بررسی پروسه تبدیل نیروگاه گازی به سیکل ترکیبی از دیدگاه فنی و اقتصادی

 چکیده:

با استناد بر آمارهای اعلام شده از سوی وزارت نیرو  ظرفیت مجموع نیروگاه های گازی و سیکل ترکیبی کشور حدود ۱۳۰۰۰ مگاوات است که معادل ۴۴% مجموع کل قدرت نصب شده در کشور می باشد. نیروگاه های سیکل ترکیبی به دلایلی از قبیل راندمان بالاتر، طول عمر بیشتر، هزینه تولید برق کمترو پارامترهای مهم دیگری که به تفصیل به آنها پرداخته خواهد شد از نظر تئوریک بر نیروگاه های گازی ارجحیت دارند. اما با توجه به طرح های در دست اجرای وزارت نیرو برای تبدیل نیروگاه های گازی به سیکل ترکیبی ، می بایست پارامترهای مطرح شده در بحث مقایسه به آن سمت سوق داده شوند. در این مطالعه سعی شده است پس از بررسی های علمی و ساختاری سه نوع نیروگاه گازی، بخار و سیکل ترکیبی از دو دیدگاه الکتریکی و ترمودینامیکی در سه فصل جداگانه، در مبحثی به مقایسه این سه نوع نیروگاه پرداخته، سپس با دیدی واقع بینانه تر و با تکیه بر آمار و ارقام سازمان توانیر از نیروگاه های نصب شده داخلی، به مسئله توجیه یا عدم توجیه اقتصادی سیکل های ترکیبی پرداخته و در نهایت به صورت اختصاصی مبحث تبدیل نیروگاه های گازی و سیکل ترکیبی مطرح گردد.

نتیج گیری

با توجه به مباحث علمی و ساختاری بیان شده و مقایسه های انجام گرفته بین دو گزینه نیروگاه گازی و نیروگاه سیکل ترکیبی و با درنظرگرفتن کلیه مزایا و معایب هردو گزینه می توان چنین قضاوت نمود که:

نیازهای حیاتی شبکه کشور به نصب نیروگاه های جدید به دلایلی چون توسعه صنعتی و نیز رشد جمعیت با درنظرگرفتن عدم توانایی دولت و وزارت نیرو برای تأمین بودجه ی کل نیروگاه های موردنیاز، لازم می دارد که از راه حل تبدیل نیروگاه های گازی به سیکل ترکیبی در آینده نیز بهره برده و بدین ترتیب قسمتی از نیازهای بار پایه شبکه ملی را تأمین نمود.

برای توضیح بیشتر در خاتمه مزایای نیروگاه سیکل ترکیبی را نسبت به نیروگاه های گازی و بخاری برمی شمریم: سیکل ترکیبی

• راندمان سیکل ترکیبی از هردوگزینه گازی و بخاری بالاتر است.
• از نیروگاه سیکل ترکیبی برخلاف نیروگاه گازی می توان برای تأمین بار پایه استفاده کرد به علاوه در مواقع موردنیاز می توان از سیکل گازی نیروگاه سیکل ترکیبی بصورت مستقل برای تأمین بار پیک شبکه استفاده نمود.
• همانطور که منحنی های نرم افزار WASP در فصل چهارم نشان می دهند، از نیروگاه سیکل ترکیبی در ضریب بارهای بزرگتر از ۶۰% می توان با توجیه اقتصادی قابل قبولی بهره برد در حالیکه دو گزینه دیگر در ضریب بارهای پایین تر از نظر اقتصادی موجه می باشند.
• قابلیت دسترسی و نیز قابلیت اطمینان نیروگاه سیکل ترکیبی بالاتر از دو گزینه دیگر می باشد. سیکل ترکیبی
• هزینه تولید برق نیروگاه سیکل ترکیبی به طور متوسط (برای ظرفیت های متوسط) حدود ۵ الی ۱۵ درصد در هر کیلووات ارزانتر از نیروگاه های معمولی می باشد.

 پیشنهادات:

الف: آمار و ارقام وزارت نیرو و سازمان توانیز از نیروگاه های کشور قدیمی بوده و برای مطالعات دقیق شبکه و پایه ریزی برنامه های کاربردی و مناسب برای توسعه آن، نیاز است که معاونتی در این زمینه تشکیل گردیده و کلیه اطلاعات کتابخانه ای به روزرسانی شود.

ب: پیشنهاد می شود توانیر سمیناری در مورد بررسی هزینه ها و زمان تعمیرات نیروگاه های سیکل ترکیبی با توجه به انحصاری شدن فروشندگان قطعات یدکی آنها برگزار نماید.

پ: دفتر ارتباط با صنعت دانشکده امکانات و ابزارهای لازم جهت همکاری های نزدیک دانشجویان را با شرکت مشانیر در طرح در دست اجرای این شرکت تحت عنوان تبدیل نیروگاه گازی به سیکل ترکیبی فراهم آورد. سیکل ترکیبی

 فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………………………………………… ۱

فصل اول: نیروگاه سیکل ترکیبی……………………………………………………… ۳

۱-۱-a) توربین گازی ……………………………………………………………………. ۳

۱-۲-a) انواع توربین گازی ………………………………………………………………. ۴

۱-۲-۱-a) نیروگاه گازی مدار باز ………………………………………………………… ۴

۱-۱) مقدمه………………………………………………………………………………. ۷

۱-۲) تاریخچه…………………………………………………………………………….. ۷

۱-۳) پارامترهای الکتریکی و ترمودینامیکی نیروگاه سیکل ترکیبی……………………….. ۱۱

۱-۳-۱) راندمان و نرخ حرارتی سیکل…………………………………………………….. ۱۱

۱-۳-۲) بررسی عملکرد در پاره بار………………………………………………………… ۱۳

۱-۳-۳) حساسیت به شرایط محیطی ……………………………………………………. ۱۴

۱-۳-۴) قابلیت دسترسی (Availability) و قابلیت اطمینان (reliability)…………… 15

۱-۳-۵) راه اندازی سرد و گرم…………………………………………………………….

۱-۳-۶) بهره برداری و کنترل…………………………………………………………….. ۲۰

۱-۳-۷) قدرت سیستم  سیکل ترکیبی ………………………………………………………………….. ۲۱

۱-۳-۸) کنترل دمای اگزوز……………………………………………………………….. ۲۱

۱-۳-۹) دمای احتراق…………………………………………………………………….. ۲۲

۱-۳-۱۰) کار مخصوص…………………………………………………………………… ۲۲

۱-۳-۱۱) سوخت ………………………………………………………………………… ۲۲

۱-۳-۱۲) انتخاب محل……………………………………………………………………. ۲۳

۱-۳-۱۳) تحویل………………………………………………………………………….. ۲۳

۱-۳-۱۴) سرمایه گذاری و بررسی اقتصادی………………………………………………. ۲۴

۱-۳-۱۵) نگهداری و تعمیرات …………………………………………………………… ۲۵

فصل دوم: کلیاتی در رابطه با ژنراتور سنکرون………………………………………… ۲۶

۲-۱) اساس کار ژنراتور سنکرون………………………………………………………….. ۲۶

۲-۲) فرم و شکل منحنی نیروی الکتروموتوری …………………………………………… ۲۹

۲-۳) پاندولی شدن ژنراتور سنکرون………………………………………………………. ۳۱

۲-۴) تحریک ژنراتورهای بزرگ……………………………………………………………. ۳۶

۲-۴-۱) ژنراتورهای بدون جارو……………………………………………………………. ۳۸

۲-۴-۲) تنظیم سریع ولتاژ ژنراتور………………………………………………………… ۳۹

۲-۵) خنک کردن ژنراتور…………………………………………………………………. ۴۰

۲-۶) موازی بستن ژنراتورها (سنکرونیسم)………………………………………………… ۴۳

۲-۶-۱) کنترل اتصال صحیح فازها……………………………………………………….. ۴۴

۲-۶-۲) پارالل کردن ژنراتورها در عمل……………………………………………………. ۴۴ سیکل ترکیبی

۲-۶-۲-۱) اختلاف فاز……………………………………………………………………. ۴۴

۲-۶-۲-۲) وجود اختلاف پتانسیل………………………………………………………… ۴۴

۲-۷) پایداری سیستم انتقال انرژی……………………………………………………….. ۴۶

۲-۷-۱) مشخصه قدرت…………………………………………………………………… ۴۶

۲-۷-۲) پایداری استاتیکی ……………………………………………………………….. ۴۸

۲-۷-۳) پایداری دینامیکی ……………………………………………………………….. ۵۳

۲-۷-۴) چگونگی تقویت پایداری …………………………………………………………. ۵۶

فصل سوم: نیروگاه بخاری ……………………………………………………………… ۵۸

۳-۱) مقدمه………………………………………………………………………………. ۵۸

۳-۲) سیکل نیروگاه بخار…………………………………………………………………. ۵۸

۳-۳) سیکل رانکین………………………………………………………………………. ۵۹

۳-۴) اثرات فشار و درجه حرارت بر سیکل رانکین  سیکل ترکیبی ……………………………………….. ۶۱

۳-۵) سیکل باز گرمایش………………………………………………………………….. ۶۵

۳-۶) سیکل بازیاب……………………………………………………………………….. ۶۶

فصل چهارم: مقایسه نیروگاه توربین گازی- سیکل ترکیبی و بخار خشک با

 نرم افزار WASP …………………………………………………………………….. 77

۴-۱) مقدمه………………………………………………………………………………. ۷۷

۴-۲) قیمت ۱KW قدرت نیروگاه ………………………………………………………. ۷۹

۴-۳) راندمان……………………………………………………………………………… ۸۰

۴-۴) شرایط محیطی …………………………………………………………………….. ۸۰

۴-۵) روش کار و حالات مورد مقایسه…………………………………………………….. ۸۱

۴-۶) نتیجه گیری ……………………………………………………………………….. ۸۲

۴-۷) حالات مورد مطالعه تکمیلی ……………………………………………………….. ۸۷

۴-۸) جمع بندی نهایی…………………………………………………………………… ۸۹

۴-۹) کاربرد بررسی های به عمل آمده در انتخاب نیروگاه های موردنیاز کشور سیکل ترکیبی …………….. ۹۱

فصل پنجم: نیروگاه های سیکل ترکیبی درایران، توجیه یا عدم توجیه اقتصادی….. ۹۳

فصل ششم: تبدیل نیروگاه گازی به سیکل ترکیبی………………………………….. ۹۹

۶-۱) مقدمه………………………………………………………………………………. ۹۹

۶-۲) تبدیل نیروگاه های گازی به نیروگاه سیکل ترکیبی…………………………………. ۱۰۲ سیکل ترکیبی

۶-۳) هزینه تولید برق…………………………………………………………………….. ۱۰۳

۶-۴) مقایسه نیروگاه گازی و نیروگاه سیکل ترکیبی……………………………………… ۱۰۶

۶-۵) نیروگاه های گازی موجود…………………………………………………………… ۱۰۹

۶-۶) صرفه جویی در هزینه با ارقام……………………………………………………….. ۱۱۰

۶-۷) خلاصه مطالب………………………………………………………………………. ۱۱۲

فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………… ۱۱۴

۷-۱) نتیجه گیری ……………………………………………………………………….. ۱۱۴

۷-۲) پیشنهادات………………………………………………………………………….. ۱۱۵

فصل هشتم: پیوست ها:……………………………………………………………….. ۱۱۶

پیوست الف: مفاهیم اولیه در اقتصاد الکتریسیته ………………………………………….. ۱۱۶

الف-۱) منحنی بار روزانه …………………………………………………………………. ۱۱۶

الف-۲) منحنی تداوم بار………………………………………………………………….. ۱۱۷

الف-۳) مفهوم بار پایه بار میانب و بار پیک ……………………………………………….. ۱۱۷

الف- ۴) پارامترهای مهم در اقتصاد الکتریسیته …………………………………………… ۱۱۹

پیوست ب: محاسبه هزینه تولید انرژی الکتریکی …………………………………………. ۱۲۲

ب-۱) مقدمه……………………………………………………………………………… ۱۲۲

ب-۲) هزینه های وابسته به میزان توان نامی …………………………………………….. ۱۲۲

ب-۲-۱) هزینه سالیانه وابسته به میزان سرمایه گذاری …………………………………… ۱۲۲

ب-۲-۲) هزینه سالیانه وابسته به آماده نگهداشتن نیروگاه جهت بهره برداری……………… ۱۲۳

ب-۲-۳) هزینه کل سالیانه وابسته به میزان توان نامی نیروگاه ……………………………. ۱۲۴

ب-۳) هزینه های وابسته به میزان انرژی تولیدی …………………………………………. ۱۲۴

ب-۳-۱) هزینه سوخت مصرفی ………………………………………………………….. ۱۲۴

ب-۳-۲) هزینه های وابسته به بهره برداری……………………………………………….. ۱۲۵

ب-۳-۳) هزینه کل سالیانه وابسته به میزان انرژی الکتریکی ……………………………… ۱۲۵

ب-۴) هزینه سالیانه تولید برق نیروگاه …………………………………………………… ۱۲۵

ب-۵) هزینه ویژه تولید برق………………………………………………………………. ۱۲۶

ب-۶) هزینه ویژه تولید برق با احتساب مصرف داخلی نیروگاه ……………………………. ۱۲۷

مراجع …………………………………………………………………………………… ۱۲۸

 سیکل ترکیبی