کاربرد انرژی خورشید در نیروگاههای سیکل ترکیبی

با توجه به منابع رو به اتمام سوخت‌های فسیلی و داشتن محیط زیست سالم، نیروی باد و نور خورشید و گرمای درون زمین و همچنین امواج متلاطم دریاها و حتی گازهای متصاعد از انباشت زباله‌ها هم به عنوان انرژی‌های تجدیدپذیر و پاکیزه مورد توجه قرار گرفته‌اند.

اما مسئله اینجاست که فناوری استفاده از این منابع بی‌پایان انرژی هنوز در مراحل آغازین رشد خود قرار دارد و بسیار پرهزینه است.
این مقاله به کاربرد و تلفیق انرژی خورشید در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی، که حدود دو دهه از سابقه استفاده از آن می‌گذرد می‌پردازد و پارامترهای مهم در طراحی این نوع از نیروگاه‌ها را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهد.

این کاربرد در صنعت نام ISCCS گرفته است.

در نیروگاه‌های خورشیدی انرژی خورشیدی در گردآورنده‌های خورشیدی به حرارت تبدیل شده و حرارت خود را در مبدلهای حرارتی به سیکل آب نیروگاه داده و به عنوان بخشی از منبع انرژی عمل می‌کند.

بدین ترتیب علاوه بر افزایش راندمان نیروگاه، در مصرف سوخت‌های فسیلی نیز صرفه‌جویی خواهد شد.

معرفی نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی با گردآورنده‌های سهموی:

گردآورنده‌های سهموی از ماجول‌های مشابه در ردیف‌های موازی تشکیل شده (نوعاً از آینه‌های شیشه‌ای) و با خم مناسب در یک جهت ساخته می‌شوند.

این آینه‌ها خورشید را از شرق به غرب دنبال می‌کنند و روی محور شمال- جنوب می‌چرخند.

یک دستگاه سنسور خورشیدی موقعیت و حرکت گردآورنده‌ها را کنترل می‌کند.

تمام این ماجول‌ها با یک کامپیوتر اصلی بنام کنترلر ناظر مزرعه خورشیدی کنترل می‌شوند.

آینه‌ها، انرژی خورشیدی را روی یک لوله بنام المان جمع‌آوری حرارت که در محل کانون سهمی است متمرکز می‌کنند.

در طراحی‌های امروزی گرما توسط سیال عاملی که از روغن مصنوعی است به بخش تولید توان منتقل می شود.

سیال عامل از یک سیستم مبدل حرارتی عبور کرده و بخار برای تولید توان تولید می‌شود.

تکنولوژی گردآورنده‌های سهموی در حال حاضر اثبات شده‌ترین تکنولوژی نیروگاه خورشیدی برای تولید برق است.

علت این امر ساخته شدن ۹ نیروگاه تجاری در صحرای مجاوا در کالیفرنیا است.

قدرت این نیروگاه از ۱۴ تا ۸۰ مگاوات و ظرفیت نصب شده کل ۳۵۴ مگاوات هستند. ب

ه همین دلیل تکنولوژی گردآورنده‌های سهموی نسبت به سایر روش‌های تولید برق از خورشید متمایز شده است.

مطالعات و فعالیتهای انجام شده در زمینه نیروگاههای خورشیدی در کشور ایران:

کشور ایران از لحاظ دریافت انرژی خورشیدی بسیار غنی است، متوسط چگالی تابش سالیانه در قسمت مرکزی ایران ۲۵۰ وات بر متر مربع است.

میزان کل دریافت انرژی خورشیدی در کشور ایران با توجه به مساحت و متوسط تعداد ساعات آفتابی آن در سال، که بالغ بر ۲۸۰۰ ساعت است، حدود ۱۰۱۶ مگاژول در سال یا معادل ۱۶۳۴ میلیارد بشکه نفت خام است.

در کشور ایران در سالهای اخیر پروژه‌های بسیاری در راستای استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید برق صورت گرفته است که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نیروگاههای فتوولتاییک با توان خروجی ۰،۴ تا ۴۵ کیلووات در تهران، خراسان، یزد و سمنان

• نیروگاه خورشیدی شیراز

نیروگاه خورشیدی شیراز با گردآورنده های سهموی و ظرفیت ۲۵۰ کیلووات از نوع کلکتورهای سهموی خطی، در محل ۱۵ کیلومتری پل فسا- نیروگاه سیکل ترکیبی فارس که در این نیروگاه تعداد ۴۸ عدد گردآورنده سهموی خطی به طول ۲۵ متر و عرض دهانه ۴/۳ متر در ۱۶ ردیف سه تایی نصب شده و فعلاً برای تولید بخار از آن استفاده می شود.

• پروژه نیروگاه تلفیقی ترکیبی یزد:

نیروگاه سیکل ترکیبی تلفیقی یزد شامل دو واحد گاز مدل ۲و۹۴V هر کدام با قدرت ۱۵۹ مگاوات در شرایط ایزو (در شرایط ایزو فشار هوا ۱،۰۱۳ اتمسفر، دمادی محیط ۱۵ درجه سانتی گراد و رطوبت هوا ۶۰ درصد است)، یک دستگاه واحد بخار با قدرت ۱۶۰ مگاوات به همراه تلفیق حدود ۱۷ مگاوات انرژی خورشیدی در نیروگاه سیکل ترکیبی است که قرار است در سال ۲۰۰۸ به بهره برداری برسد.

پارامتر های طراحی یک نیروگاه تلفیقی- ترکیبی:

طراحی یک نیروگاه سیکل ترکیبی تلفیقی در پنج فاز مختلف صورت می گیرد:

۱- امکان سنجی و طراحی مفهومی

۲- طراحی پایه

  ۳- طراحی تفصیلی

۴- خرید تجهیزات نیروگاه

۵- ساخت، راه اندازی و انجام تست های عملکردی نیروگاه.

در این مقاله خلاصه ای از مراحل مختلف طراحی در فاز اول بیان می‌شود.

داده های جوی برای نیروگاه خورشیدی:

طراحی و کنترل آینه های خورشیدی سهموی، هلیوستات یا سیستم های گردآورنده بشقابی نیاز به اطلاعاتی درباره مقدار تابش مستقیم خورشید دارند.

در اینجا کسری از نور خورشید که به دلیل جذب توسط لایه ازن، پراکندگی و جذب توسط مولکول های هوا، پراکندگی و جذب توسط ابر و بخار است، مورد توجه نبوده و فقط بخشی از نور خورشید که می‌تواند دانسیته انرژی بیشتری به گیرنده‌های خورشیدی برساند مورد توجه است.

بنابراین دی ان آی به صورت دانسیته فلوی تابش شده در طیف (m? 3 to m? 3 و ۰ ) نور خورشید که بطور عمود بر سطح گیرنده می تابد تعریف می شود.

بنابر این لازم است مقدار تشعشع مستقیم عمودی دی ان آی سال به سال تغییر کند لذا یک پریود زمانی حداقل ۵ ساله باید ثبت شده و مقادیر دی ان آی و درجه حرارت محیط با فواصل زمانی یکساعته بایستی در دسترس باشد.

این داده های جوی توسط ماهواره جمع‌آوری می‌شود.

طراحی سیکل ترمودینامیکی:

یک نیروگاه سیکل ترکیبی تلفیقی شامل سه بخش توربین گاز، توربین بخار و بخش مزرعه خورشیدی است.

بخش توربین گاز نیروگاه می‌تواند شامل یک یا دو واحد توربین گاز با قدرت خروجی مشخصی در شرایط ایزو باشد.

توربین بخار نیروگاه، شامل یک واحد بخاری، یک دستگاه دیگ بازیافت گرما، در صورت لزوم احتراق اضافی برای هر دیگ بازیافت گرما، مبدل‌های حرارتی خورشیدی، سیستم خنک کاری و دیگر سیستم های کمکی است.

معمولاً شرایط سایت از نظر ارتفاع از سطح دریا، درجه حرارت محیط و میزان رطوبت به نحوی است که واحدهای گازی نمی‌توانند ۱۰۰% توان نامی را تولید کنند.

لذا کسری توان و انرژی را در طول روز از طریق مزرعه خورشیدی و شب هنگام، زمانی که خورشید وجود ندارد با احتراق اضافی تعبیه شده در دیگ بازیافت گرما، و درنتیجه سوخت اضافی تأمین می شود.

بخش خورشیدی نیز شامل مزرعه خورشیدی، مبدل های حرارتی – خورشیدی و همچنین کلیه تجهیزات جانبی دیگر برای جذب انرژی از سیال عامل جهت تولید مگاوات کسری انرژی است تا ظرفیت کامل یک نیروگاه سیکل ترکیبی حاصل شود.

شکل ۲ دیاگرام یک نیروگاه ترکیبی تلفیقی خورشیدی را نشان می دهد.

با توجه به حالت های مختلف بهره‌برداری از واحدهای سیکل ترکیبی نیروگاه، دیاگرامهای بالانس حرارتی مختلفی حاصل می شود.

که برای طراحی و اندازه کردن نیروگاه خورشیدی و رسیدن به توان طراحی نامی بخش خورشیدی، لازم است، حداقل پنج الی شش دیاگرام بالانس حرارتی در حالت بهره برداری روز و شب و حداکثر توان طراحی خورشیدی در دسترس طراح قرار گیرد.

 

طراحی اجزای نیروگاه خورشیدی:

گردآورنده های حرارت خورشیدی:

امروز مسئله کاهش هزینه های نیروگاه‌های خورشیدی با طراحی بهینه تجهیزات نیروگاه خورشیدی از جمله طراحی بهینه ساختمان گردآورنده های خورشیدی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

آخرین فناوری ها در ساخت گردآورنده‌های خورشیدی، در طراحی گردآورنده‌های جدید نوع یورو تراف بکار برده شده است.

هدف از طراحی گردآورنده های جدید یورو تراف ساخت یک ساختار گردآورنده سبک برای نیروگاه خورشیدی است که دارای وزن مخصوص کمتر از ۳۰ کیلوگرم بر متر مربع دهانه آینه ها، و ارزان تر از گردآورنده‌های موجود باشد.

عملکرد نوری این گردآورنده‌های جدید نیز مساوی و حتی بیشتر از گردآورنده های موجود و مورد استفاده در نیروگاه های خورشیدی در سطح جهان بوده است.

از مشخصات مهم گردآورنده های جدید در مقایسه با گردآورنده های موجود می توان به کاهش تعداد قطعات و کاهش هزینه ساخت، بهینه سازی سازه فولادی با روش المان های محدود برای هر کدام از قطعات جهت کاهش وزن گردآورنده و طراحی مقاومتر به منظور کاهش تغییر شکل گردآورنده در اثر نیروی باد در زمان بهره‌برداری اشاره کرد.

راندمان گردآورنده های خورشیدی با مقادیر دی ان آی، اختلاف درجه حرارت بین محیط و درجه حرارت سیال عامل(روغن)، زاویه برخورد تشعشعات خورشیدی و زمان تغییر می کند.

منحنی‌های راندمان حرارتی گردآورنده‌های نوع یورو تراف در شکل ۳ نشان داده شده است.

همچنین در شکل ۴ اصول پایه و دنبال کردن روزنه خورشید توسط گردآورنده ۱۵۰ متری نوع یورو تراف نشان می دهد.

گیرنده حرارتی گردآورنده های سهموی:

در نیروگاه های خورشیدی با گردآورنده‌های سهموی، گیرنده‌های حرارتی (المان های جمع آوری گرما) به شکل لوله های جذب کننده هستند.

این لوله ها در خط کانونی سهمی قرار داشته و تشعشعات خورشیدی را جذب و آن را به سیال انتقال حرارت که از داخل لوله جریان دارد، منتقل می کنند.

این لوله (شکل ۵) فولادی و داخل یک لوله شیشه ای خلاء قرار دارد و در دو طرف دارای سیل بندی مناسبی است.

مشخصات سیستم سیال انتقال حرارت:

سیستم سیال انتقال حرارت یک سیستم مدار بسته است که از روغن وی پی ۱ به عنوان سیال انتقال حرارت استفاده می‌کند.

وظیفه سیستم سیال انتقال حرارت انتقال انرژی حرارتی جمع آوری شده است از گردآورنده های خورشیدی به سیستم تولید بخار است.

در مزرعه خورشیدی سیال انتقال حرارت گرم شده و توسط دو الکترو پمپ سرعت متغیر به دو مبدل حرارتی پمپ می شود.

در این مبدل های حرارتی، گرمای دریافت شده از خورشید به سیکل آب و بخار نیروگاه سیکل ترکیبی منتقل می شود.

هر کدام از این مبدل های حرارتی دارای یک واحد صرفه جو و یک واحد تبخیر ساز هستند.

درجه حرارت سیال انتقال حرارت در ورودی و خروجی مبدل های حرارتی با تنظیم مقدار فلوی سیال، کنترل و ثابت نگهداشته می شود.
سیستم سیال انتقال حرارت علاوه بر موارد فوق، دارای تجهیزات دیگری نیز هست که در قسمت پالایش روغن قرار دارند.

برای مثال می توان به تانک های اضافه فلو، سیستم مخزن کمکی، سیستم احیا برای زدودن گاز، بخار و لجن روغن، سیستم حفاظت از یخ زدگی روغن و سیستم گاز خنثی اشاره کرد.

در سیستم گاز خنثی از گاز نیتروژن استفاده شده که برای جلوگیری از ورود گاز اکسیژن به داخل مخازن مختلف و نگهداری فشار حداقل است.

الکتروپمپ های حفاظت از یخ زدگی وظیفه به جریان انداختن روغن به هنگام پائین بودن دمای محیط در شب هنگام و کار نکردن طولانی مدت مزرعه خورشیدی را به عهده دارند.

سیستم های ابزاردقیق و کنترل مزرعه خورشیدی و سیستم سیال انتقال حرارت:

شرایط بهره برداری برای نیروگاه‌های با سوخت فسیلی به گونه‌ای است که می‌توانند ۲۴ ساعته در مدار باشند و برق تولید کنند، در صورتیکه نیروگاه‌های خورشیدی فقط طی ساعات روز قادر به تولید توان هستند.

بر اساس دیاگرام های بالانس حرارتی، کسری توان تولیدی توسط بخش خورشیدی را می توان با روشن کردن مشعل های اضافی در بویلر نیز جبران کرد.

مولد بخار خورشیدی فقط هنگامی کار می‌کند که درجه حرارت سیال انتقال حرارت در خروجی مزرعه خورشیدی مقدار مطلوبی باشد.

نظر به اینکه تلفات حرارتی در طول شب باعث کاهش درجه حرارت سیال می‌شود.

لذا پس از غروب خورشید درجه حرارت سیستم می بایست در بیشتر از ۲۰ درجه سانتی گراد نگهداشته شود تا در شب‌های سرد از یخ زدگی جلوگیری شود.

درجه حرارت واقعی هنگام صبح به عوامل زیادی وابسته است مانند جرم سیال انتقال حرارت، درجه حرارت محیط و اینرسی حرارتی کل سیستم بستگی دارد.

پس از بالا آمدن خورشید درجه حرارت سیال انتقال حرارت شروع به افزایش می‌کند.

هنگامیکه خورشید به ۱۰ درجه بالای افق برسد و دی ان آی بیشتر از مقدار    w/m2 200 بشود گردآورنده‌های سهموی از وضعیت غیر فعال به وضعیت کانونی آورده می شوند.

سپس الکتروپمپ‌های گردشی سیال انتقال حرارت شروع به کار کرده و سیستم توسط پرتوهای خورشیدی  شروع به گرم شدن می کند.

تا زمانی که درجه حرارت سیال انتقال حرارت به مقدار درجه حرارت کارکرد سیستم نرسد، می توان سیستم مبدل های حرارتی را بای پس کرد.

هنگامی که سیستم سیال انتقال حرارت به درجه حرارت مطلوب برسد، شیرهای آب و بخار مولد بخار خورشیدی باز شده و تولید بخار آغاز می شود.

با به مدار آمدن بخش خورشیدی، تعداد مشعل های اضافی بویلر می توانند کاهش یابند.

هنگامی که تشعشعات عمود و مستقیم خورشید به دلیل ابری شدن هوا یا غروب خورشید به زیر مقدار مشخصی برسد، مزرعه خورشیدی بایستی شات داون داده شود.

عمل شات داون با برگرداندن آینه‌ها به وضعیت غیر کانونی، بستن شیرهای آب و بخار خورشیدی و خاموش کردن پمپ‌های گردشی سیال انتقال حرارت انجام می پذیرد.

در صورتیکه در آن برنامه ریزی برای راه اندازی مجدد وجود نداشته باشد، تمام گرداورنده ها بایستی به وضعیت غیر فعال برگردانده شده و ظرفیت حرارتی موجود در سیال انتقال حرارت بایستی برای راه اندازی مجدد در سیستم حفظ شود.

این کار راه اندازی مجدد را تسریع بخشیده و از یخ زدگی سیال انتقال حرارت در ساعات شب ممانعت می کند.

سیستم کنترل مزرعه خورشیدی به دو صورت امکانپذیر است:

• سیستم کنترل مزرعه خورشیدی در سیستم کنترل دی سی اس کل نیروگاه ادغام شود.

• سیستم کنترل مزرعه خورشیدی جزیره‌ای و فقط ارتباط با سیستم کنترل کل نیروگاه داشته باشد.

در هر دو روش، متغیرهای اصلی کنترل درجه حرارت و فشار بخار خروجی  از مولد بخار خورشیدی خواهد بود.

با این وجود روش دوم یعنی منفک بودن کنترل سیستم خورشیدی و فقط ارتباط با سیستم کنترل کل نیروگاه مناسب تر و توسط سازندگان نیروگاه‌های خورشیدی توصیه میشود.

سیستم کنترل مزرعه خورشیدی شامل یک کنترلر نظارتی و تعداد زیادی کنترلر محلی که روی هر مجموعه گردآورنده  نصب شده است تشکیل شده است.

کنترلر نظارتی شامل سخت افزار و نرم افزار بوده و بهره برداری از مزرعه خورشیدی را به عهده دارد.

کنترلر نظارتی مقدار بار را از سیستم کنترل نیروگاه دریافت کرده و سیگنال و آلارم های لازم را دوباره به سیستم کنترل نیروگاه می فرستد.

کنترلرهای محلی عمل دنبال کردن خورشید برای گردآورنده ها را انجام می‌دهند.

واحد کنترلر محلی می تواند خورشید را با دقت ۰،۱ ± درجه تعقیب کند.

سیستم کنترل محلی توسط سه حس گر(حس گر خورشید، حسگر موقعیت و حس گر درجه حرارت) با سیستم کنترل ناظر از طریق اترنت در ارتباط است.

در حقیقت، کنترلر محلی‌ها زیر مجموعه‌ای از کنترلر نظارتی بوده و به محض قطع شذن سیگنال ارتباطی با کنترلر نظارتی آینه‌ها را به وضعیت غیر فعال می‌چرخانند.

همانگونه که بیان شد، مقدار دبی سیال انتقال حرارت مزرعه خورشیدی و درجه حرارت خروجی سیال به وسیله سرعت پمپ های سیال انتقال حرارت کنترل می شوند.

مزرعه خورشیدی شامل تعداد زیادی گردآورنده مشابه هم هستند، تحت شرایط واقعی بهره‌برداری، به دلیل شکسته شدن تعدادی از آینه‌ها، خرابی المان های جمع‌آوری گرما یا حتی خروج یکسری از گرداونده ها به طور کامل، اختلاف زیادی بین حلقه ها می تواند به وقوع بپیوندد.

به دلیل غلبه به این مسائل، هر حلقه گردآورنده به یک والو کنترلی فلو مجهز است.

هر کدام از این والوهای کنترلی دارای یک محرک با موتور الکتریکی جهت فرمان از میز اپراتور هستند.

طرح دیگر کنترلی می تواند شامل یک کنترلر مدار بسته برای نگه داشتن درجه حرارت خروجی مطلوب به طور اتوماتیک است.

این روش مزایایی به هنگام راه اندازی و حالت‌های گذرا دارد ولی گرانتر و پیچیده تر از سیستم کنترل مدار باز است.

در هر دو روش اندازه‌گیری درجه حرارت خروجی الزامیست.

برای کاهش تعداد ترمومترهای مقاومتی، اندازه‌گیری درجه حرارت ورودی به حلقه‌ها می‌تواند در لوله‌های اصلی انجام گیرد.

اطلاعات بیشتری از درجه حرارت کنترلهای محلی هر گرداورنده در دسترس است.

صاعقه گیر اکتیو آذرخش(ساخت ایران)

---

سیستم های برقی در بخش خورشیدی:

مصارف برقی نصب شده در مزرعه خورشیدی شامل محرک های هیدرولیک برای گرداورنده ها، والوهای موتوری جهت کنترل فلوی روغن، تغذیه مصارف اینسترومنت و سیگنالینک است.

موتورهای درایو و محرک والوها به برق ۴۰۰ ولت یا ۲۳۰ ولت ۵۰ هرتز متناوب بسته به نوع و مدل مورد استفاده نیاز دارند.

ولتاژ برق مستقیم برای کنترل کننده های محلی و اینسترومنت ها از طریق یکسو کننده های محلی ساخته می شود.

موتورها و والو های محرک سیستم سیال انتقال حرارت برق ۴۰۰ ولت یا ۲۳۰ ولت ۵۰ هرتز متناوب نیاز دارد.

پمپ های گردشی سیستم سیال انتقال حرارت که مصرف کننده های اصلی برق در جزیره خورشیدی هستند بایستی نزدیک دیگ بازیافت گرما نصب شوند.

پمپ های سیال انتقال حرارت پمپ های  سرعت متغیری هستند تا بتوانند میزان فلوی سیال انتقال حرارت را کنترل کنند.

ولتاژ کار برای این موتو رها به مدل واقعی نیاز دارد ولی در پروژه های مشابه سطح ولتاژ ۶/۶ کیلو ولت انتخاب شده است.

کارهای ساختمانی:

در یک نیروگاه خورشیدی تراز و به خط بودن ردیف گردآورنده ها، نقش زیادی در بهره برداری بهینه و عملکرد نیروگاه دارد.

نظر به اینکه گرداورنده ها و آینه های خورشیدی بیشتر یک ابزار نوری هستند تا یک ساختمان، لذا دقت لازم خیلی بیشتری از آن چیزی است که در سازه های فولادی بزرگ استفاده می شود.

آماده سازی سایت و دقت در انجام فونداسیون‌ها قدم های مهمی در کارایی بیشتر و اقتصادی در نیروگاه‌های خورشیدی است.

دقت و کنترل کیفیت به هنگام مونتاژ گرداورنده ها از دیگر عوامل مهم هستند.

ابعاد واقعی فونداسیون به نوع گرداورنده، نوع خاک منطقه و شرایط آب وهوایی بستگی خواهد داشت که در مرحله طراحی تفصیلی مشخص می شود.

جهت شمال _جنوب گرداورنده ها دقتی حدود یک mrad خواهد داشت.

المان های جمع آوری گرما (تیوب های جذب کننده) برای ردیف گرداورنده های خورشیدی بایستی به صورت افقی در جهت شمال_ جنوب نصب شوند.

حداکثر شیب مجاز نصب گرداورنده ها  ۱،۵ است.

اختلاف ارتفاع تا ۰،۴ متر را می توان با ارتفاع فونداسیون تکی جبران کرد.

اگر اختلاف بیشتر باشد زمین بایستی تسطیح یا تراز بندی شود.

تراز بندی ها بایستی به نحوی صورت گیرد که حداقل تمام گرداورنده ها یا یک ردیف از گرداورنده‌ها را به توان در یک تراز نصب کرد.

حتی اگر شیب سایت (زمین نیروگاه) در محدوده قابل قبول باشد، جهت شیب زمین برای نصب گرداورنده ها بسیار مهم است.

اگر شیب زمین به سوی پائین دست از شمال به جنوب باشد، مزیت هایی خواهیم داشت.

در صورت شیب از جنوب به شمال، زاویه برخورد تشعشعات خورشیدی به گردآورنده‌ها افزایش می یابد و تلفات ناشی از زاویه برخورد را بایستی با هزینه های اضافی جهت تسطیح زمین مقایسه کنیم.

دسترسی به هر ردیف گرداورنده با کامیون، مثل کامیون شستشوی آینه ها، ماشین آتش نشانی، تانک سیال انتقال حرارت و جرثقیل باید فراهم شود.

این دسترسی با احداث یک جاده دورادور مزرعه خورشیدی حاصل می‌شود.

کامیون‌ها می‌توانند از این طریق به بین ردیف گردآورنده‌ها برسند.

زمین بین دو ردیف گردآورنده باید استحکام کافی جهت تحمل وزن کامیون‌ها را داشته باشد.

یک حصار مناسب دور تا دور تجهیزات نیروگاه خورشیدی بایستی کشیده شود تا از ورود متفرقه و حیوانات جلوگیری کند.

این حصار می تواند با تجهیزات حفاظت باد یا یک صفحه بزرگ یا یک دیوار به منظور کاهش بار ناشی از باد و برای جلوگیری از خوردگی سطح آینه ها ترکیب و ساخته شود.

نتیجه:

• تلفیق انرژی حرارتی حاصل از خورشید در نیروگاه های سیکل ترکیبی در طول روز می‌تواند باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت‌های فسیلی شود.

هر چند که در حال حاضر قیمت تمام شده برای نیروگاه خورشیدی بیشتر از نیروگاه‌های فسیلی است ولی اگر هزینه های خارجی سوخت‌های فسیلی که ناشی از اثرات مخرب آنها بر محیط‌زیست است، به قیمت آنها اضافه شود، هزینه تولید برق در برخی از نیروگاه های خورشیدی کمتر از هزینه تولید برق در نیروگاه های سوخت فسیلی خواهد بود.

• با بهینه سازی و بالا بردن راندمان تجهیزات نیروگاه خورشیدی از قبیل گردآورنده ها و المان های گیرنده حرارت و سیستم دنبال کننده خورشید می توان در آینده به بالا رفتن سهم تولید برق خورشیدی امیدوارتر شد.

• در مرحله طراحی نیروگاه خورشیدی پارامترهایی چون بدست آوردن دقیق مقدار دی ان آی، ساخت و نصب دقیق گرداورنده ها، طراحی دقیق سیستم دنبال کننده خورشید، تسطیح زمین، بهره برداری مناسب، شستشوی آینه ها، می تواند راندمان مزرعه خورشیدی موثر باشد.

کاربرد انرژی خورشید در نیروگاههای سیکل ترکیبی

منبع :ماهنامه صنعت برق

پیدایش یو پی اس های ماژولار مرهون پیشرفت در صنایع نیمه هادی است .

مرور تاریخچه پیشرفت در ساخت یو پی اس، مراحل پیشرفت تکنولوژی را نیز نشان می دهد.

در دهه ۷۰ میلادی یو پی اس On-line با تکنولوژی duble convrsion  ظهور پیدا کرد.

این یو پی اس از یکسو ساز جهت تبدیل ولتاژ AC  به DC  جهت شارژ  باتری و همچنین تغذیه اینورتر دستگاه استفاده کند و برای تبدیل ولتاژ DC  به AC  از اینورتر مجهز به ترانس استفاده می کند.

به همین دلیل این یو پی اس ها را  Transfermer Base و یا فرکانس پایین نیز می نامند.

وظیفه این ترانس افزایش ولتاژ اینورتر به سطح مورد نظر و همچنین ساخت نیم سیکلهای مثبت و منفی از یک مجموعه باتری است.

سپس در اواسط دهه ۹۰ ، با پیشرفت در تکنولوژی ساخت نیمه هادی ها ، ترانزیستورهائی با بیس عایق IGBT)) به بازار عرضه شدند .

این ترانزیستورها این امکان را به طراحان  داد تا با استفاده از سیم پیچهایی با هسته فریت، سطح ولتاژ  DC را افزایش داده و سپس مستقیماً ولتاژ سینوسی را از این ولتاژ تقویت شده بدست آورند.

لذا ضرورت استفاده از ترانس از میان برداشته شد و باعث کاهش قیمت ، حجم و وزن محصول تولید شده گردید.

مزایایی از قبیل راندمان و ضریب توان ورودیبالاتر ، جریان هارمونیکی (THDi) کمتر، آلودگی صوتی کمتر و عمر بالاتر  باتری نیز از مزایای جانبی بدست آمده بودند.

این یو پی اس،  به نام بدون ترانس (transformer less) یا فرکانس بالا  (high frequency) معروف شده است.

در مراحل بعد حجم و وزن کمتر این تجهیزات، منجر به تولد نسل جدید یو پی اس گردید، تولیدات جدید یو پی اس ماژولار نامیده می شوند.

در توپولوژی ماژولار از چند یو پی اس کوچک که به صورت پارالل کار می کنند، به جای یک یو پی اس بزرگتر استفاده می شود.

در توپولوژی ماژولار علاوه بر راندمان بالا و تعمیر و سرویس آسان تر، افزایش ظرفیت دستگاه نیز براحتی انجام می گیرد.

بعلاوه نیاز به خاموشی یو پی اس برای انجام موارد فوق به صفر می رسد.

ظهور دستگاهای ماژولار با مزایای شاخص کاملاً به موقع بود.

درست زمانی که در کسب و کارها از کامپیوتر به عنوان ابزارهای مهم جهت حسابداری، اتوماسیون اداری و عملیات مهندسی استفاده می کردند، از بین رفتن اطلاعات بدلیل قطعی و نوسان برق به عنوان یکی از معضلات مهم خود نمایی می کرد.

لذا وقفه در انجام عملیات فوق برای سازمانها در بعضی موارد غیر قابل جبران شده است.

بنابراین پیشرفت تکنولوژی از یک سو ساخت یو پی اس ها ماژولار را امکان پذیر کرد.

از سوی دیگر نیاز روز افزون کسب و کارها برای تجهیزات روند تکامل آنها را سرعت می بخشید.

به طور مشابه ، بهبود راندمان دستگاه نیز باعث گردیده تا کسانی که از یکسو فشار پرداخت وجه بیشتر برای انرژی تلف شده و از سوی دیگر فشار نهادهای دوستدار محیط زیست برای تولید کمتر گاز کربنیک را تحمل می کنند ، در انتخاب این سیستم برای مصارف جدید تردیدی به خود راه ندهند.

به طور خلاصه دلایل اصلی پیدایش و رواج یو پی اس های ماژولار را می توان در سه بخش زیر خلاصه نمود :

پیشرفت تکنولوژی، مزایای فنی و مالی و در نهایت شرایط حاکم بر بازار کسب و کار امروزی.

جهت روشن شدن بیشتر موضوع فوق ذکر مثال زیر مفید خواهد بود:

مرکز داده ای را تصور کنید که ۸۰kva توان مصرفی دارد، با توجه به ماهیت کارکرد یک دیتا سنتر که جزء بارهای حیاتی و با حساسیت بالا  محسوب می شود می باید سیستم Redundancy  را در آن در نظر گرفت.

یعنی در صورتی که یکی از سیستم ها مشکل پیدا کند، سیستم دوم به کار خود ادامه دهد و مرکز داده بدون وقفه در مدار بماند.

یک چنین مرکز داده ای را می توان با دو یو پی اس ۸۰ kva  تغذیه نمود (بصورت سیستم های موازی و یا  (Feed A, B)، در صورتی که یکی از یو پی اس ها مشکل پیدا کند یو پی اس دوم بدون وقفه به کار خود ادامه خواهد داد.

از سوی دیگر می توان از یک رک به همراه ۵ ماژول ۲۰ کیلو ولت آمپر استفاده نمود.

در این حالت خارج شدن یک ماژول از مدار بدلیل خرابی یا برای انجام عملیات سرویس توسط بار دیده نخواهد شد.

بارزترین مزیت بدست آمده  در سیستم ماژولار فضای کمتری است که برای نصب (در مقایسه با دو یو پی اس ۸۰ KVA  )لازم است.

در دیتا سنترهای مدرن این مزیت دارای ارزش بالایی است.

اما مزایای مهمتری نیز وجود دارند که تلفات کمتر یکی از آنها است .

در حالت اول هر یو پی اس ۸۰ KVAدر حداکثر توان مصرفی تحت ۴۰ KVA بار قرار خواهد گرفت.

یعنی ۵۰% از ظرفیت نامی در حالی که در یو پی اس ماژولار هر ماژول تحت ۸۰% بار خواهد بود.

همانگونه که می دانیم با افزایش بار هر یو پی اس راندمان آن بالاتر خواهد رفت.

به عبارت دیگر در بهترین حالت به نسبت؛ حداقل ۵% توان کمتری در یو پی اس ماژولار تلف می شود و در شرایط عملی این مقدار حتی به ۱۵% نیز خواهد رسید.

با یک محاسبه ساده برای مثال فوق، کمترین میزان تلفات برق با اختلاف راندمان ۵% در هر ساعت ۴ کیلو وات ، هر شبانه روز ۹۶ کیلو وات و در هر ماه ۲۸۸۰ کیلو وات خواهد بود.

به علاوه سیستم خنک کننده جهت تخلیه حرارت ایجاد شده نیز به انرژی بیشتری نیاز دارد.

با احتساب هر کیلو وات ۲۶۶۶ ریال برای هر ماه معادل ۷،۶۷۸،۰۰۰ هزینه خواهد شد .

و با اختلاف راندمان ۱۵% برای هر ماه این رقم معادل ۲۳،۰۳۴،۰۰۰ ریال خواهد شد.

(محاسبه هزینه برای سال ۱۳۹۳ معتبر است)

با در نظر گرفتن برق مصرفی و هزینه های تعمیر و نگهداری سیستم خنک کننده به مبلغ بسیار بالاتری در هر ماه خواهیم رسید!

افزایش” ضریب در دسترس بودن “سیستم نیز از  دیگر مزایای یو پی اس های ماژولار است .

این ضریب از حاصل تقسیم متوسط زمان لازم جهت تعمیر(MTTR) بر متوسط زمان بین خرابی(MTBF)  بدست می آید.

اگر فرض کنیم زمان لازم جهت تعمیر یک یو پی اس معمولی ۶ ساعت باشد و برای یک ماژول در سیستم  Hot plug زمان نیم ساعت جهت جایگزینی  اختصاص بدهیم به رقم ۹۹۹۹/۹۹ درصد خواهیم رسید.

این مقدار را با اضافه کردن یک ماژول ریداندانت (n+1) حتی می توان افزایش داد.

این سطح از “ضریب در دسترس “بودن برای کاربران بسیار دلپذیر است .

هرچند باید به آن مزیت کاهش هزینه های مرتبط با حضور مهندسین مجرب در محل سایت را نیز اضافه نمود.

قابلیت تغییر توان نامی دستگاه پس از نصب آن نیز یکی دیگر از مزایای بزرگ یو پی اس های ماژولار است .

تصور کنید که در مثال فوق توان مصرفی از۸۰kva به ۱۰۰kva  افزایش یابد.

در سیستم ماژولار لازم است تنها یک ماژول ۲۰kva  دیگر به مجموعه اضافه گردد.

بدون اینکه نیاز به خاموش نمودن دیتا سنتر و یا جا به جا نمودن یو پی اس هایی که قبلاً نصب شده اند باشد.

در شرایط جدید هر یک از ماژولها تحت ۸۳% بار کار خواهند کرد.

اما در طرح غیر ماژولار لازم است یو پی اس ۸۰ kva  سوم را به مجموعه اضافه نمود که هر یو پی اس تحت ۴۲% بار قرار خواهد گرفت.

یعنی کاهش مجدد راندمان، اضافه شدن مقدار زیادی کابل و اشغال فضای بیشتر و همچنین خاموش نمودن مرکز داده برای عملیات فوق