گسترش جمعیت جهانی، پیشرفت اقتصادی، پیشرفت های فنی و صنعتی شدن، همگی به افزایش تقاضا برای نیرو کمک می کنند. ابزار دقیق برای بهبود راندمان تولید برق و قابلیت اطمینان بسیار مهم است. این عملیات بهینه سازی شده کارخانه، تعمیر و نگهداری پیش بینی و مدیریت ایمنی فرآیند را ارائه می دهد.
- نیاز به تولید برق: با رشد جمعیت، توسعه اقتصادی، پیشرفت های تکنولوژیکی و شهرنشینی هدایت می شود.
- تقاضای فعلی: تقریباً 26500 تراوات ساعت، تحت تأثیر روندهای جهانی.
- تقاضای5 سال آینده: 30721 TWh.10 سال: ~35614 TWh.
- پاسخگویی به تقاضا: از طریق افزایش ظرفیت، تنوع منابع و بهبود کارایی.
نقش ابزار دقیق: شامل بهینه سازی عملیات، تعمیر و نگهداری پیش بینی، ایمنی، نظارت بر محیط زیست، و یکپارچه سازی منابع انرژی تجدید پذیر.
ابزار دقیق نیروگاه به نظارت و کنترل توان در انواع نیروگاه ها کمک می کند. هدف اصلی آن اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد سیستم ها و تجهیزات است. اینها ابزارهایی هستند که به طور فعال در صنعت تولید برق استفاده می شوند. رایج ترین ابزارها گیج فشار، دماسنج، فلومتر و سطح سنج و غیره هستند.
گیج های فشار: برای نظارت بر فشار بخار، گاز و هیدرولیک.
محدوده فشار: معمولاً 0 تا 3000 psi است، اگرچه ممکن است فشارهای بالاتری برای کاربردهای خاص مورد نیاز باشد.
سنسورهای دما (ترموکوپل، RTD): برای اندازه گیری دما در بویلرها، توربین ها و راکتورها.
محدوده دما: -200 درجه سانتیگراد تا 600 درجه سانتیگراد، با امکان 1000 درجه سانتیگراد در کاربردهای خاص.
فلومترها (توربین، اولتراسونیک، گرداب): برای اندازه گیری دبی سیال و گاز.
محدوده جریان: با توجه به نوع سیال و اندازه لوله تغییر می کند.
ترانسمیترهای سطح (التراسونیک، رادار): برای نظارت بر سطح سیال در بویلرها و مخازن.
اندازه گیری سطح: مخصوص طراحی مخزن
جدا از این ابزارهای گسترده و شناخته شده، ابزارهای دیگری نیز در فرآیند تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند.
- فرستنده سطح (التراسونیک، رادار)
- سیستم های مانیتورینگ ارتعاش
- سیستم های کنترل احتراق
- آنالایزرهای انتشار (آنالایزرهای گاز دودکش)
- شیرهای کنترل و محرک ها
- سیستم های کنترل توزیع شده (DCS)
- کنترلرهای PID
انرژی پاک
نیرو گاهای بادی : توربین‌های بادی بر اساس یک اصل ساده کار می‌کنند: توربین های بادی به جای استفاده از الکتریسیته برای تولید باد، مانند یک فن، برای تولید برق استفاده می‌کنند. باد پره های پروانه مانند یک توربین را به دور روتور می چرخاند که ژنراتور را می چرخاند و الکتریسیته تولید می کند. باد شکلی از انرژی خورشیدی است که توسط ترکیبی از سه رویداد همزمان ایجاد می شود:
- خورشید به طور ناهموار جو را گرم می کند
- بی نظمی سطح زمین
- چرخش زمین
الگو های جریان و سرعت باد در سراسر دنیا بسیار متفاوت است و توسط توده های آبی، پوشش گیاهی و تفاوت در زمین تغییر می کند. انسان ها از این جریان باد یا انرژی حرکتی برای اهداف بسیاری استفاده می کنند: قایقرانی، پرواز بادبادک، و حتی تولید برق.
اصطلاحات «انرژی باد» و «نیروی باد» هر دو فرآیندی را توصیف می‌کنند که طی آن از باد برای تولید نیروی مکانیکی یا الکتریسیته استفاده می‌شود. از این توان مکانیکی می توان برای کارهای خاص (مانند آسیاب دانه یا پمپاژ آب) استفاده کرد یا یک ژنراتور می تواند این توان مکانیکی را به برق تبدیل کند.
یک توربین بادی انرژی باد را با استفاده از نیروی آیرودینامیکی پره های روتور که مانند بال هواپیما یا تیغه روتور هلیکوپتر عمل می کنند، به الکتریسیته تبدیل می کند. هنگامی که باد در سراسر تیغه جریان دارد، فشار هوا در یک طرف تیغه کاهش می یابد. اختلاف فشار هوا در دو طرف تیغه باعث بالا رفتن و کشش می شود.
نیروی بالابر قوی تر از درگ است و این باعث چرخش روتور می شود. روتور به طور مستقیم (اگر یک توربین درایو مستقیم باشد) یا از طریق یک شفت و یک سری چرخ دنده (گیربکس) به ژنراتور متصل می شود که چرخش را سرعت می بخشد و به ژنراتور فیزیکی کوچکتر اجازه می دهد. این تبدیل نیروی آیرودینامیکی به چرخش ژنراتور باعث ایجاد الکتریسیته می شود.
انواع توربین های بادی: اکثر توربین های بادی به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:
توربین های بادی محور افقی: همان چیزی است که بسیاری از مردم هنگام فکر کردن به توربین های بادی تصور می کنند.
معمولاً آنها دارای سه پره هستند و “در جهت باد” عمل می کنند و توربین در بالای برج می چرخد تا پره ها به سمت باد قرار گیرند.
توربین های بادی محور عمودی : در انواع مختلفی از جمله مدل Darrieus به سبک تخم مرغ کوب که به نام مخترع فرانسوی آن نامگذاری شده است، وجود دارد.
این توربین ها همه جهته هستند، به این معنی که برای کار کردن به سمت باد نیازی به تنظیم ندارند.
نیرو گاهای خورشیدی
فرآیند تولید برق در یک نیروگاه خورشیدی کاملاً زیست محیطی است و عناصر آلاینده ای برای محیط زیست تولید نمی کند و همچنین یکی از کارآمدترین انرژی های تجدیدپذیر است که در حال حاضر وجود دارد. به لطف این مزایای انرژی خورشیدی در مقایسه با انرژی های تولید شده از سوخت های فسیلی یا منابع تجدید ناپذیر، نیروگاه های خورشیدی ابزاری کلیدی برای توسعه یک مدل جدید تولید پایدار بلند مدت است که کاملاً سازگار با محیط زیست است. اگرچه هم نیروگاه های حرارتی خورشیدی و هم نیروگاه های فتوولتائیک از انرژی خورشیدی برای تولید برق استفاده می کنند، فرآیند تولید آن در هر مورد متفاوت است. بسته به سیستم عامل آن، دو نوع اصلی نیروگاه خورشیدی وجود دارد: نیروگاه های حرارتی خورشیدی و نیروگاه های فتوولتائیک خورشیدی.
انواع نیروگاه های خورشیدی و نحوه کار آنها:
- نیروگاه حرارتی خورشیدی: نیروگاه حرارتی خورشیدی تأسیساتی است که برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته از طریق یک چرخه ترمودینامیکی معمولی طراحی شده است. با این حال، برخلاف نیروگاه های حرارتی که با استفاده از سوخت های فسیلی کار می کنند، نیروگاه های حرارتی خورشیدی از یک منبع انرژی کاملاً سازگار با محیط زیست مانند نور خورشید استفاده می کنند. تکنولوژی مورد استفاده برای تولید برق بسته به نوع نیروگاه حرارتی خورشیدی که در مورد آن صحبت می کنیم کمی متفاوت است، اما سیستم عامل آن مشابه است.
یک نیروگاه حرارتی خورشیدی، تشعشعات خورشیدی را متمرکز می کند تا سیالی را با خواص رسانایی حرارتی گرم کند و دمای آن را تا زمانی که به بخار تبدیل شود، افزایش می دهد. سپس به یک توربین تغذیه می شود. در اینجا انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که به یک دینام منتقل می شود و در آنجا تبدیل نهایی آن به برق انجام می شود. هنگامی که چرخه ترمودینامیکی کامل شد، بخار به یک کندانسور بازگردانده می شود و در آنجا حالت مایع خود را بازیابی می کند و این فرآیند دوباره تکرار می شود.
از نقطه نظر بهره وری، توجه به این نکته مهم است که عملکرد یک نیروگاه حرارتی خورشیدی به ساعات آفتابی و شرایط آب و هوایی بستگی دارد. بنابراین این نیروگاه ها دارای مخزن ذخیره ای نیز هستند که امکان ذخیره انرژی به دست آمده برای استفاده در مواقع ضروری را فراهم می کند.
- نیروگاه حرارتی خورشیدی برج مرکزی: این تاسیسات دارای برجی از آینه های بزرگ به نام هلیواستات است که قادر به تغییر جهت برای گرفتن حداکثر تابش خورشید و تمرکز آن در یک نقطه خاص است. گرما به یک سیال رسانای حرارتی منتقل می شود که با افزایش دمای آن تبدیل به بخار می شود و یک سیکل ترمودینامیکی را شروع می کند.
- نیروگاه حرارتی خورشیدی کلکتور: این نوع نیروگاه حرارتی خورشیدی، اشعه های خورشید را از طریق کلکتورهای متمرکز یا با دمای بالا جذب می کند. کلکتورها آینه های مقعری هستند که بر روی ساختاری نصب می شوند که اجازه می دهد موقعیت آنها تغییر کند تا شدت تابش خورشیدی افزایش یابد و به دمای بیش از 250 درجه سانتی گراد برسد.
نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی: عملکرد یک نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی بر اساس فوتون ها و انرژی نور ناشی از پرتوهای خورشید است. انواع پنل های خورشیدی مورد استفاده در این نوع تاسیسات نیز متفاوت است. در حالی که نیروگاه های حرارتی خورشیدی از کلکتورها استفاده می کنند، نیروگاه های فتوولتائیک از پانل های متشکل از سلول های خورشیدی فتوولتائیک ساخته شده از سیلیکون (پانل های خورشیدی تک کریستالی یا پلی کریستالی) یا سایر مواد با خواص فتوولتائیک (پانل های خورشیدی آمورف) استفاده می کنند.
این سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟ به لطف موادی که از آنها ساخته شده‌اند، وقتی پرتوهای خورشید مستقیماً به آنها برخورد می‌کند، الکترون‌های موجود در لایه‌های خارجی بیشتر سلول‌های فتوولتائیک، تابش را جذب کرده و جریان الکتریکی مستقیم تولید می‌کنند. برای ساخت یک نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی، این سلول های خورشیدی به صورت سری به هم متصل می شوند تا در یک ماژول واحد ادغام شوند و پانل های فتوولتائیک را تشکیل می دهند.
به نوبه خود، پانل های خورشیدی به صورت موازی به هم متصل می شوند و رشته هایی را تشکیل می دهند که به یک اینورتر جریان متصل می شوند، جایی که جریان مستقیم حاصل از سلول های فتوولتائیک به انرژی متناوب تبدیل می شود. سپس برق به یک ترانسفورماتور هدایت می شود که در آن ولتاژ و شدت آن تنظیم شده است تا بتوان از طریق خطوط شبکه برق به مراکز مصرف منتقل شود.
برای بهینه‌سازی عملکرد، نیروگاه فتوولتیک دارای یک برج آب و هوا نیز است که شرایط محیطی را برای شناسایی شدت تابش خورشیدی و تکامل کوتاه‌مدت آن و همچنین اطلاع‌رسانی از زمان دقیق غروب خورشید تجزیه و تحلیل می‌کند. بنابراین، می توان دوره های کمبود نور را پیش بینی کرد و انرژی مورد نیاز برای تضمین تامین برق را ذخیره کرد. علاوه بر نیروگاه های خورشیدی معمولی، سیستم های فتوولتائیک نصب شده بر روی پشت بام ساختمان ها به نام جوامع خورشیدی که برق را برای خود مصرفی و کاهش هزینه های انرژی تولید می کنند یا مزارع خورشیدی، دو نمونه عالی از نیروگاه های فتوولتائیک خورشیدی هستند.
