توربین

نام انگلیسی: Turbine
توربین ها انواع مختلفی دارند که از مهمترین آنها می توان به توربین های بخار، توربین های گازی، توربین های احتراقی و توربین های بادی اشاره کرد که هر کدام بسته به موقعیت و نوع کاربرد در موارد گوناگون استفاده می شوند. بازده توربین ها در بهترین حالت از ۴۰% فراتر نمی رود و رنج توانی متفاوتی را دارا می باشند. از ضروریات ساختاری توربین ها نوع آلیاژ آنها بوده که از مسائل اصلی حین طراحی می باشد.
واژه توربین برای اولین بار به وسیله (Claude Burdin ۱۷۹۰-۱۸۷۳) در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شدهاست. توربین موتوری چرخندهاست که میتواند از یک سیال انرژی به دست آورد. ساده ترین توربینها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شدهاست سیال به پره ها برخورد میکند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده میکند به عنوان اولین توربینها میتوان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد. توربینهای گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره هایشان دارند که سیال را کنترل میکنند پوشش ها و پره ها میتوانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است. کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی با عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را میگیرد و باعث حرکت یک سیال میشود.
توربین گازی
نام انگلیسی: Gas Turbine
این توربینها معمولاً دارای یک ورودی، فن، کمپرسور، محفظه متراکم کننده و یک نازل است. توربین گازی به طورگسترده ای اولا در تولید انرژی الکتریکی به ویژه در زمان اوج مصرف و همچنین در بار پایه و ثانیا به عنوان واحد پشتیبان واحدهای بزرگ بخار، در مواقع اضطراری به کار می رود.در امریکا و انگلستان از این سیستم ها فقط در اوج مصرف استفاده می شود، در حالیکه در عربستان سعودی، به دلیل فراوانی سوخت، در بار پایه نیز بهره برداری می شود. علت دیگر این موضوع، نیازبه آب نداشتن برای سیستم های خنک کننده است که درمناطق صحرایی و کم آب، موجب راحتی بهره برداری می شود.
تجربه بزرگ خاموشی درامریکا سازندگان توربین گازی را برآن داشت که توربین های گازی را باقابلیت راه اندازی مستقل و بدون استفاده از منبع الکتریکی دیگری طراحی کنند. این نوع توربین های گازی در اغلب کشورهای دارای شبکه مطمئن تولید برق، نصب شد ه و در حال بهره برداری است. این نوع سیکل های توربین گازی باید درشرایط اضطراری برای تولید برق اصلی وفقط در مدت چند ساعت استفاده شوند.در این رابطه، توربین های گازی با طرح تک محوری، به توان تولیدی حدود ۱۳۰ تا۱۵۰ مگاوات را می توانند تولید کنند، البته هرروز مدل های جدیدی با توان تولیدی بالاتری ساخته می شود. توربین های گازی دارای شرایط کاری سخت می باشند و قطعاتی نظیر پره های توربین باید در درجه حرارت های بالا استحکام مناسبی داشته باشند. همچنین به دلیل اتمسفرشدیدا اکسیدکننده و خورنده توربین ها، قطعات مختلف توربین بویژه پره ها باید مقاومت بالایی در برابر خوردگی داغ و اکسیداسیون داشته باشند. تاکنون آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بهترین آلیاژها برای ساخت قطعات توربین بوده اند اما حتی با بهینه کردن ترکیب شیمیایی سوپر آلیاژها امکان دستیابی به کلیه خواص مطلوب فوق وجود ندارد لذا برای مقاوم سازی این آلیاژها در برابر خوردگی داغ، اکسیداسیون و سایش، پوشش هایی در سطح آنها صورت می گیرد. یک نوع از پوشش های کار آمد برای این منظور پوشش های سد حرارتی(Thermal Barrier Coatings)  هستند که به اختصار پوشش های TBC نامیده می شوند. اغلب پوشش های TBC بر پایه زیرکونیا (ZrO2) می باشند که با افزودن ترکیباتی مثل ایتر (Y2O3) یا ZrO2 پایدار می گردند. دارای هدایت حرارتی کم و ضریب انبساط حرارتی بالا می باشد و افزودن  Y2O3به آن موجب ایجاد مقاومت بیشتر در برابر شرایط سیکل حرارتی می گردد. با بکارگیری این پوشش ها و با استفاده از خاصیت هدایت حرارتی کم آنها راندمان توربین های گازی افزایش می یابد زیرا با حضور این پوششها دمای فلز پایه تا ۱۷۰درجه سانتیگراد کاهش پیدا میکند ودرنتیجه امکان افزایش دمای کاری توربین فراهم میشود. در حال حاضر تحقیقات برای توسعه اینگونه پوشش ها و همچنین بکارگیری نوع دیگری از پوشش های فلزی که بعنوان لایه bond coat بین فلز پایه و پوشش سرامیکی قرار می گیرند، درحال گسترش می باشد. لایه bond coat معمولا یک پوشش فلزی است که چسبندگی پوشش سرامیکی را به فلز پایه افزایش می دهد. درحال حاضر برروی سوپر آلیاژها ابتدا یک لایه از پوشش فلزی bond coat به ضخامت ۸۰-۱۵۰m داده شده است و بر روی آن پوشش سد حرارتی با ضخامتی در حدود ۳۰۰m تا ۲ mmبکار گرفته می شود. برنامهIndustrial Power Generation) IPG) یک همکاری مشترک از سازندگان توربین گاز، دانشگاهها، شرکتهای گاز طبیعی، تولید کنندگان انرژی الکتریکی، آزمایشگاههای ملی و استفاده کنندگان صنعتی می باشد. همکاری فوق که شامل طیف وسیعی از مشارکت کنندگان مختلف است منابع و امکانات فنی- اقتصادی- تحقیقاتی مناسبی را برای ایجاد یک تحول اساسی در فن آوری توربین گاز فراهم می آورد. یکی از قدمهای اولیه این برنامه تولید پوشش سد حرارتی TBC برای توربینهای گاز بوده است.
توربین‌ بخار
نام انگلیسی: Steam Turbine
توربینهای بخار برای تولید برق در نیروگاههای حرارتی که از ذغال سنگ، نفت و انرژی هسته ای استفاده میکنند به کار برده میشوند. روزی از آنها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده میشد.
توربین بادی
نام انگلیسی: Wind Turbine
به منظور شناخت دقیق محدودیتها، موانع و امکانات موجود در جهت استفاده از منابع انرژی در کشور، ضرورری است میزان بهره برداری از پتانسیلهای موجود انرژی و روند تحولات حاملهای انرژیهای تجدیدپذیر در کشور نیز به روش علمی و دقیق محاسبه و ارزیابی گردد. کشور ایران از لحاظ منابع مختلف انرژی یکی از غنی ترین کشورهای جهان محسوب می گردد، چرا که از یک سو دارای منابع گسترده سوختهای فسیلی و تجدید ناپذیر نظیر نفت و گاز است و از سوی دیگر دارای پتانسیل فراوان انرژیهای تجدید پذیر از جمله باد می باشد. با توسعه نگرشهای زیست محیطی وراهبردهای صرفه جویانه در بهره برداری از منابع انرژیهای تجدید ناپذیر، استفاده از انرژی باد در مقایسه با سایر منابع انرژی مطرح در بسیاری از کشورهای جهان رو به فزونی گذاشته است. استفاده از تکنولوژی توربین های بادی به دلایل زیر می تواندیک انتخاب مناسب در مقایسه با سایر منابع انرژی تجدید پذیر باشد. قیمت پایین توربینهای برق بادی در مقایسه با دیگر صور انرژیهای نو کمک در جهت ایجاد اشتغال در کشور عدم آلودگی محیط زیست در کشورهای پیشرفته نظیر آلمان، دانمارک، آمریکا،اسپانیا، انگلستان، و بسیاری کشورهای دیگر، توربین های بادی بزرگ و کوچک ساخته شده است و برنامه هایی نیز جهت ادامه پژوهشها و استفاده بیشتر از انرژی باد جهت تولید برق در واحدهایی با توان چند مگاواتی مورد مطالعه می باشد. در ایران نیز با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از ۲۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح رایج بوده و هم اکنون نیز بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربینهای بادی فراهم می باشد.مولدهای برق بادی می تواند جایگزین مناسبی برای نیروگاه های گازی و بخاری باشند. مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باد در ایران نشان داده اند که تنها در ۲۶ منطقه از کشور (شامل بیش از ۴۵ سایت مناسب) میزان ظرفیت اسمی سایتها، با در نظر گرفتن یک راندمان کلی ۳۳%، در حدود ۶۵۰۰ مگاوات می باشد و این در شرایطی است که ظرفیت اسمی کل نیروگاه های برق کشور، (در حال حاضر) ۳۴۰۰۰ مگاوات می باشد. در توربین های بادی، انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. استفاده فنی از انرژی باد وقتی ممکن است که متوسط سرعت باد در محدوده ۵/ الی ۲۵/ باشد. پتانسیل قابل بهره برداری انرژی باد در جهان ۱۱۰ اگاژول (هر اگاژول معادی ۱۰۱۸ژول) برآورد گردیده است که از این مقدار ۴۰ مگاوات ظرفیت نصب شده تا اواخر سال ۲۰۰۳ میلادی(۱۳۸۲ ه.ش.) در جهان می باشد. از مزایای استفاده از این انرژی عدم نیاز توربین بادی به سوخت، تامین بخشی از تقاضاهای انرژی برق، کمتر بودن نسبی انرژی باد نسبت به انرژی فسیلی در بلند مدت، تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی، قدرت مانور زیاد در بهره برداری( از چند وات تا چندین مگاوات)، عدم نیاز به آب و نداشتن آلودگی محیط زیست می باشد.
توربین بادی کوچک: از توربین های بادی کوچک جهت تامین برق جزیره های مصرف و یا مناطقی که تامین برق از طریق شبکه سراسری برق مشکل می باشد استفاده می شود. این توربین ها تا قدرت ۱۰ کیلووات توان تولید برق را دارا می باشند. توربین بادی متوسط: عموماً تولید این توربین ها بین ۲۵۰-۱۰ کیلووات است. از این توربین ها جهت تامین مصارف مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی استفاده می شود. توربین بادی بزرگ( مزارع بادی) این نوع توربین ها معمولاً شامل چند توربین بادی متمرکز با توان تولیدی ۲۵۰ کیلووات به بالا می باشند که به صورت متصل به شبکه و یا جدا از شبکه طراحی می گردند.
توربین احتراقی
نام انگلیسی: Combustion Turbine
توربین احتراقی در واقع یک موتور جت متصل به ژنراتور می باشد. توربین های احتراقی قادر به کار کردن با گاز طبیعی یا نفت تقطیر شده می باشند.کارایی آنها در مجموع بین ۲۵ تا ۳۰ درصد است.این نیروگاه ها برای ظرفیت ۱۰ تا ۱۰۰ مگاوات طراحی و غالبا به صورت جفتی ساخته می شوند (دو توربین احتراقی به یک ژنراتور متصل می گردد) و تاسیسات آنها شامل چندین بخش است. هزینه سرمایه گذاری آنها پایین است ولی قیمت سوخت آنها بالاست. توربین های احتراقی می توانند در عرض چند دقیقه شروع به کار کنند و با تغییر تعداد واحدهایی که در خط تولید برق هستند برای ظرفیت های مختلف مورد استفاده قرار گیرند.به دلیل قیمت بالای سوخت و سرعت راه اندازی،توربین های احتراقی معمولا برای اوقات پر مصرف و تامین بار ذخیره به کار گرفته می شوند.میزان کارکرد سالانه آنها ۱۰ درصد یا کمتر می باشد.
0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


+ شش = دوازده