تبدیل انرژی با فرآب

گزارش کاتالوگ دوم، آبان‌ماه ۹۹مبینا ایزدپناه، ورودی ۹۷ مهندسی مکانیکمهندس یوشا رادپرور، دانش‌آموخته‌ی مهندسی مکانیک در دانشگاه‌های صنعتی شریف و امیرکبیر هستند و اکنون به عنوان مدیر مهندسی مکانیک در معاونت مهندسی مجموعه‌ی فرآب مشغول به کار هستند. شرکت فرآب در سال 1362 تأسیس شده و از سال 1371 فعالیت رسمی خود را به عنوان پیمانکار اصلی پروژه‌های نیروگاه‌های آبی آغاز کرده است و علاوه‌‌بر آن، در زمینه‌های نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌های حرارتی، صنایع ریلی و ... نیز فعالیت دارد.در این جلسه از کاتالوگ، مهندس رادپرور به معرفی گرایش تبدیل انرژی پرداختند. این گرایش چهار شاخه‌ی اصلی دارد:1. سیالات، دینامیک و توربوماشین‌ها2. ترمودینامیک، انتقال حرارت و نیروگاه3. محاسبات عددی4. انرژی‌های نو و تجدیدپذیردر زمینه‌ی سیالات و دینامیک، اصلی‌ترین بخش طراحی‌ ساخت و اجرای توربین‌های آبی است. توربین‌های آبی به دو دسته‌ی «توربین‌های ضربه‌ای» و «توربین‌های عکس‌العملی» تقسیم می‌شوند. در توربین‌های ضربه‌ای، جت ‌آب مستقیم با باکت (بشقابک) برخورد می‌کند و از اختلاف بین سرعت جت سیال و سرعت چرخش باکت، مومنتوم ایجاد می‌شود. سه نوع توربین ضربه‌ای به نام‌های پلتون (Pelton)، کراس فلو (Cross flow) و تورگو (Turgo) داریم که پلتون، به علت راندمان بالاتر، پرکاربردتر است. در توربین‌های عکس‌العملی، برخورد مستقیم جت آب باعث حرکت نمی‌شود و سطح پره‌ها بر جهت عبور سیال مماس است و اختلاف فشار در دو طرف پره‌ها، سبب ایجاد مومنتوم می‌شود.توربین پلتونتوربین‌های فرانسیس (Francis)، کاپلان (Kaplan)، پمپ-توربین (Pump-turbine)، پروپلر(Propeler)، بالب (Bulb)، استرافلو (Straflo) و دریاز (Deriaz) از توربین‌های عکس‌العملی هستند؛ عموماً در صنعت از توربین‌های فرانسیس و کاپلان و پمپ توربین استفاده می‌شود. پمپ توربین‌ها مشابه فرانسیس و کاپلان هستند با این تفاوت که با استفاده از آن‌ها می‌توانیم فرکانس شبکه‌ی برق را کنترل کنیم؛ به این ‌صورت که در ساعات غیر پیک شبکه، آب را از مخزن پایین به مخزن بالا پمپ می‌کنیم و در ساعات پیک تولید توان می‌کنیم. با توجه به اینکه قیمت برق در ساعات غیرپیک پایین‌تر است، این فرایند از نظر اقتصادی به‌صرفه می‌باشد.توربین کاپلانتوربین فرانسیس در زمینه‌ی ترمودینامیک و انتقال حرارت، شاید بتوان شاخص‌ترین بخش را توربین‌های گاز، بویلرهای بازیافت، توربین‌های بخار و سیستم‌های خنک‌کننده دانست. توربین‌های گاز انرژی گرمایی سوخت را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کنند و با سیکل برایتون کار می‌کنند. پنج دسته از توربین‌های گازی را به همراه توان و راندمان می‌بینید:Gas turbineFrame Type Heavy-duty Gas TurbinesEfficiency30 to 46 %Power3 MW to 480 MW------------------------------Gas turbineAircraft-derivative Gas Turbines Aero-derivativeEfficiency35 to 45 %Power2.5 MW to 50 MW------------------------------Gas turbineIndustrial Type Gas TurbinesEfficiencyBelow 30%Power2.5 MW to 15 MW------------------------------Gas turbinesSmall Gas TurbinesEfficiency15 to 25 %Power0.5 MW to 2.5 MW------------------------------Gas turbineMicro-turbinesEfficiency-Power20 KW to 350 KW------------------------------ بویلرهای بازیاب اتلاف انرژی را کاهش می‌دهند و از دود خروجی توربین گاز برای تولید بخار استفاده می‌کنند. توربین‌های بخار با سیکل رانکین انرژی حرارتی بخار بویلرها و سایر ماشین‌ها را به‌ کار تبدیل می‌کنند و آرایش تک‌محوره و یا چندمحوره دارند.سیکل برایتونسیکل رانکینسیستم‌های خنک‌کننده نیز انواع مختلفی دارند:1. سیستم‌های یک‌بار گذرنده (Once Through Cooling System) در کنار دریا یا منبع حرارتی دما پایینی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا ما بتوانیم با اختلاف دمای کمتر از چهار درجه‌ی سلسیوس، آب را به محیط‌زیست برگردانیم. در پالایشگاه خلیج فارس که بخش عمده‌ی بنزین کشور را تامین می‌کند، در بخش تولید توان و بخار از این نوع کندانسور استفاده شده است.2. سیستم‌های خنک‌کننده‌ی مرطوب (Wet Cooling System) شامل فن‌هایی هستند که با مکش هوا و اسپری‌کردن آب کندانسور، آب خنکی تولید می‌کنند که جایگزین آب دریا در سیستم قبل می‌شود.3. سیستم‌های هلر (Indirect Dry Cooling System / Heller) شامل برج‌های هلر با ارتفاع بیش از 60 متر هستند و عبور هوا از درون آن‌ها باعث خنک‌شدن آب درون تیوب‌ها می‌شود. در نیروگاه‌های دماوند، شیرکوه، نکا، منتظرالقائم و... از این سیستم استفاده شده است.4. سیستم‌های ACC (Direct Dry Cooling System) به این دلیل که به میکاپ آب نیاز ندارند، مناسب با شرایط کمبود آب هستند و اخیراً طرفداران زیادی پیدا کرده‌اند. ایراد بزرگ این نوع سیستم، مصرف توان بالای فن‌های آن است. شرکت فرآب، لایسنس طراحی سیستم‌های ACC را دریافت کرده است و تنها شرکتی در ایران است که لایسنس طراحی سیکل‌های حرارتی را دارد.در زمینه‌ی محاسبات عددی ‌برای آنالیز رفتار تجهیزاتی که طراحی می‌شوند، مدل‌سازی عددی انجام می‌شود. در این شاخه از نرم‌افزارهایی نظیر FLUENT استفاده می‌شود.در بخش انرژی نو در ایران، رویکرد بسیار سریعی برای راه‌اندازی نیروگاه‌های خورشیدی، بادی و هاضم داریم. نیروگاه‌های خورشیدی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. عمده‌ی نیروگاه‌های خورشیدی کشور سیستم‌های فوتوولتائیک هستند که با پنل‌های سیلیکونی انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می‌کنند. نوع دیگر از نیروگاه‌های خورشیدی، نیروگاه‌های ترکیبی خورشیدی و حرارتی هستند که با استفاده از آینه‌های سهموی آب را گرم می‌کنند تا آب با دمای بالاتری وارد سیکل حرارتی شود و راندمان سیکل افزایش یابد.در نیروگاه‌های بادی، باد با چرخاندن توربین‌ها، سبب تولید برق می‌شود.در نیروگاه‌های هاضم، از زباله برای تولید برق استفاده می‌شود. در نیروگاه‌های زباله‌سوز، زباله‌ها سوزانده می‌شوند و بخار حاصل از سوختن آن‌ها در بخش‌های مختلف به‌کار گرفته می‌شود. در نیروگاه‌های ارگانیک، زباله‌ها انباشته می‌شوند و به کمک میکرواُرگانیزم‌ها، گاز متان تولید می‌شود. تأکید بر تفکیک زباله و عدم انداختن باتری‌های نیکل-کادمیوم به داخل زباله‌ها نیز در راستای گسترش این نیروگاه‌هاست. یک باتری می‌تواند چهار تن زباله را نابود و از تولید متان جلوگیری کند.