مقدمه:

فناوری نانو، نانوفناوری یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می‌دهند. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته واز فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه می‌باشد. از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی گستره طراحی و ساخت ساختمانها هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآمدتر و پربازده‌تر در مقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتیمهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی شیمی و مهندسی کشاورزی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، زیست فناوری(Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

مراحل فناوری نانو

در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:

1. طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم.
2. ترکیب این ساختارها و تبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.
3. ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای سودمند.

انتظار می‌رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند.

محصولات

محصولات نانو مواد را هم می‌توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

1. فیلم‌های نانو لایه برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی.
2. نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی.
3. نانو ذرات به عنوان پیش‌سازنده یا اصلاح ساز پدیده‌های شیمیایی و فیزیک

حفاظت از لوله های گاز در شبکه های گازرسانی از اهمیت خاصی برخوردار است. مسئله حفاظت از خوردگی، خصوصا در گاز رسانی مناطق شهری، بسیار حساس و حیاتی است. شرکت ملی گاز ایران برای حفاظت لوله های گاز در برابر خوردگی، دارای استاندارد مشخصی است که این استاندارد برای مناطق شهری و بین شهری بطور یکسان اعمال میشود. این مقاله، لزوم بازنگری در نحوه استاندارد آرایش اندهای حفاظت کاتدی رامورد بررسی قرار می دهد. علت این بازنگری از آنجا ناشی می شود که در ارایش مورد استفاده شرکت ملی گاز برای ایجاد بستر آندهای حفاظت کاتدی از نوع افقی احتیاج به زمینی به کم و طول بسیار زیاد است (بطور متوسط ۳ در ۴۵متر)، که البته ابتیاع چنین زمینهای بد قواره ای در مناطق شهری ، عملا بسیار دشوار و غیر اقتصادی است. بنابرانی، در این موارد از آرایش استاندارد نوع چاهی استفاده می شود که از لحاظ سطح، احتیاج به زمینهای کم وسعت است و اندهای حفاظت کاتدی در عمق زمین قرار می گیرند. اما متاسفانه بعلت بالا بودن سطح آبهای زیر زمینی در بسیاری از مناطق شهری شمال کشور، احداث چنین چاههای عمیق هم از مسائل عدیده ای است که شرکت ملی گاز منطقه مازندران را بامشکل مواجه کرده است. لذا امکان تغییر آرایش آندهای بستر زمین حفاظت کاتدی جهت تامین حفاظت شبکه لوله های گاز در مناطق شهری جزو مسائل مبرم شرکتهای گازسانی شمال کشور است که در این مقاله مورد مطالعه قرار می گیرد.

۱-امروزه سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، از پرکاربردترین قطعات حالت جامد هستند. سیلیکون نیمه‌رسانایی با گاف نواری (مناسب برای جذب نور خورشید) می‌باشد. جفت‌های الکترون- حفره‌ در اثر تابش نور خورشید در نیمه‌رسانا تولید می‌شوند. این حامل‌های بار متحرک می‌توانند جریان الکتریکی تولید کنند. تولید ولتاژ الکتریکی به یک گاف انرژی بین ترازهای انرژی الکترونی نیاز دارد. اما چگونه می‌توان با استفاده از گاف انرژی، ولتاژ تولید کرد؟ برای این منظور، به یک پیوند p-n نیاز است. ساختار سلول‌های سیلیکونی، از یک فیلم نازک نوع n (ضخامتی در حدود یک یا چند میکرومتر) بر روی یک فیلم نوع p که ضخامت بیشتری دارد، تشکیل می‌شود. جفت‌های الکترون- حفره‌ تولید شده بوسیله نور خورشید در فصل مشترک این دو ناحیه پخش می‌شوند، جایی که میدان الکتریکی داخلی موجب جدایی بار می‌شود. در سلول‌های خورشیدی پیوند n-p بحث درباره تولید و بازترکیب حامل‌ها، که بسته به ولتاژ اعمال شده بر روی پیوند در گاف ممنوعه انرژی نیمه‌رسانا رخ می‌دهد، ضروری به نظر می‌رسد.

۲- انواع سلول‌های خورشیدی
سلول‌های خورشیدی را می‌توان به دو دسته مجزا تقسیم کرد: سلول‌های خورشیدی متداول، مانند پیوندگاه‌های p-n سیلیکونی و سلول‌های خورشیدی اکسیتونی (XSCها یا Excitonic Solar Cells). بیشتر سلول‌های خورشیدی برپایه مواد آلی، شامل سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای ( DSSC یا Dye-sensitized solar cells) و سلول‌های ترکیبی غیرآلی-پلیمری (Polymer-Inorganic Hybrid Cells)، در دسته XSC ها، قرار می‌گیرند.

در این سلول‌ها، برانگیختگی الکترونی در اثر جذب نور، جفت الکترون-حفره مقید، که اکسیتون نامیده می‌شوند، تولید می‌کند.

اکسیتون‌ها اگرچه به‌طور مستقیم در فصل مشترک‌های ناهمگن تولید نمی‌شوند، باید در این فصل مشترک‌ها پراکنده شوند، تا تولید فوتونیِ (Photogeneration) حامل‌های بار صورت گیرد. این یک ویژگی متمایز کننده XSC‌‌ها است، که حامل‌های بار بلافاصله پس از تولید، در یک فصل مشترک دوگانه تفکیک می‌شوند. در مقابل در سلول‌های معمولی، تولید فوتونی جفت الکترون- حفره آزاد، در نیمه‌رسانای حجیم رخ می‌دهد و جدایی بار، که بر اساس ورود آن‌ها به پیوندگاه صورت می‌گیرد، فرآیندی است که پس از آن انجام می‌شود. این تمایز به ظاهر کوچک منجر به تفاوت‌های اساسی در رفتار فوتوولتایی می‌شود [۳].

۳- سلول‌های خورشیدی متداول 
این سلول‌ها، از پیوندگاه‌های صفحه‌ای سیلیکونی ‌(نیمه‌رساناهای نوع n و p) ساخته می‌شوند، ‌که پتانسیل الکترواستاتیک در فصل مشترک، نیروی محرکه برای جدایی بارها را فراهم می‌کند. هنگامی که فوتون‌های نور به اتم‌های نیمه‌رسانا، برخورد می‌کنند‌، الکترون‌ها از جای خود بیرون رانده می‌شوند. جدا شدن الکترون‌ها، اتم‌هایی با بار مثبت باقی می‌گذارد. این اتم‌ها الکترون‌های آزاد در سیلیکون را جذب می‌کنند. اگر یک پیوند n-p در سیلیکون تشکیل شود، این حرکت تصادفی می‌تواند به یک جریان از الکترون‌ها تبدیل شود. الکترون‌های جدا شده بوسیله فوتون‌ها در نزدیکی پیوند n-p به سمت ناحیه p پیوندگاه جذب می‌شوند، که نتیجه آن، بوجود آمدن یک جریان در حضور نور است. مقدار جریان (بر حسب آمپر) مستقیماً متناسب با شدت نور است. پتانسیل جریان بر حسب ولت به شدت نور وابسته نیست. اگر بوسیله هر فوتون که با سلول خورشیدی برخورد می‌کرد، یک الکترون جدا می‌شد، سلول %۱۰۰ نوری را که به آن می‌رسید، به الکتریسیته تبدیل می‌کرد. درحالی‌که بازده سلول‌های خورشیدی واقعی %۵ تا %۲۰ است. [۵-۴].

۳-۲- پیوندگاه p-n، خواص الکتریکی
نقش مهم پیوند n-p، تفکیک بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) تولید شده بوسیله نور است. در شکل (۱) نوار انرژی نیمه‌رساناهای نوع n و p نشان داده شده است. هنگامی‌که یک پیوند n-p تشکیل می‌شود، گرادیان‌های بزرگ تراکم حامل موجب پخش حامل‌ها می‌گردد. به این صورت که حفره‌ها از نیمه‌رسانای نوع p به نیمه‌رسانای n و الکترون‌ها از نیمه‌رسانای نوع n به نیمه‌رسانای نوع p پخش می‌شوند. به‌دلیل وجود اتم‌های ناخالص یونیزه شده، هنگامی‌که الکترون‌ها و حفره‌ها در عرض پیوند پخش می‌شوند، یک لایه بدون حامل‌های بار متحرک، تشکیل می‌شود (شکل(a)2). این ناحیه را، ناحیه سدی (تهی depletion Region) می‌نامند. ناحیه سدی، بوسیله یون‌های دهنده و پذیرنده یونیزه شده، باردار می‌شود. این بار فضایی، یک میدان الکتریکی بوجود می‌آورد که با پخش بار در عرض پیوند، مخالفت می‌کند. هنگامی‌که جریان سوق ناشی از میدان الکتریکی با جریان پخش ناشی از گرادیان تراکم حامل، برابر می‌شود، تعادل گرمایی برقرار ‌شده و در این هنگام، سطوح فرمی نیمه‌رساناهای نوع n و نوع p، مساوی می‌شوند (شکل(b)2). اختلاف پتانسیل الکترواستاتیک بین نیمه‌رساناهای نوع n و نوع p در تعادل گرمایی، پتانسیل درونی (built-in potential) ، نامیده می‌شود و مساوی با اختلاف تابع کار سمت p و سمت n است [۸-۶]:

                                           (۱)                                                             

که  و به‌ترتیب تراکم یون‌های پذیرنده و دهنده در نیمه‌رساناهای نوع n و نوع p و تراکم حامل ذاتی می‌باشد. در واقع، برقراری یک سطح فرمی برای سیستم در حالت تعادل گرمایی (مانند شکل b)2) بوسیله تولید یک انرژی پتانسیل الکترواستاتیک انجام می‌شود که پتانسیل درونی دارد. به‌دلیل وجود این انرژی پتانسیل، نوارهای رسانش و ظرفیت در ناحیه اتصال دو نیمه‌رسانا دچار خمیدگی (band bending) می‌شوند.

شکل۱-  نوار انرژی و حامل‌های اکثریت نیمه‌رساناهای نوع n وp

شکل۲- a) ساختار شماتیکی پیوند n-p و b) نمودار نوار انرژی آن در تعادل گرمایی [۶].

۳-۲-۱- مشخصه‌های جریان- ولتاژ ایده‌آل تحت تاریکی
در یک پیوند n-p، بین جریان با جهت موافق (که در آن الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به سمت پیوندگاه حرکت می‌کنند) و جریان با جهت معکوس (که در آن الکترون‌ها و حفره‌ها از پیوندگاه دور می‌شوند) تمایز وجود دارد. هنگامی‌که جهت جریان موافق است (شکل(a)3) الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به سمت ناحیه تهی می‌آیند و به‌عنوان حامل‌های اقلیت در ناحیه‌ای که به طور مخالف آلاییده (oppositely doped region) شده است، حرکت می‌کنند و در آنجا پس از طی مسیر متوسطی که از مرتبه طول پخش است، بازترکیب می‌شوند (الکترون‌ها در سمت n و حفره‌ها در سمت p حامل اقلیت هستند). هنگامی‌که جهت جریان معکوس است (شکل ۳b) الکترون‌ها از ناحیه p و حفره‌ها از ناحیه n به سمت ناحیه تهی می‌آیند [۸-۶].
هنگامی‌که یک پیش‌ولت (bias) با اتصال پایانه مثبت به سمت p و پایانه منفی به سمت n استفاده شود، ولتاژ به کار گرفته شده، پتانسیل الکترواستاتیک در ناحیه تهی را کاهش می‌دهد (شکل۴a). این قطبیدگی، پیش‌ولت موافق (forward bias) نامیده می‌شود. در این مورد جریان سوق، کاهش می‌یابد و پخش الکترون‌ها و حفره‌ها به‌ترتیب از سمت n به سمت p و از p به n افزایش می‌یابد. در تعادل گرمایی، تراکم الکترونی در سمت n برابر است با [۶]:

 (۲)                                                                          

و به ترتیب تراکم الکترون در نیمه‌رسانای نوع- n و نوع p در شرایط تعادل گرمایی است. با استفاده از تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت p،  (که از تراکم حامل اقلیت بدست می‌آید) می‌توان تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت n را محاسبه کرد. بنابراین هنگامی که یک پیش‌ولت موافق ،  بر پیوند اعمال شود و در شرایط تزریق کم () تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت n، بدست می‌آید:

شکل۳- پیوند n-p : a) پیش‌ولت موافق و b) پیش‌ولت مخالف [۸].

شکل۴- نمودار نوار انرژی تحت a) پیش‌ولت موافق و b) پیش‌ولت مخالف [۶].

در لایه n، معادله پیوستگی حالت پایا برابر است با:

                                              (۴)                                          

حل این معادله دیفرانسیلی به صورت زیر است:

   (۵)                                       

کهx_n پهنای لایه تهی سمت n و L_p طول پخش حفره‎‌ها در سمت n را نشان می‌دهد. بنابراین، چگالی جریان پخش در سمت n درx=x_n برابر است با:

(۶)                         

به طور مشابه، چگالی جریان پخش در سمت p درx=-x_p برابر است با:

(۷)                          

که طول L_n پخش الکترون‌ها در لایه p است. بنابراین، چگالی جریان نهایی برابر می‌شود با:

    (۸)     

J_o چگالی جریان اشباع نامیده شده و با عبارت زیر نشان داده می‌شود [۸-۶]:

(۹)                                    

هنگامی‌که یک پیش‌ولت معکوس بر روی پیوند به‌کار گرفته شود، ولتاژ اعمال شده، V_R، ولتاژ الکترواستاتیک در ناحیه تهی را افزایش می‌دهد (شکلb4). بنابراین، چگالی جریان پخش متوقف می‌شود. به طور مشابه، مشخصه جریان- ولتاژ تحت یک پیش‌ولت معکوس با عبارت زیر داده می‌شود [۸-۶]:

(۱۰)                                                                  

شکل(۴) نمودار انرژی دو نیمه‌رسانا در ناحیه پیوند، تحت پیش‌ولت موافق و مخالف نشان می‌دهد.
۳-۲-۲- اثرات تولید و بازترکیب حامل
ساختن یک پیوند n-p، با مشخصه جریان- ولتاژ ایده‌آل، مشکل است. در یک سلول واقعی، بحث درباره تولید و بازترکیب حامل در ناحیه تهی، مفید خواهد بود. در شرایط پیش‌ولت معکوس، تولید الکترون‌ها وحفره‎‌ها در ناحیه تهی، در میانه تراز انرژی نیمه‌رسانا در گاف ممنوعه انرژی رخ می‌دهد. در پیش‌ولت موافق، حامل‌ها در نوار انرژی (در گاف ممنوعه انرژی) بازترکیب می‌شوند (شکل۳). جریان بازترکیب با عبارت تقریبی زیر داده می‌شود [۸و۶]:

(۱۱)                                                                                

چگالی جریان موافق در پیوند n-p واقعی، با رابطه تجربی زیر داده می‌شود [۸-۶]:

           (۱۲)                                                                          

که عامل ایده‌آلی نامیده می‌شود و مقادیر بین ۱ و ۲ دارد. در پیوند n-p ایده‌آل، هنگامی‌که جریان پخش غالب است، و هنگامی‌که جریان بازترکیب غالب است، می‌باشد.

۳-۳- خواص فوتو ولتایی
هنگامی‌که پیوند n-p تحت تابش نور خورشید قرار می‌گیرد، جفت‌های الکترون- حفره، تولید می‌شوند، که تعدادشان وابسته به شدت نور است. به دلیل میدان الکتریکی موجود در ناحیه سدی، سوق الکترون‌ها به سمت ناحیه n و حفره‌ها به ناحیه p ، صورت می‌گیرد. هنگامی که یک سیم خارجی به صورت مدار کوتاه به پیوند متصل شود، این جدایی بار، جریانی از n به سمت p بوجود می‌آورد (شکل۵). به این ترتیب الکترون- حفره‌های تولید شده در یک فاصله طول پخش از لبه ناحیه تهی، سهمی در فوتوجریان خواهند داشت. نمودار نوار انرژی در مدار کوتاه و مدار باز در شکل (۶) نشان داده شده است. هنگامی که دو سمت n و p در یک مدار کوتاه واقع می‌شوند، جریان، جریان مدار کوتاه L_sc (Short-circuit current، نامیده می‌شود و در صورتی‌که مقاومت سری صفر باشد، با جریان فوتو تولیدی L_L، برابر است. هنگامی‌که دو سمت n و p ایزوله می‌شوند، الکترون‌ها به سمت n و حفره‌ها به سمت p، حرکت می‌کنند، که منجر به تولید پتانسیل می‌شود. ولتاژ ظاهر شده، ولتاژ مدار باز (Open-circuit photovoltage)، نامیده می‌شود [۷-۶].

شکل۵- شماتیکی از جریان حامل در پیوند n-p تحت تابش، قرارگرفته در یک مدار کوتاه، که W پهنای ناحیه سدی است [۶].

شکل۶-  نمودار انرژی پیوند n-p تحت تابش،a) جریان مدار کوتاه و b) مدار باز [۶].

با فرض واحد بودن مساحت سلول، مشخصه جریان- ولتاژ پیوند n-p تحت تابش با رابطه زیر داده می‌شود [۸-۶]:

(۱۳)                                                                        

در مدار باز، ولتاژ از رابطه زیر بدست می‌آید [۸-۶]:

  (۱۴)                                                                                

هنگامی‌که سلول خورشیدی تحت شرایطی عمل کند که توان خروجی آن ماکزیمم باشد، در نقطه عمل بهینه، ولتاژ V_m و جریان I_m خواهد بود و I_scعوامل V_oc تعیین‌کننده بازده یک سلول خورشیدی هستند، که در آینده بیشتر به آنها می‌پردازیم. بازده نهایی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی، به‌عنوان نسبت ماکزیمم توان الکتریکی خروجی تولید شده به توان کامل نور برخوردی تعریف می‌شود و از رابطه زیر بدست می‌آید [۸-۶]:

(۱۵)                                                            

که J_sc  در آن چگالی فوتوجریان اندازه‌گیری شده در مدار کوتاه،V_oc ولتاژ مدار باز، عامل پرشدگی (Fill Factor) سلول و P_in شدت نور برخوردی است. FF دارای مقادیر بین صفر تا یک است و به صورت  تعریف می‌شود. به‌منظور افزایش بازده یک سلول، بیشینه همه پارامترهای فوتوولتایی مورد نیاز است. پارامترهای فوتوولتایی، تحت شرایط آزمایشی استاندارد برآورد می‌شوند. طیف استاندارد برای اندازه‌گیری بازده سلول‌های خورشیدی یا توده هوا: تابش خورشیدی در هنگام عبور از اتمسفر، تا اندازه‌ای جذب می‌شود. جذب، اغلب به دلیل وجود گازها و ذرات غبار صورت می‌گیرد [۸])، با چگالی توان فرودی ۱۰۰۰ و دمای  ۲۵ است [۶].

۴- بحث و نتیجه‌گیری:
به‌منظور تولید ولتاژ در یک سلول خورشیدی، به یک پیوند p-n نیاز داریم. نقش پیوند n-p، تفکیک حامل‌های بار تولید شده بوسیله نور است. به‌دلیل وجود میدان الکتریکی در ناحیه سدی پیوند n-p، سوق الکترون‌ها به سمت ناحیه n و حفره‌ها به ناحیه p، صورت می‌گیرد. هنگامی‌که یک سیم خارجی به صورت مدار کوتاه به پیوند متصل شود، این جدایی بار، جریانی از n به سمت p بوجود می‌آورد. به این ترتیب الکترون- حفره‌های تولید شده در یک فاصله طول پخش از لبه ناحیه تهی، سهمی در فوتوجریان خواهند داشت. در شرایط پیش‌ولت معکوس، تولید الکترون‌ها وحفره‎‌ها در ناحیه تهی، در میانه تراز انرژی نیمه‌رسانا، در گاف ممنوعه انرژی رخ می‌دهد. در پیش‌ولت موافق، حامل‌ها در تراز انرژی، در گاف ممنوعه انرژی، بازترکیب می‌شوند. سه پارامتر فوتو‌ولتایی تعیین‌کننده بازده یک سلول خورشیدی عبارتند از:۱- جریان مدار کوتاه I_sc، و ۲- ولتاژ مدار بازV_oc، و ۳- عامل پرشدگیFF.

نیروگاه بخاری

تفاوت یک نیروگاه بخار با نیروگاههای دیگر در چگونگی تولید بخار است. هر روشی که برای تولید بخار بکار می‌رود باید مقدار زیادی گرما استفاده شود تا توربین‌های بخار بکارانداخته شود که این گرمای زیاد باعث کاهش راندمان نیروگاه بخاری می شود  اما اگر بتوان در یک نیروگاه بخار از تلفات حرارتی  زیاد که در کندانسور اتفاق می افتد ، استفاده صنعتی شود راندمان حرارتی نیروگاه بخار به مقدار قابل ملاحظه ای بالا می رود به همین جهت در تمام جاهایی که علاوه بر انرژی الکتریکی احتیاج به مقدار زیادی انرژی حرارتی باشد از توربین بخاری استفاده می شود تا بتوان پس از انجام کار الکتریکی از حرارت باقیمانده استفاده حرارتی کرد . که درتوربین بخار، بخار خارج شده از آخرین مرحله توربین توسط لوله هایی برای مصارف صنعتی و حرارتی هدایت می شود .

راههای بالا بردن راندمان و کم کردن تلفات در نیروگاه بخاری :

۱٫ بهتر کردن راندمان ماشین ها  و دستگاهها توسط  تغییر دادن ساختمان آنها و بزرگ کردن قدرتشان .

۲ . کم کردن مصرف داخلی نیروگاه توسط بکار انداختن صحیح ماشین ها و دستگاهها .

۳ . کم کردن تلفات حرارتی توسط بازیابی از حرارت آب تقطیر شده و تلفات بخار توربین .

۴٫  بهتر کردن راندمان حرارتی .

راندمان حرارتی را می توان بطریق زیر بالا برد :

الف- کم کردن فشار داخل کندانسور

ب- بالا بردن فشار و درجه حرارت بخار تازه

پ- داغ کردن مکرر بخار

ت- پیش گرم کردن آب تغذیه شدیر توسط بخار زیر کش شده از توربین

عیب این نوع نیروگاه تولید گازکربنیک فراوان واکسیدهای ازت وگوگرد وغیره است که درجو زمین رها شده ومحیط زیست را آلوده می سازد. ماکسیمم راندمان این نیروگاه ۴۱٪ است که با تمامی امکانات موجود امروزی می توان به دست آورد.

نیروگاه گازی

نیروگاه گازی به نیروگاهی می گویند که برمبنای سیکل گازکارمی کند وازسیکل های حرارتی می باشد یعنی سیال عامل کاریک گازمی باشد وعامل انتقال وتبدیل انرژی گازیست مانند هوا ،  اما درنیروگاه های بخارعامل انتقال  بخارمایع می باشد . قدرت نیروگاه های گازی از ۱Mw و تا بالای۱۰۰Mw  نیزساخته می شود.
مزیت نیروگاه گازی  :
۱٫ سادگی آن : تمام تجهیزات روی یک شافت سواراست .
۲٫ ارزان بودن : چون تجهیزات آن کم است .
۳٫ سریع النصب است .
۴٫ کوچک است : درسکوهای نفتی که نیاز به  تولید برق زیادی می باشد باید ازنیروگاه گازی استفاده کرد، تا جای کمتری بگیرد.
۵٫ احتیاج به آب ندارد :  درسیکل اصلی نیروگاه نیاز به آب نیست اما درتجهیزات جنبی مثلا برای خنک کردن هیدروژن به کاررفته جهت سرد کردن ژنراتور درسرعت های  بالا نیاز به آب است.
۶٫ راه اندازی این نیروگاه سریع است .

یک نیروگاه بخار رابعد از راه اندازی نباید خاموش کرد  اما نیروگاه گازی بدین صورت است که صبح می توان روشن کردوآخرشب خاموش نمود. همچین نیروگاه گازی بسیارمناسب برای بارپیک است اما نیروگاه بخاربرای بارپیک نامناسب می باشد .
معایب :
۱٫ آلودگی محیط زیست
۲٫ عمرکم  :  فرسوده شدن توربین وکمپرسور
۳٫ استهلاک زیاد : پره توربین ، پره کمپرسور
۴٫ راندمان کم

دلایل راندمان پایین  :
الف ) خروج دود با دمای زیاد
ب ) حدود ۳/۱ توان توربین صرف کمپرسورمی شود .بنابراین درنیروگاه گازی برای استفاده درازمدت اصلا جایزنیست چراکه هزینه مصرف سوخت گران است .
۵٫ امکان استفاده ازسوخت جامد فراهم نیست . ( مانند زغال سنگ ) چراکه بلافاصله پره های رتورپرازدود می شود .
اگرزمان بهره برداری بالای ۲۰۰۰ساعت درسال باشد نیروگاه بخارو اگرزمان بهره برداری درسال بالای ۵۰۰۰ ساعت باشد ، نیروگاه آبی استفاده می شود.درکشورما برق عمده مصرفی برق خانگی است ( ۶۰% ) وحدود ۳۰ % برق صنعتی است . درنتیجه ۵۰ % نیروگاه های کشورباید هرشب روشن شود ؛ بنابراین قسمت عمده برق تولیدی ما باید ازنوع نیروگاه گازی باشد.  نیروگاه گازی رابه دلیل ارزانی درکارخانجات نیز می توان به کاربرد . نیروگاه  گازی  را در نیروگاه اتمی نیزبه کار می برند و از آن در جهت سردکردن رآکتور استفاده می شود که هوای داغ و فشرده شده به  نیروگاه گازی داده می شود که برق مصرفی  نیروگاه اتمی  را  تأمین می کنند .
درنیروگاه های گازی جهت افزایش راندمان روش هایی را اتخاذ می کنند.

۱٫با  دود خروجی هوای ورودی به اتاق  را گرم می کند : سیکل پیچیده ترشده اما راندمان بالامی رود .

۲٫استفاده از کمپرسور دو مرحله ای

بالاترین راندمان چیزی درحدود ۳۵% است که نیروگاه دارای کمپرسور دومرحله ای توربین دومرحله ای وپیش گرم کن می باشد.

نیروگاه سیکل ترکیبی

یکی از پرکاربرد ترین نیروگاهها در کشور ما نیروگاهای سیکل ترکیبی هستند : این نیروگاه از ترکیب دو نیروگاه حرارتی و گازی تشکیل شده است. نیروگاه سیکل ترکیبی به مراتب دارای راندمانی بالاتر از نیروگاه حرارتی است و یکی دیگر از مشخصه های خوب آن ،این است که خیلی زود وارد مدار میشود ! نیروگاه نکا در شمال کشور – نیروگاه شهید رجایی قزوین – نیروگاه شازند اراک – نیروگاه قم ، از این دسته نیروگاهها هستند. نیروگاههای سیکل ترکیبی علاوه بر داشتن بازده و توان بالا، از مزایای دیگری نیزبرخوردار است :

۱٫     انعطاف‌پذیری

۲٫      راه‌انداز سریع

۳٫      مناسب بودن برای تأمین بار پایه و عملکرد دوره‌ای

۴٫       بازده بالا درمحدود گسترده‌ای ازتغییرات بار

۵٫      امکان استفاده از زغال سنگ وانواع دیگر سوختها

عیب بارز چرخه ترکیبی، پیچیدگی آن است، زیرا اساساً در چرخه ترکیبی از دو نوع تکنولوژی متفاوت استفاده می‌شود.

نیروگاههای برق – آبی  که به عنوان یکی از نیروگاههای سیکل ترکیبی و جز نیروگاه های استراتژیک می باشد وتولید انرژی در این نیروگاه به این ترتیب است که تولید این نیروگاهها هیچگاه دائمی نیست و فقط بستگی به زمان خروج آب از دهانه سد دارد ! قدرت تولیدی این نیروگاهها معمولا پایین است و تنها برتری آنها این است که از نظر اقتصادی نیازی به هزینه کردن برای مواد اولیه ندارند ! و عملا با آب کار میکنند . به خاطر تولید ثابت آنها معمولا برای کنترل فرکانس شبکه از این نیروگاهها زیاد استفاده میشود ! نیروگاههای سیکل ترکیبی با راندمان بیش از۵۰ درصد بیشترین بازده را دارا می باشد.

نیروگاه هسته ای

یک نیروگاه برق هسته ای با یک نیروگاه برق که از سوخت فسیلی استفاده می کند در بسیاری از قسمت ها مشترک هستند. هر دو آنها به بخار آب برای بگردش در آوردن توربین بخار نیاز دارند ، تنها تفاوت آنها در این است که در نیروگاه هسته ای بجای سوخت فسیلی از واکنش های هسته ای برای تهیه بخار استفاده می شود.

از طرفی هم می توان ادعا کرد که نیروگاه برق اتمی، اقتصادی ترین نیروگاهی است که امروز در دنیا احداث می شود . دلایل دیگری هم برای استفاده از نیروگاه اتمی برای تولید برق وجود دارد که از مهم ترین آنها می توان به پاکیزه بودن این روش، عدم تولید گاز گلخانه ای و دیگر آلاینده های زیست محیطی اشاره کرد. سوخت های فسیلی مانند ذغال سنگ، مقدار قابل توجهی از انواع آلاینده ها همانند ترکیبات کربن و گوگرد را وارد محیط زیست می سازند که برای سلامت انسان زیانبار است. انرژی هسته‌ای دارای بازده فوق‌العاده زیادی نسبت به منابع دیگر انرژی برق می‌باشد فقط مشکل عمده در تهیه تجهیزات و دستگاههای لازم برای غنی‌سازی اورانیوم و استفاده ازآن برای تولید برق است و امروزه این تکنولوژی بیشتر در اختیار کشورهای صنعتی قرار دارد . از معایب این نیروگاه این است که نیروگاه هسته ای برای تولید برق پیک بسیار نامساعد است و باید فقط برای تولید برق پایه بکار میرود.

نیروگاه آبی

امروزه استفاده از نیروگاههای آبی بهترین گزینه در بهبود محیط زیست و کاهش انواع آلودگی ها می باشد .

ازجمله مزایای نیروگاه آبی :

۱- استفاده از منابع طبیعی .

۲- سازگاری زیاد با محیط زیست

۳- عمر این نیروگاه طولانی است

۴- بر طرف کننده نیاز عمده بخش کشاورزی

۵- اصلاحات زیست محیطی                                                                                 از معایب نیروگاه آبی و یا چیزی که استفاده از نیروی آبی را برای تولید انرژی محدود می کند گرانی قیمت تاسیسات می باشد به همین جهت در کشورهای پیشرفته از نیروگاه آبی فقط در شرایط خاص استفاده می کنند .

نیروگاه بادی

با توسعه نگرشهای زیست محیطی و راهبرد های صرفه جویانه در بهره برداری از منابع انرژی های 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 تواند یک انتخاب مناسب در مقایسه با سایر منابع انرژی تجدید پذیر باشد.

۱٫ عدم نیاز به آب

۲٫ عدم آلودگی محیط زیست

  ۳ . عدم نیاز توربین بادی به سوخت

۵٫  ایجاد سیستم پایدار انرژی

۶٫ قیمت پایین توربین های بادی در مقایسه با دیگر صورت های انرژی های نو

یکی از بزرگترین موانع بهره برداری از نیروی باد ، مسأله تأثیر زیست محیطی آن است. بسیاری از مردم عقیده دارند ، مولدهای بادی از نظر ظاهری ناخوشایند بوده و پر سر و صدا می‌باشند؛ بخصوص چون در نواحی زیبای خارج از مناطق شهری قرار دارند   صدای متوالی توربینهای دکلهای آسیاب بادی برای کسانی که در نزدیکی آنها می‌باشند، یک موضوع مهم به شمار می‌رود . راندمان کلی این نیروگاه ۳۳% می باشد .

خوش آمدید

مقدمه:

به دلیل افزایش مشترکان برق شهر و به دنبال آن افزایش تعداد دستگاه های برقی و یا اشکال در توزیع درست برق، ممکن است ولتاژ برق شهری از میزان ۲۲۰ ولت، بالاتر یا پائین تر رود.

این تغییرات می تواند منجر به آسیب هایی به قسمت ها یی همچون موتور ، کمپرسور ، پاور یا… دستگاه ها گردد.

به همین منظور برای حفاظت از لوازم برقی بویژه:

یخچال ،

تلوزیون های LCD,LED،

تجهیزات اداری ،

تجهیزات پزشکی ،

سیستم های روشنایی وسیستم های ایمنی ،

کولر گازی ،

لباسشوئی ،

سیستم صوتی و تصویری و کامپیوتر و… می بایست از استبلایزر استفاده نمود .

این دستگاه در زمان افت یا افزایش ولتاژ برق شهر از میزان ۲۲۰ ولت (در یک بازه مشخص حداقل ولتاژ و حداکثر ولتاژ) ولتاژ برق را اصلاح نموده وآن را به سطح ۲۲۰ ولت بر می گرداند و از دستگاه های برقی بدون قطع برق محافظت می نماید.

تنها در صورتی استابلایزر برق خروجی را قطع خواهد نمود که ولتاژ از حد مجاز ولتاژ حداقلی و یا حداکثری دستگاه پایئن تر یا بالاتر رود.

فروش ویژه صاعقه گیر آذرخش

مزایای استابلایزرها :

۱. تثبیت برق شهر:

برق شهر دارای نوسانات ولتاژ است، به همین دلیل استفاده از استابلایزر میتواند با تثبیت ولتاژ به میزان قابل توجهی عمر و راندمان دستگاه های مصرف کننده را بالا ببرد.

۲. محافظت در مقابل اتصال کوتاه:

اگر به هر دلیلی اتصالی در خروجی و یا مدارات داخلی استابلایزر اتفاق بیافتد بلافاصله دستگاه به صورت اتوماتیک توسط میکروکنترلر تعبیه شده ، خروجی را قطع نموده و از بروز هرگونه ایراد و مشکل برای مصرف کننده جلوگیری می نماید .

۳. کاهش هزینه مصرف برق: 

افت ولتاژ برق شهر باعث اختلال در عملکرد دستگاه ها شده و قدرت نامی و راندمان الکتروموتور را به حد قابل توجهی کاهش می دهد که باعث پایین آمدن دور الکترو موتور و گرم شدن آن خواهد شد و به تبع آن تلفات انرژی افزایش می یابد و در نهایت برق زیادی را مصرف می کند که پیرو نظریه کارشناسان این امر ، در بعضی از مواقع افزایش مصرف برق تا ۲۵% نیز می باشد.

۴. محافظت در مقابل رعد و برق و های ولتاژ (High Voltage) و نوسانات لحظه ای و spike ها.

پس با قرار دادن یک دستگاه استابلایزر در ورودی برق به محا مورد نظر می توانیم کلیه لوازم برقی و سیم کشی های داخلی را در مقابل اختلالات برق شهربطور کامل حفاظت نمائیم .

در ضمن وجود استابلایزر مخصوصاً در مناطقی که دارای برق ضعیف تر می باشند تا ۲۵% هزینه های محاسبه شده در قبض برق را کاهش می دهد.

انواع استابلایزر:

استابلایزر یا همان ترانس محافظ برق به دو دسته تقسیم می گردد:

دسته اول استابلایزرهای رله ای(استابلایزرهای پله ای – استابلایزر با ادوات قدرت و الکترونیک) بوده که طریقه ی کارکرد این نوع استابلایزرها تنظیم ولتاژ با دقت ۱۰V می باشد.

که با سری AVR شروع می گردد و شامل آمپرهای ۲ الی ۳۲ آمپر خانگی و در مدلهای صنعتی از ۹ تا ۲۰ آمپر می باشد.

دسته دوم استابلایزرهای SERVOE این نوع استابلایزرها با داشتن سیستم حلقوی و برد میکروپروسسوری بوده و تنظیم ولتاژ با دقت ۱V می باشد که با سری STB-۱۱ در مدل های تک فاز و مدل های سه فاز با سری STB-۳۳ ارائه می گردد.

این نوع استابلایزرها در رنج وسیع از ۶A تا ۸۰A در مدلهای تک فاز و سه فاز از ۹A تا ۶۰۰A ارائه می گردد.

(بر روی استابلایزر ها یک SERVOE موتور نصب است که بر اساس ولتاژی که خروجی دارد یک واریاک را می چرخاند تا ولتاژ تنظیم شود.

در واقع با نمونه گیری از سطح ولتاژ بصورت مکانیکی ولتاژ خروجی را کنترل می کند. SERVOE موتور ها یک پایه برای دادن پالس PWM دارند و دو پایه برای تغذیه)

کاربردهای دستگاه استابلایزر:

۱. استفاده خانگی (آپارتمان های مسکونی واداری به صورت مجزا و یا کل آپارتمان جهت حفاظت از کامپیوتر، یخچال و فریزر، تلویزیون ، مکروفر، کولرگازی ، … )
۲. محیط های بیمارستانی (اتاق عمل. سی تی اسکن ، MRI ، سونوگرافی ، یونیت های دندان پزشکی ، … )
۳. محیط های صنعتی ( دستگاههای CNC ، کوانتومتر ، چاپ ، بسته بندی ، …)
۴. استفاده عمومی ( پمپ آب ، آسانسور ، تالارها و سالن های نمایش ،… )
۵. ایستگاههای مخابراتی ، رادیویی، تلویزیونی، ضبط ویدیوئی و …

ویژگی های دستگاه های استابلایزر :

۱. قابلیت کنترل میکروپروسوری هر فاز به صورت مجزا به وسیله سه سروو موتور
۲. دامنه اصلاح ولتاژبسیار بالا از حداقل ۲۷۷ و حداکثر ۴۳۰ ولت
۳. استفاده از فیلتر جهت جلو گیری از نویز و پارازیت های لحظه ای در ولتاژ خروجی
۴. دارای سیستم هشدار به صورت آلارم در اثر اضافه بار مصرفی
۵. دارای سیستم قطع جریان دستگاه در صورت مصرف بیش از ۲.۸ توان نامی
۶. دارای سیستم قطع جریان دستگاه در صورت اتصال کوتاه
۷. دارای سیستم قطع جریان دستگاه در صورت Under و Over ولتاژ بیش از حد
۸. دارای سیستم قطع یک فاز phase failure)
۹. دارای سیستم قطع جریان دستگاه در صورت دمای بالا (over temperature)
۱۰. دارای کلید by pass جهت یکسره نمودن ورودی و خروجی در شرایط اضطراری
۱۱. بی سر و صدا کار کردن دستگاه جهت محیطهای آرام
۱۲. میزان بسیار ناچیز تلفات انرژی و راندمان ۹۸%
۱۳. جریان بی باری بسیار کم زیر ۰.۵ آمپر
۱۴. زمان اصلاح ولتاژ خروجی کمتر از ۱ ثانیه به ازای ۲۰± ولت در هر فاز
۱۵. شکل موج کاملا سینوسی در ولتاژ خروجی
۱۶. دارای تست عایقی بالای ۵ کیلو ولت
۱۷. میزان رطوبت مناسب دستگاه بین ۹۰-۴۰ درصد
۱۸. قابل استفاده در تمام محیط ها(سرپوشیده و سرباز)
۱۹. دارای سیستم مدار الکتریکی با مدار کنترل فیدبک
۲۰. دارای صفحه نمایش دیجیتال جهت نمایش ولتاژ ورودی و خروجی و جریان مصرفی هر فاز به صورت جداگانه
۲۱. قابلیت تنظیم ولتاژخروجی به صورت دلخواه بین ۴۰۰-۳۶۰ ولت
۲۲. عدم تاثیر پذیری از ضریب کسینوس فی
۲۳. دارای سیستم خنک کننده اتوماتیک
۲۴. مطابق با استاندارد های برق ایران
۲۵. دارای فن هوشمند برای تمامی مدل ها حتی مدل های تکفاز
۲۶. دارای چرخ برای حرکت و جا به جایی راحت و آسان
۲۷. ولتاژ خروجی کاملا خطی و پیوسته بدون هیچ گونه پرش و نوسان ۳۸۰ ولت برای مدل های سه فاز و ۲۲۰ ولت برای مدل های تک فاز
۲۸. دمای مناسب کار کردن از ۶۰- ۲۰- درجه سانتی گراد و ضریب حرارتی بسیار پایین ۱%± خروجی تغییر حدودا ۴۰ درجه سانتی گراد.

تفاوت اینورتور آن گرید و آف گرید در برق خورشیدی

کاربرد وانواع ترانس ولتاژ