاده وجود دارد.
امروزه بدلیل توجه خاصی که به این نوع سیستم¬ها می¬شود و نیز اهمیت کاربرد آن در دنیای امروز و نهادینه کردن فرهنگ استفاده از آن، در ادبیات مهندسی بجای اصطلاح دیرآشنای Cogenration از عنوان "سیستم ترکیبی حرارت و قدرت" Combined Heat Power (VHP) استفاده می¬شود.
همانند که گفته شد سیستم¬های CHP غالباً برای تولید برق و حرارت بصورت همزمان طراحی می¬شود.  یک محرک اولیه (موتور یا توربین) انرژی شیمیایی سوخت را آزاد نموده و به توان مکانیکی در محور خروجی تبدیل می¬کند. در این موارد، محور محرک با یک ژنراتور کوپل شده و توان الکتریکی تولید می¬شود. از طرف دیگر، حداکثر راندمان موجود برای محرک اولیه دستگاه و مولد کمتر از ۵۰% است و این به معنی اتلاف بیش از نیمی از انرژی سوخت بصورت حرارت می¬باشد.
در این نوع سیستم، منابع اتلاف این حرارت، که عبارتند از گازهای خروجی از محرک اولیه، سیکل خنک کن و روغن روغنکاری، شناسایی شده و با قرار دادن مبدل¬های حارتی، گرمای اتلافی به شکل حرارت با دمای بالا (حرارت قابل استفاده) بازیافت می¬شود. با فراهم شدن امکان استحصال اتلافی در سیستم تولید مشترک برق و حرارت خصوصیات منحصر بفرد این سیستم بدست می¬آید.

بخشی از منابع و مراجع پروژه سیستم های تولید مشترک برق و حرارت CHP
۱- J. H. Horlock. "Cogeneration- Combined Heat and Power (CHP)- 1987.
۲- Mikko Laakkonen- " Vuosaari Bturns up the Heat in Helsinki"- Mps- MARCLL 1995- Vol.15
۳- "Sachsen Papier Uses Combined cycle for CHP"MPS- January 1994- Vol. 14.
۴- Allen. R.P- Gas Turbine Cogneration- Principles and Practice "Journal of Eng. 106-4-725-730-1984
۵- "Hear- duty gas turbines" ABB power Generationکاتالوگ
۶- Co,bined heat and Power Plant at dairy gold cooperative- Mitchelstown. Prepared  by  I  rish energy center.
۷- Study report on cogeneration in industrial and commercial sectors of Bangladesh, Prepared by Center for energy studies, Bangladesh university of Engineering & technology. Dhaka, Bangladesh.
۸- WWW. Ecopower. De

۹- آموزش مدیریت انرژی ۰ فروردین ۱۳۷۷- سابا – مطالعات موردی بهینه سازی مصرف انرژی
۱۰- جزوه حرارت و توان – دفتر بهینه سازی مصرف انرژی