توربین گازی نوعی موتور احتراق داخلی است که از گاز فشرده برای تولید نیروی مکانیکی استفاده می کند. این نیروی مکانیکی سپس می تواند برای راه اندازی ژنراتور که آن را به برق تبدیل می کند، یا برای پیشرانش در کاربردهایی مانند موتورهای جت به کار رود.
در اینجا نحوه عملکرد یک توربین گازی بر اساس چرخه بریتون توضیح داده شده است:
- مکش هوا: هوا از جو به داخل کشیده می شود.
- فرآیند تراکم: هوا فشرده می شود که باعث افزایش فشار و دمای آن می گردد.
- احتراق: سوخت تزریق و مشتعل می شود، که باعث افزایش بیشتر دما و فشار گاز می شود.
- بخش توربین: گاز داغ و پرفشار از طریق یک توربین منبسط می شود و آن را به چرخش درآورده و نیروی مکانیکی تولید می کند.
- تولید برق: در کاربردهای تولید برق، از نیروی مکانیکی حاصل از توربین برای به کار انداختن ژنراتور برق استفاده می شود.
بازده توربین های گازی می تواند تا 60 درصد برسد و به دلیل توانایی آنها در تولید آلودگی کمتر و مصرف سوخت کمتر در مقایسه با سایر انواع موتورها به ازای واحد انرژی تولیدی، به طور گسترده در نیروگاه ها، صنعت هواپیمایی و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.
توربین گازی به زبان ساده:
توربین گازی مثل یک موتور جت غول پیکر است که به جای رانش هواپیما، برق تولید می کند.
- هوا: هوا را به داخل می کشد.
- فشرده سازی: هوا را فشرده می کند و گرم می کند.
- احتراق: سوخت (مثل گاز طبیعی) را با هوای فشرده مخلوط و مشتعل می کند.
- چرخش: گاز داغ با فشار زیاد پره های توربین را می چرخاند.
- تولید برق: چرخش توربین، ژنراتور را به حرکت در می آورد و برق تولید می شود.
اجزای اصلی یک توربین گازی کدامند؟
اجزای اصلی یک توربین گازی:
- کمپرسور: این بخش، هوا را از جو مکش می کند و آن را فشرده می سازد که باعث افزایش فشار و دمای هوا شده و این امر برای فرآیند احتراق ضروری است.
- محفظه احتراق (یا مشعل): در اینجا، هوای فشرده با سوخت مخلوط شده و مشتعل می شود، که به طور قابل توجهی باعث افزایش دما و فشار گاز می گردد.
- توربین: این بخش جایی است که گاز با انرژی بالا منبسط شده و پره های توربین را می چرخاند و انرژی حرارتی را به کار مکانیکی تبدیل می کند.
- شفت: این محور کمپرسور و توربین را به هم متصل می کند، بنابراین هنگامی که توربین می چرخد، کمپرسور را نیز به حرکت در می آورد.
- گیربکس: در برخی از توربین ها، از یک گیربکس برای تنظیم سرعت چرخش خروجی از توربین به ژنراتور یا سیستم محرک مکانیکی استفاده می شود.
- خروجی: پس از عبور گاز از توربین، از طریق سیستم خروجی دفع می شود.
این اجزا در یک چرخه با هم کار می کنند تا انرژی ذخیره شده در سوخت را به نیروی مکانیکی مفید تبدیل کنند که سپس می تواند برای تولید برق یا نیروی محرکه هواپیما مورد استفاده قرار گیرد.
توربین های گازی در چه زمینه هایی کاربرد دارند؟
توربین های گازی به دلیل نسبت قدرت به وزن بالا و بازدهی عالی، طیف وسیعی از کاربردها دارند. در ادامه برخی از مهمترین کاربردهای آنها آورده شده است:
- تولید برق: آنها به طور معمول در نیروگاه ها برای تولید برق استفاده می شوند، اغلب به عنوان بخشی از سیستم های سیکل ترکیبی که بازده کلی را بهبود می بخشد.
- صنعت هواپیمایی: توربین های گازی هسته اصلی موتورهای جت هستند و نیروی رانش لازم برای پیشرانه هواپیما را تامین می کنند.
- پیشرانه دریایی: در صنعت دریایی، از توربین های گازی برای نیروی محرکه کشتی ها، به ویژه در شناورهای سریعتر مانند شناورهای نظامی و برخی قایق های تفریحی استفاده می شود.
- صنعت نفت و گاز: آنها برای به کار انداختن کمپرسورها و پمپ ها، به ویژه در ایستگاه های خط لوله گاز طبیعی و پالایشگاه های نفت به کار گرفته می شوند.
- فرآیندهای صنعتی: توربین های گازی می توانند به عنوان محرک مستقیم مکانیکی برای کاربردهای صنعتی مختلف عمل کنند.
- بخش خودرو: در حالی که کمتر رایج است، از توربین های گازی به صورت آزمایشی در خودروها و کامیون ها استفاده شده است.
این کاربردها از توانایی توربین گازی در ارائه نیروی قابل اعتماد و مداوم در یک محفظه فشرده بهره مند می شوند.
مزایا و معایب استفاده از توربین های گازی در مقایسه با سایر منابع تولید انرژی چیست؟
مزایا:
- نسبت قدرت به وزن بالا: توربین های گازی برای اندازه خود توان قابل توجهی را ارائه می دهند که آنها را برای کاربردهایی که فضا و وزن عوامل مهمی هستند، ایده آل می کند.
- انعطاف پذیری عملیاتی: آنها می توانند به سرعت راه اندازی و خاموش شوند، که انعطاف پذیری عملیاتی را ارائه می دهد که برای تامین برق در زمان اوج مصرف مفید است.
- تنوع پذیری سوخت: توربین های گازی می توانند با سوخت های مختلف از جمله گاز طبیعی، دیزل و سوخت هواپیما کار کنند و قابلیت انعطاف پذیری در تامین سوخت را فراهم می آورند.
- هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی پایین تر: در مقایسه با نیروگاه های حرارتی با ظرفیت مشابه، توربین های گازی به طور کلی هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی پایین تری دارند.
- ساخت و کار ساده تر: طراحی، نصب و راه اندازی آنها آسان تر است و نیازی به دیگ بخار یا سیستم های تغذیه آب ندارد که باعث کاهش پیچیدگی می شود.
- نیاز کمتر به آب: نیروگاه های برق با توربین گازی نسبت به نیروگاه های حرارتی به آب کمتری نیاز دارند که در مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند، سودمند است.
- هزینه های نگهداری پایین: هزینه های نگهداری برای توربین های گازی نسبتاً کم است.
معایب:
- بازده پایین تر: در حالی که توربین های گازی کارآمد هستند، ممکن است بازده آنها نسبت به برخی روش های دیگر تولید برق، به ویژه زمانی که بخشی از یک سیستم سیکل ترکیبی نباشند، پایین تر باشد.
- آلایندگی بالا: در صورت عدم کنترل مناسب، توربین های گازی می توانند آلایندگی بالایی داشته باشند، اگرچه پیشرفت های فناوری به کاهش این مشکل کمک می کند.
- هزینه اولیه و هزینه های نگهداری بالا: با وجود هزینه های عملیاتی پایین تر، هزینه اولیه و هزینه های نگهداری می تواند زیاد باشد.
- توان خروجی خالص پایین: بخش قابل توجهی از انرژی تولید شده توسط یک توربین گازی برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می شود که می تواند منجر به توان خروجی خالص پایین تر شود.
- مشکلات راه اندازی: توربین های گازی برای راه اندازی کمپرسور به یک منبع برق خارجی نیاز دارند که می تواند یک نقطه ضعف باشد.
- عمر کوتاه تر در دماهای بالا: دمای بالای محفظه احتراق می تواند منجر به عمر کوتاه تر برخی اجزا شود.
این عوامل باعث می شود توربین های گازی برای برخی کاربردها مناسب و برای برخی دیگر ایده آل نباشند. هنگام انتخاب یک منبع انرژی، مهم است که نیازها و محدودیت های خاص یک پروژه را در نظر بگیرید.مطلب مرتبط : رکورد جدید در نصب توربین‌های بادی در سال گذشته
هزینه ساخت و راه اندازی یک توربین گازی چقدر است؟
هزینه ساخت و راه اندازی یک توربین گازی بسته به اندازه، نوع و فناوری توربین، همچنین موقعیت و کاربرد خاص آن می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. در ادامه برخی از برآوردهای کلی هزینه آورده شده است:
- هزینه های سرمایه ای: برای نیروگاه های توربین گازی در مقیاس صنعتی، هزینه های سرمایه گذاری می تواند از حدود 713 دلار به ازای هر کیلووات برای یک ژنراتور سیکل ساده F-Class با ظرفیت 240 مگاوات تا حدود 950 دلار به ازای هر کیلووات برای پیکربندی سیکل ترکیبی چندمحوره H-Class با ظرفیت 1100 مگاوات متغیر باشد.
- هزینه های بهره برداری و نگهداری (O&M): هزینه های ثابت O&M می تواند متفاوت باشد، با برآوردهایی در حدود 7 دلار به ازای هر کیلووات برای یک ژنراتور سیکل ساده F-Class تا 12.20 دلار به ازای هر کیلووات برای پیکربندی سیکل ترکیبی چندمحوره H-Class.
مهم است که توجه داشته باشید که این ارقام فقط برآورد هستند و هزینه های واقعی می توانند تحت تأثیر عوامل زیادی مانند شرایط بازار، پیشرفت های تکنولوژیکی و تفاوت های منطقه ای در هزینه نیروی کار و مواد اولیه قرار بگیرند. برای ارزیابی دقیق تر، مشورت با کارشناسان صنعت یا دریافت قیمت از تولیدکنندگان ضروری است. علاوه بر این، برای درک جامع از کل هزینه مالکیت، باید هزینه های جاری سوخت، نگهداری و بهره برداری را در نظر گرفت.
کدام کشورها در زمینه توربین های گازی پیشرو هستند؟
کشورهای پیشرو در ساخت توربین های گازی به دلیل توانمندی های مهندسی پیشرفته و زیرساخت های صنعتی قوی شناخته شده اند. برترین تولیدکنندگان اغلب از کشورهایی مانند:
- ایالات متحده: محل شرکت هایی مانند جنرال الکتریک پاور (GE Vernova) که بازیگران مهمی در بازار توربین های گازی هستند.
- آلمان: زیمنس انرژی، یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ، در این کشور مستقر است.
- ژاپن: میتسوبیشی پاور و صنایع سنگین میتسوبیشی از بازیگران کلیدی صنعت توربین گازی در ژاپن هستند.
- ایتالیا: آنسالدو انرژی شرکت ایتالیایی شناخته شده به خاطر توربین های گازی خود است.
- چین: شرکت هایی مانند گروه شرکت های برق شانگهای و شرکت سهامی برق دونگ فانگ در بخش توربین گازی چین پیشرو هستند.
این کشورها دارای سابقه طولانی در تولیدات صنعتی بوده و همچنان برای پیشبرد فناوری توربین گازی در تحقیق و توسعه سرمایه گذاری می کنند. آنها به دلیل مشارکت در بخش انرژی جهانی و ارائه توربین های گازی کارآمد و قابل اعتماد برای کاربردهای مختلف شناخته شده اند.
و اما در پایان ، این منابع برای بهتر نوشتن این مطلب به ما کمک کردند :
انتهای مطلب
