میکروتوربین؛ تولید پراکنده انرژی

کلید واژه :	میکروتوربین ـ تولید پراکنده انرژی ـ انعطاف‌پذیری در مصرف سوخت ـ اصطکاک ایستایی و حرکتی صفر ـ
چکیده :	میکروتوربین‌ها همان‌طور که از نام‌شان پیداست، توربین‌های احتراقی کوچکی هستند که سوخت‌های گازی یا مایع را برای راه‌اندازی مولد الکتریکی مصرف می‌کنند و به صورت تجاری بیش از یک دهه است که در دسترس هستند. امروزه فناوری میکروتوربین، حاصل توسعه در توربین‌های گازی ثابت و قابل حمل، تجهیزات توانِ کمکی و شارژ‌کننده‌های توربین است که در دهه 1950 میلادی در صنایع وسایل قابل حمل آغاز شد. توسعه سامانه‌های میکروتوربین با یکسان‌سازی طراحی توربوشارژرهای موتورهای بزرگ شتاب گرفت و بنیانی برای فناوری مهندسی و ساخت دستگاه‌های میکروتوربین مهیا کرد.
منابع :

میکروتوربین‌ها همان‌طور که از نام‌شان پیداست، توربین‌های احتراقی کوچکی هستند که سوخت‌های گازی یا مایع را برای راه‌اندازی مولد الکتریکی مصرف می‌کنند و به صورت تجاری بیش از یک دهه است که در دسترس هستند. امروزه فناوری میکروتوربین، حاصل توسعه در توربین‌های گازی ثابت و قابل حمل، تجهیزات توانِ کمکی و شارژ‌کننده‌های توربین است که در دهه 1950 میلادی در صنایع وسایل قابل حمل آغاز شد. توسعه سامانه‌های میکروتوربین با یکسان‌سازی طراحی توربوشارژرهای موتورهای بزرگ شتاب گرفت و بنیانی برای فناوری مهندسی و ساخت دستگاه‌های میکروتوربین مهیا کرد.
 در دهه 1990میلادی شرکت‌های متعددی رقابت را بر سر ساخت یا ورود به بازار طراحی میکروتوربین افزایش دادند. با تکامل بازار این فناوری، صنعت این سامانه در خلال ادغام شرکت‌ها با یکدیگر یا تغییر روش‌های تولید، به صورت یکپارچه‌ای در آمد. میکروتوربین‌ها دارای ویژگی‌های جالبی هستند و همین ویژگی‌ها باعث گستردگی کاربردشان شده است. این ویژگی‌ها عبارتند از:  

 
1ـ خروجی الکتریکی: این نوع توربین، توانی در بازه 30 تا 330 کیلووات را تولید می‌کنند که در صورت یکپارچه‌سازی چند عدد از آنها، توان تولیدی به یک هزار کیلووات هم می‌رسد.
2ـ خروجی حرارتی: دمای دود خروجی از آنها در بازه 260 تا 315 درجه سانتی‌گراد است که مناسب استفاده در مکان‌هایی‌ است که به گرما نیاز دارند.
3ـ انعطاف‌پذیری در مصرف سوخت: میکروتوربین‌ها می‌توانند سوخت‌های مختلفی را به مصرف برسانند که از آن جمله می‌توان به گاز طبیعی، گاز ترش1 (با سولفور بالا و ارزش حرارتی کم)، سوخت‌های مایع مثل گازولین، نفت سفید، گازوئیل و روغن گرمایش2 اشاره کرد.
4ـ قابلیت اطمینان و عمر: عمر طراحی تخمینی این سامانه با احتساب پیاده و سوار کردن برای تعمیر3، بین 40 هزار تا 80 هزار ساعت است.
5ـ آلایندگی کم: با مصرف گاز طبیعی به‌عنوان سوخت، NOx کمی ‌تولید می‌شود.
6ـ قابلیت یکپارچه‌سازی4: واحدهایی از میکروتوربین‌ها برای استفاده در بارهای بیشتر و ایجاد اطمینانِ توانی5 می‌توانند به صورت موازی به هم وصل شوند.
7ـ عملیاتِ بخشی بار6: واحدهای میکروتوربین می‌توانند علی‌رغم تلفات کارایی، در یک بار خاص راه‌اندازی شوند.
8ـ ابعاد: میکروتوربین‌ها جمع‌ و ‌جور و سبک ‌وزن هستند و ابعادی در حدود 065/0  تا 076/0  مترمکعب و 18.144  تا 22.680 کیلوگرم بر کیلووات دارند.
قلب میکروتوربین، توربوکمپرسور است که معمولا محور آن در سرعت زاویه‌ای 60هزار دور بر دقیقه می‌چرخد7 و توسط یاتاقان‌های هوایی یا مغناطیسی حمایت می‌شود. یاتاقان‌های مکانیکی رایج نمی‌توانند برای ژنراتورهای سرعت‌بالا که در میکروتوربین‌ها استفاده می‌شوند، به‌کار روند؛ چون در این صورت، عمر کارکرد یاتاقان کم خواهد شد.
یاتاقان‌های هوایی از طریق یک لایه نازک هوای فشرده برای تحمل بار استفاده می‌شوند. این نوع یاتاقان، یاتاقان لایه سیالی نام دارد. سیال می‌تواند، نیروها را انتقال دهد، چون همین‌که سیال از درز یاتاقان با فشار می‌آید، میدان فشاری در سطح یاتاقان ایجاد می‌شود. این نوع یاتاقان‌ها مزایای زیادی دارند از جمله:
1ـ مقاومت در برابر خوردگی یا تولید گرما که از اصطکاک ناشی می‌شود.
2ـ اصطکاک ایستایی و حرکتی صفر
3ـ سختی بالا و خود‌ـ‌‌‌‌‌‌مرکزیت8 و... .
در طراحی و ساخت یاتاقان‌های هوایی، عدم لقی(کیپ‌بودن)، شدیدا لازم است. ساختار یاتاقان‌های هوایی هیبریدی، شامل هر دو یاتاقان‌های شعاعی و محوری است.
در یاتاقان‌های مغناطیسی، نیرو برای تعلیق روتور، توسط میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود. بر اساس ساختار و کاربردهای یاتاقان‌ها، یاتاقان‌های مغناطیسی، می‌توانند به انواع غیر‌فعال9، فعال و هیبریدی تقسیم گردند. اصول کار یاتاقان‌های مغناطیسی فعال در شکل نشان داده شده است.
کنترلر، اطلاعات دریافتی از روتور میکروتوربین را از حسگر گرفته، و سپس روتور را متناسب با موقعیت آن، توسط اصلاح دینامیکی جریان سیم‌پیچ الکترومغناطیس، کنترل می‌کند.
1ـ کاربردها: میکروتوربین‌ها بنابر ویژگی‌هایی که دارند در امور مختلفی استفاده می‌شوند. میکروتوربین‌های گازی در مکان‌هایی همانند هتل‌ها، مدارس، کارخانه‌ها، زندان‌ها، ایستگاه‌های تلویزیون، ایستگاه‌های تقویت فشار، آپارتمان‌ها، و اداره‌ها می‌توانند به ‌کار گرفته شوند.
میکروتوربین‌ها اولین بار در بازار با توان 30 تا 75 کیلووات ارائه شدند. در سال‌های اخیر، تولیدکنندگان میکروتوربین برای دست‌یابی به صرفه اقتصادی کارکردی بهتر، با کارایی بیشتر و هزینه‌های سرمایه‌گذاری، نگهداری و تعمیر کمتر، وارد کار شده‌اند؛ سازندگان میکروتوربین، توسعه محصولات با کارایی الکتریکی بیشتر را ادامه می‌دهند.

پی‌نوشت:

1-sour gas/ 2- heating oil/ 3- overhaul/ 4- Modularity/ 5-power reliability/ 6-Part-load Operation
7ـ این سرعت می‌تواند از 100هزار دور بر دقیقه هم بیشتر شود.

8-Self centering/ 9- Passive

منبع: مجله دانشمند شماره 617 اسفند 1393

مجله دانشمند 617