دراسة فاعلية تطوير المحطات الغازية إلى محطات ومراكز كهروحرارية مزدوجة

مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية

 

 

د. حسين الربيعي

 

المعهد العالي للميكانيك والكهرباء / هون

 

ص.ب. 61297  ، هون ، الجماهيرية الليبية.

 

ملخص :

        تميزت السنوات الأخيرة بارتفاع نسبة استخدام المحطات الغازية لإنتاج الطاقة الكهربائية المطلوبة لتغطية حمل الشبكة الكهربائية للجماهيرية الليبية . ولحل المشاكل السلبية في التصميم الأساسي لهذه المحطات والإيفاء بالمتطلبات المستقبلية لاستهلاك الطاقة الكهربائية والمياه العذبة مع الحفاظ على أدنى مستوى من التلوث للوسط المحيط والأخذ بعين الاعتبار الموقع الجغرافي للمحطة تم في الدراسة الحالية بحث فاعلية تطوير التصميم الأساسي للوحدات التربينية الغازية إلى محطات ومراكز كهروحرارية مزدوجة أحادية أو ثنائية الضغط مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية . وبصفة مقياس لفاعلية التصاميم المقترحة تم اعتماد مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة نتيجة لتطوير التصميم الأساسي للوحدة التربينية الغازية  إلى محطة مزدوجة أو مركز كهروحراري مزدوج مخصص لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية باستخدام وحدات التحلية المتعددة التأثير مقارنة مع محطة تعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية ووحدة تحلية من نوع التناضح العكسي لإنتاج مياه التحلية . وقد بينت نتائج الدراسة فاعلية تطوير المحطات الغازية إلى مراكز كهروحرارية مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية باستخدام وحدات التحلية المتعددة التأثير . حيث بلغ مقدار التوفير الأدنى بكمية الوقود المستهلكة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية في الشبكة 421 ton/year لكل MW من الطاقة التصميمية للوحدة التربينية الغازية وطبقا لذلك مقدار الانخفاض في كمية أكاسيد النتروجين 0.971 ton/year.MW وثاني اوكسيد الكربون 1296.7 ton/year.MW. وذلك على افتراض إن معدل استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي 10 kW.hr  لكل ton  من مياه التحلية المنتجة وكفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية 50 % .  كما إن استخدام نظام مشترك لإنتاج مياه التحلية بين وحدات التحلية المتعددة التأثير ومن نوع التناضح العكسي عن طريق استغلال الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية المنتجة للوحدة التربينية البخارية في المركز الكهروحراري المزدوج يؤدي إلى زيادة كمية مياه التحلية المنتجة وتحقيق إنتاجية نوعية مرتفعة  تساوي تقريبا  42.4 ton/hr.MW . أما في حالة القيم المنخفضة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدات التحلية من نوع التناضح العكسي  5 kW.hr/ton فتشير نتائج الدراسة إلى فاعلية تطوير الوحدات التربينية الغازية إلى محطات مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية باستخدام وحدات التناضح العكسي . حيث بلغ مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية 380.9 ton/year.MW  في حالة المحطات المزدوجة الأحادية الضغط و 428 ton/year.MW في حالة المحطات المزدوجة ثنائية الضغط . 

 

 

 

.1 المقدمة :

           تعتبر الطاقة والمياه العذبة من أهم الموارد الطبيعية والضرورية للحياة وأساس التطور العمراني والتنمية الزراعية والتقدم الصناعي في جميع المجتمعات . ونتيجة لنضوب مصادر الطاقة التقليدية والزيادة المستمرة في الحاجة البشرية للطاقة والمياه العذبة اصبح من الضروري الاقتصاد في استهلاك المتوفر من هذه الموارد الطبيعية والبحث عن وسائل وطرق متعددة للإيفاء بالمتطلبات المستقبلية للطاقة والمياه. وذلك عن طريق استغلال المصادر الثانوية للطاقة والطاقات الجديدة والمتجددة في إنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية [ 1 , 2 ]. وتشير الدراسات الحديثة في مجال تحلية مياه البحر إلى فاعلية استخدام وحدات التحلية من نوع التناضح العكسي و وحدات التحلية المتعددة التأثير لإنتاج مياه التحلية [ 3 ]. حيث يتم تجهيز هذه الوحدات بالطاقة الكهربائية أو بنوعي الطاقة ( الحرارية والكهربائية ) عن طريق المحطات التي تعمل بمصادر الطاقة التقليدية أو الجديدة [ 4 ] .

      وقد تميزت السنوات الأخيرة بارتفاع نسبة استخدام المحطات الغازية لإنتاج الطاقة الكهربائية المطلوبة لتغطية حمل الشبكة الكهربائية للجماهيرية الليبية. ووفقا لبيانات الشركة المصنعة [ 5 ] فإن الوحدات التربينية الغازية المستخدمة في هذه المحطات مصممة بحيث تعمل بنظام الدورة المزدوجة . لذلك ومع الأخذ بعين الاعتبار خصوصية منحنى حمل استهلاك الطاقة الكهربائية لشبكة الجماهيرية وكذلك الحاجة إلى توفير مياه التحلية في الموقع الجغرافي لهذه المحطات تم في الدراسة الحالية بحث فاعلية تطوير هذه المحطات الغازية إلى محطات ومراكز كهروحرارية مزدوجة يتم فيها استغلال الطاقة الحرارية لغازات العادم الخارجة من الوحدات التربينية الغازية في عملية الإنتاج المشترك للطاقة الكهربائية ومياه التحلية .

 

2. التصاميم المدروسة للمحطات الغازية :

    تتضمن المحطات الغازية المدروسة أربع وحدات تربينية غازية من أحد الأنواع التالية ( GT8C , GT11N , GT13E2 ) للشركة المصنعة ( ABB ) . وهذه الوحدات التربينية الغازية مصممة بدورة بسيطة وبمحور واحد يتصل من جهة الضاغط بالمولد الكهربائي إما بصورة مباشرة أو عن طريق مخفض سرعة كما هو الحال في الوحدة التربينية الغازية ( ( GT8C. وبذلك فإن الوحدة التربينية الغازية تضم الأجزاء الأساسية التالية : ضاغط محوري للهواء ، غرفة احتراق حلقية أو مفردة اعتمادا على نوعية التصميم للوحدة التربينية الغازية ، تربينة غازية تعمل بنظام مفتوح لتبريد الريش عن طريق الهواء المسحوب من أو من بعد الضاغط ، والمولد الكهربائي . والجدول ( 1 ) يبين الخواص والمواصفات التصميمية للوحدات التربينية الغازية السابقة الذكر أعلاه [ 5 ].

 

3. التصاميم المقترحة للمحطات والمراكز الكهروحرارية المزدوجة : 

   بهدف زيادة فاعلية المحطات الغازية ( الفقرة (   2 )) وتغطية احتياجات المنطقة من المياه العذبة تم في الدراسة الحالية اقتراح تطوير التصميم الأساسي للوحدات التربينية الغازية ( الجدول (    1) ) لتعمل بنظام الدورة المزدوجة وعملية الإنتاج المشترك للطاقة الكهربائية ومياه التحلية . وبذلك سوف يعتمد تصميم الجزء البخاري في التصميم المقترح على نوعية التقنية المستخدمة لتحلية مياه البحر. لذلك تضمن موضوع الدراسة نوعين من التصاميم :

* التصميم المدروس الأول ( محطة مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية ):

   يتكون التصميم المقترح للمحطة المزدوجة ( الشكل  ( 1 ) ) من الوحدة التربينية الغازية و البخارية ووحدة التحلية هذا بالإضافة إلى مرجل استغلال الطاقة الحرارية لغازات العادم ( WHB ). وبذلك يتم في الوحدة التربينية الغازية إنتاج مقدار من الطاقة الكهربائية NGT  ) ) على أساس كمية الطاقة الحرارية الناتجة من حرق الوقود داخل هذه الوحدة . أما الجزء المتبقي

من هذه الطاقة مع غازات الاحتراق الخارجة من التربينة الغازية فإنه يجهز إلى المرجل. حيث يتم داخل المرجل استغلال هذه الطاقة الحرارية في إنتاج البخار عند الخواص PSB , TSB ) (. وكذلك في تسخين مياه التغذية للمرجل في الموفر . هذا بالإضافة إلى تسخين المتكثف الأساسي المسحوب من المكثف في المسخن الغازي . مما يؤدي ذلك إلى تقليل كمية البخار

 

الجدول (1  ) الخواص والمواصفات التصميمية للوحدات التربينية الغازية .

 

 

المستنزفة من التربينة البخارية لخزان نزع الهواء والغازات المذابة . ويتم تجهيز كمية البخار المنتجة في المرجل إلى الوحدة التربينية البخارية عند الخواص الابتدائية للبخار قبل  التربينة البخارية  P   O , TO ) ) . حيث تتمدد كمية البخار هذه داخل التربينة البخارية حتى الضغط التصميمي للبخار في المكثف  (  PK  ). وذلك بعد أن يتم استنزاف كمية البخار اللازمة لخزان نزع الهواء و الغازات المذابة . وبهذا يتم تحويل جزء من كمية الطاقة الحرارية المجهزة للوحدة التربينية البخارية إلى طاقة كهربائية     (( NST  . ويتم وفقاً للتصميم المدروس سحب متكثف البخار من المكثف ودفعه إلى المسخن الغـازي . الذي يعمل على تسخينه  إلى درجة حرارة أصغر من درجة حرارة التشبع المقابلة لضغط البخار في خزان نزع الهواء والغازات المذابة بمقدار

  ( 3 C^o ) . أما مياه التغـذية فتسحب عن طريق مضخة هذه المياه من خزان نزع الهواء والغازات المذابة ( D     ) وتدفع إلى موفر المرجل .

       وتتكون وحدة التحلية من نوع التناضح العكسي في التصميم المقترح (الشكل(  1     )) من الأجزاء الأساسية التالية : منظومة المعالجة الأولية لمياه البحر ، مضخة رفع ضغط المحلول الملحي إلى ضغط التناضح العكسي ، مجموعة مرشحات المعالجة ذات الغشاء الانتقائي ، منظومة المعالجة النهائية لمياه التحلية المنتجة .

      ومن الجدير بالذكر فان التصميم المقترح يمكن أن يتضمن مرجل ثنائي الضغط لاستغلال الطاقة الحرارية لغازات العادم الخارجة من الوحدة التربينية الغازية بدلا من المرجل الأحادي الضغط  ( الشكل(1      )) وكذلك فان وحدة التحلية من نوع التناضح العكسي يمكن أن تكون مصممة بمرحلتين للضغط ومجهزة بتربينة مائية أو بمبادل ضغط لاسترجاع الطاقة الهيدروليكية للمياه المالحة المستنزفة من مرحلة الضغط العالي [   6 ].

الشكل ( 1    ) التصميم المدروس للمحطة المزدوجة .

 

       وبناء على ما تقدم سوف يتم وفقا للتصميم المدروس استغلال الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية البخارية إما بشكل كامل أو بشكل جزئي لإنتاج مياه التحلية عن طريق وحدة التناضح العكسي . هذا مع الأخذ بعين الاعتبار مقدار الانخفاض في الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية الغازية نتيجة للمقاومة الهيدروليكية للمرجل وكذلك الاستهلاك الذاتي للطاقة الكهربائية في الجزء البخاري من المحطة المزدوجة.

* التصميم المدروس الثاني ( مركز كهروحراري مزدوج مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية ):

   يتضمن التصميم المقترح للمركز الكهروحراري المزدوج ( الشكل (   2)) مقارنة مع التصميم المدروس الأول تربينة بخارية من نوع الضغط المقابل ووحدة تحلية متعددة التأثير ( MED ) بدلا من التربينة التكثيفية ووحدة التحلية من نوع التناضح العكسيي . وبذلك يتم في التصميم المدروس الثاني استغلال الطاقة الحرارية لغازات العادم الخارجة من الوحدة التربينية الغازية في عملية الإنتاج المشترك للطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية اللازمة لوحدة التحلية المتعددة التأثير. حيث يتم كما هو مبين في الشكل (  2 ) تجهيز الطاقة الحرارية للتأثير الأول من وحدة التحلية عن طريق كمية البخار المسحوبة من تربينة الضغط المقابل بعد نهاية إجراء التمدد داخل هذه التربينة  ومعدل التدفق الإضافي للمياه في المسخن الغازي .

                        الشكل ( 2   ) التصميم المدروس للمركز الكهروحراري المزدوج .

وتتكون وحدة التحلية في التصميم المقترح من عدة مبخرات مربوطة بشكل متتابع وتجهز على التوازي بكمية المحلول الملحـي اللازمة لإنتـاج مياه التحلية . وتضم المبخرات ( التي تشكل تأثيرات وحدة التحلية ) بداخلها على مساحة سطحية تعتبر كمكثف لكمية البخار المجهزة للتأثيرات . وبهذه الطريقة يتم تكثيف البخار المجهز لوحدة التحلية في التأثير الأول ، أما التأثيرات الأخرى لغاية التأثير  الأخير فتعتبر كمكثفات للبخار الثانوي المتولد داخل مبخرات وحدة التحلية . و يعمل المكثف

المتكامل بالمبخر الأخير لوحدة التحلية على تكثيف كمية البخار المنتجة في هذا التأثير . ويتم الاستفادة من الطاقة الحرارية لمياه التحلية المنتجة في تأثيرات وحدة التحلية في تسخين المحلول الملحي الذي يشكل جزء من كمية مياه التبريد لمكثف وحدة التحلية . وكذلك يتم استنزاف المحلول الملحي بشكل متتابع من تأثيرات وحدة التحلية وطرحه للوسط المحيط من التأثيـر الأخير لهذه الوحدة .

      هذا بالإضافة إلى ما تقدم فإن التصميم المقترح للمركز الكهروحراري المزدوج يمكن أن يتضمن وحدة تحلية من نوع التناضح العكسي تعمل بشكل متكامل مع وحدة التحلية المتعددة التأثير . وبذلك يتم وفقا للتصميم المدروس للمركز الكهروحراري المزدوج استغلال نوعي الطاقة ( الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية ) المنتجة للوحدة التربينية البخارية لإنتاج مياه التحلية إما بشكل كامل ( عن طريق وحدة تحلية من نوع التناضح العكسي ووحدة تحلية متعددة التأثير ) أو بشكل جزئي عن طريق وحدة تحلية متعددة التأثير .

 

4. طريقة دراسة فاعلية التصاميم المقترحة :

      إن اختيار البديل المناسب لتطوير المحطات الغازية ( الفقرة ( 2 )) لابد أن يكون على أساس الفاعلية القصوى لعملية الإنتاج المشترك للطاقة الكهربائية ومياه التحلية في التصاميم المقترحة ( الفقرة ( 3      )) .  وبصفة مقياس للفاعلية والحفاظ على أدنى مستوى من التلوث للوسط المحيط تم في الدراسة الحالية اعتماد مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة في الشبكة الكهربائية نتيجة لاستخدام التصميم المقترح مقارنة مع عملية الإنتاج المنفصل للطاقة الكهربائية و مياه التحلية عن طريق محطة تعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية ووحدة تحلية من نوع التناضح العكسي ( R    O ) لإنتاج مياه التحلية . وبذلك فإن العلاقة الرياضية التي تعبر عن مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة في عملية المقارنة هذه يمكن أن تأخذ الشكل التالـي  :

DBST = BGTO – BGT +  →  max   ( ton / hr )             ( 1 )

حيث :

BGTO  –  معدل استهلاك الوقود في التصميم الأساسي للوحدة التربينية الغازية   ( ton / hr ).

BGT –  معدل استهلاك الوقود للوحدة التربينية الغازية في التصميم المدروس ( ton / hr )  .

DNE  –  مقدار الزيادة بالطاقة الكهربائية المنتجة للمحطة أو المركزالكهروحراري المزدوج  ( MW )، ويحسب من العلاقة التالية :

DNE = NST  + NGT + DDW * ( NR – NM )   - NGTO – NFP                  ( 2 )

 

NST   –  الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينة البخارية في التصميم المدروس ( MW ).

NGT   –  الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينة الغازية في التصميم المدروس  ( MW ).

NGTO –  الطاقة الكهربائية المنتجة في التصميم الأساسي للوحدة التربينية الغازية ( MW ).

NFP   –  الطاقة الكهربائية المستهلكة لمضخة التغذية للمرجل في التصميم المدروس ( MW ).

DDW – كمية مياه التحلية المنتجة في المحطة أو المركز الكهروحراري المزدوج ( ton / hr ) .

NR  – معدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي ( MW.hr / ton )  .   

ND  –  معدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية في التصميم المدروس  ( MW.hr / ton )  .

Q_CV –  القيمة الحرارية للوقود النوعي  ( Qcv = 40212 kJ / kg ) .

EST – كفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية .

      ولغرض الحصول على البديل المناسب الذي يعطي أقصى قيمة لمقياس الفاعلية من العلاقة ( 1      ) تمت دراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات والمراكز الكهروحرارية المزدوجة عند قيم مختلفة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي(   NR) وكفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية. هذا بالإضافة إلى دراسة تأثير تصميم المرجل ( أحادي أو ثنائي الضغط ) وكذلك تأثير ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية المتعددة التأثير وطبقا لذلك العدد التصميمي لتأثيرات هذه الوحدة على فاعلية التصاميم المقترحة .

      ومن الجدير بالذكر تم في الدراسة الحالية اعتماد الخواص الابتدائية للبخار قبل التربينة البخارية (      PO ,TO  ) وضغط ودرجة حرارة البخار المنتج في المرحلة الثانية من المرجل (   TSBL , PSBL ) في حالة استخدام المراجل الثنائية الضغط في التصاميم المقترحة ( الفقرة ( 3      )) وفقا لنتائج الدراسة السابقة [ 7 ]. وكذلك تم في عملية إعداد النموذج الرياضي الخاص بدراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات والمراكز الكهروحرارية المزدوجة استخدام الطرق التالية :

- طريقة حساب التصميم الحراري للوحدات التربينية الغازية   [ 8 ] .

- طريقة حساب المراجل البخارية التي تعمل على استغلال المصادر الثانوية للطاقة [ 9 ].

- طريقة حساب التصميم الحراري للمحطات والمراكز الكهروحرارية البخارية [    10  ].

- طريقة حساب التصميم الحراري المبسط لوحدات التحلية المتعددة التأثير [    11 ].  

 

 .5نتائج دراسة فاعلية التصاميم المقترحة للمحطات والمراكز الكهروحرارية المزدوجة :

      تعتمد فاعلية التصميم المدروس للمحطة المزدوجة أو المركز الكهروحراري المزدوج بشكل أساسي على الخواص والمواصفات السابقة الذكر في الفقرة ( 4 ) . لذلك تم إجراء دراسة لبحث تأثير هذه الخواص والمواصفات على مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة من العلاقة (  1) وتحديد فاعلية التصاميم المقترحة لتطوير النماذج المختلفة للوحدات التربينية الغازية الفقرة (  2). وقد بينت نتائج الدراسة على تصميم المركز الكهروحراري المزدوج ( الشكل ( 2 )) عند ثبوت كفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية (  EST) فإن زيادة معدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي ( NR ) سوف يؤدي إلى ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة ( DBST ) نتيجة لعملية الإنتاج المشترك للطاقة الكهربائية ومياه التحلية ( الشكل (  3)) . والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى زيادة كمية الطاقة الكهربائية اللازمة لإنتاج مياه التحلية. ومن ثم ارتفاع معدل استهلاك الوقود لإنتاج هذه المياه. وكذلك يبين الشكل ( 3 ) تأثير كفاءة المحطة التعويضية ( EST ) على مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة ( DBST ). حيث يلاحظ من الشكل هبوط مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للمركز الكهروحراري المزدوج مع زيادة كفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية . وذلك بسبب هبوط معدل استهلاك الوقود على إنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية في النظام المنفصل .

      وقد تم دراسة تأثير التصاميم المقترحة لتطوير التصميم الأساسي للمحطات الغازية ( الفقرة (3  ) ) على مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة (DNEK , DNET  ) وكذلك كمية مياه التحلية المنتجة القصوى ( DDWK , DDWT )

الشكل ( 3  ) علاقة مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة ( DBST ) للمركز الكهروحراري

المزدوج مع كفاءة المحطة التعويضية ( EST ) عند قيم مختلفة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية

( NR ) لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي .

 

للمحطة في حالة استغلال مقدار الزيادة هذا في كمية الطاقة الكهربائية لإنتاج مياه التحلية باستخدام وحدة تحلية من نوع التناضح العكسي عند قيم مختلفة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي ( NR ) لهذه الوحدة. حيث يلاحظ من الشكل

( 4 ) عند القيم المنخفضة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي ( NR < 6 kW.hr/ton  ) فاعلية تطوير الوحدات التربينية الغازية إلى محطات مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية ( التصميم المقترح الأول ). وذلك بسبب ارتفاع مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمحطة المزدوجة (DNEK  ) مقارنة مع هذا المقدار في حالة المركز الكهروحراري المزدوج ( DNET ). كنتيجة لانخفاض كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة لإنتاج مياه التحلية في وحدة التناضح العكسي . وهذا ما يؤدي إلى ارتفاع كمية مياه التحلية المنتجة القصوى للمحطة المزدوجة ( DDWK ) مقارنة مع هذه الكمية للمركز الكهروحراري المزدوج ( DDWT ). أما في حالة زيادة معدل استهلاك الطاقة الكهربائية

( NR > 8 kW.hr/ton ) فيبين الشكل (  4) فاعلية التصميم المقترح الثاني . وذلك بسبب ارتفاع مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية ( DNET ) وكمية مياه التحلية المنتجة القصوى للمركز الكهروحراري المزدوج ( DDWT ) نتيجة لانخفاض إكسيرجي الطاقة الحرارية المجهزة لوحدة التحلية المتعددة التأثير . ومن الجدير بالذكر في هذه الحالة يتم في التصميم المقترح الثاني استخدام نظام مشترك لإنتاج كمية مياه التحلية ( DDWT ) عن طريق وحدة تحلية متعددة التأثير ووحدة تحلية من نوع التناضح العكسي . لذلك سوف تزداد فاعلية التصميم المقترح مع ارتفاع معدل استهلاك الطاقة الكهربائية نتيجة لزيادة نسبة المشاركة لوحدة التحلية المتعددة التأثير في إنتاج كمية مياه التحلية . ومن ثم ارتفاع كمية مياه التحلية المنتجة للتصميم المقترح الثاني مقارنة مع هذه الكمية للتصميم المقترح الأول .

      وقد تم دراسة تأثير ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية المتعددة التأثير (PT  ) وطبقا لذلك العدد التصميمي لتأثيرات هذه

الشكل ( 4 ) علاقة مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية ( DNEK , DNET  ) وكمية مياه

التحلية المنتجة القصوى ( DDWK , DDWT  ) للمحطة المزدوجة والمركز الكهروحراري المزدوج

مع معدل استهلاك الطاقة الكهربائية ( NR ) لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي .

 

الوحدة (N  ) على فاعلية التصميم المقترح الثاني عند قيم مختلفة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدة التحلية التعويضية من نوع التناضح العكسي ( NR ). حيث يلاحظ من الشكل (5  ) زيادة مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية في المركز الكهروحراري المزدوج  مع ارتفاع معدل استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدة التحلية التعويضية من نوع التناضح العكسي . كنتيجة لزيادة معدل استهلاك الوقود لإنتاج مياه التحلية في النظام المنفصل.  وكذلك يلاحظ من الشكل ( 5 ) ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة ( DBST ) مع زيادة ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية ( PT ) عند القيم المرتفعة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية ( NR > 8 kW.hr/ton ). والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى زيادة كمية مياه التحلية المنتجة للمركز الكهروحراري ( DDW ، الشكل ( 6 ) ) نتيجة لارتفاع العدد التصميمي لتأثيرات وحدة التحلية ( N ). ومن ثم زيادة كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة لإنتاج مياه التحلية في النظام المنفصل بمعدل أكبر من الهبوط بمقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمركز الكهروحراري ( DNET ، الشكل (  6) ). والعكس صحيح في حالة استغلال الطاقة الهيدروليكية للمياه المستنزفة من وحدة التحلية في النظام المنفصل

( NR < 6 kW.hr/ton ). حيث يؤدي ذلك في هذه الحالة إلى هبوط مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للمركز الكهروحراري المزدوج مع ارتفاع ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية كما هو مبين في الشكل ( 6 ).

      تأثير ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية ( PT ) على كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للتربينة البخارية ( NET ) وكمية مياه التحلية المنتجة القصوى (  DDWT) للمركز الكهروحراري المزدوج مبين في الشكل (6  ). حيث يلاحظ من الشكل ارتفاع كمية مياه التحلية المنتجة القصوى للمركز الكهروحراري مع زيادة ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية. والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى زيادة كمية مياه التحلية المنتجة عن طريق وحدة التحلية المتعددة التأثير ( DDW ) بمقدار أكبر من

الشكل (  5) علاقة مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة ( DBST ) للمركز الكهروحراري

المزدوج مع ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية ( PT  ) عند قيم مختلفة لمعدل استهلاك الطاقة

الكهربائية ( NR ) لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي.

 

مقدار الانخفاض بكمية  المياه المنتجة عن طريق وحدة التناضح العكسي نتيجة لهبوط الطاقة الكهربائية المنتجة للتربينة البخارية ( NET   ) وزيادة معدل استهلاك هذه الطاقة لوحدة التحلية المتعددة التأثير.  وكذلك يلاحظ من الشكل ( 6 ) ارتفاع مقدار الزيادة في الطاقة الكهربائية المنتجة لتصميم المركز الكهروحراري المزدوج ( DNET ) مقارنة مع التصميم المدروس للمحطة المزدوجة ( DNEK  ) في حالة عدم استخدام منظومة لاسترجاع الطاقة الهيدروليكية للمياه المستنزفة من وحدة التناضح العكسي ( NR= 12 kW.hr/ton ). كنتيجة لارتفاع معدل استهلاك الطاقة الكهربائية لإنتاج مياه التحلية في التصميم المقترح الأول. مما يؤدي ذلك إلى زيادة كمية مياه التحلية المنتجة القصوى للتصميم المقترح الثاني ( DDWT  ) في المجال المدروس لضغط البخار المجهز لوحدة التحلية ( PT > 0.22 bar  ) مقارنة مع التصميم المدروس للمحطة  المزدوجة ( DDWK ).    

 

اضغط هنا للانتقال الى الصفحة التالية لكمال الموضوع

 

حفظ بواسطة مركز المدينة المنورة للعلم والهندسة