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.

 

تكملة البحث :

 

      وقد تم دراسة تأثير تصميم المرجل ( أحادي أو ثنائي الضغط ) على فاعلية التصاميم المقترحة ( الفقرة ( 3 ) ) عند قيم مختلفة لكفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية ( EST ). حيث يلاحظ من الشكل ( 7 ) تطوير الوحدات التربينية الغازية إلى محطات أو مراكز كهروحرارية مزدوجة ثنائية الضغط مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية يؤدي إلى زيادة مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة (  DBST) . والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى ارتفاع كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية البخارية في التصميم المقترح للمحطة المزدوجة (NEK  ، الشكل ( 8 )) أو المركز الكهروحراري المزدوج (  NET، الشكل( 8 ) ) . كنتيجة لارتفاع أكسيرجي الطاقة الحرارية المنتجة للمرجل الثنائي الضغط مقارنة مع هذه الأكسيرجي للمرجل الأحادي الضغط . هذا بالإضافة إلى زيادة مقدار الشغل النوعي الذي ينجزه البخار داخل التربينة

المزدوج (  NET، الشكل( 8 ) ) . كنتيجة لارتفاع أكسيرجي الطاقة الحرارية المنتجة للمرجل الثنائي الضغط مقارنة مع هذه

الشكل (6  ) علاقة مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية ( DNEK , DNET  ) وكمية مياه

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

المزدوج مع ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية المتعددة التأثير( PT ).

الشكل ( 7 ) تأثير تصميم المرجل ( أحادي ( SP ) أو ثنائي ( DP ) الضغط ) المستخدم في

المحطة المزدوجة ( SCPP , DCPP ) والمركز الكهروحراري المزدوج ( SCCPP , DCCPP )

على مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة (  DBST).

الأكسيرجي للمرجل الأحادي الضغط . هذا بالإضافة إلى زيادة مقدار الشغل النوعي الذي ينجزه البخار داخل التربينة البخارية ( بسبب ارتفاع الخواص الابتدائية للبخار المجهز للتربينة البخارية ). وكذلك يبين الشكل ( 7 ) ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للمركز الكهروحراري المزدوج الأحادي والثنائي الضغط مقارنة مع المحطة المزدوجة الثنائية الضغط واستخدام وحدة تحلية من نوع التناضح العكسي لا تتضمن منظومة لاسترجاع للطاقة الهيدروليكية للمياه المستنزفة من هذه الوحدة ( NR= 12 kW.hr/ton ).  والسبب في ذلك يمكن تفسيره إلى ارتفاع معدل استهلاك الوقود لإنتاج مياه التحلية في وحدة التناضح العكسي مقارنة مع وحدة التحلية المتعددة التأثير . أما في حالة استخدام وحدة تحلية من نوع التناضح العكسي تتضمن منظومة لاسترجاع الطاقة الهيدروليكية فيلاحظ من الشكل (7  ) ارتفاع مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للمحطة المزدوجة الثنائية الضغط مقارنة مع المركز الكهروحراري المزدوج الثنائي الضغط . وذلك بسبب ارتفاع أكسيرجي الطاقة الحرارية المجهزة لوحدة التحلية المتعددة التأثير. ومن ثم كمية الوقود المستهلكة لإنتاج مياه التحلية في المركز الكهروحراري.

الشكل ( 8 ) علاقة كمية الطاقة الكهربائية المنتجة في الوحدة التربينية البخارية (NEK , NET  )

وكمية مياه التحلية المنتجة ( DDW ) مع تصميم المرجل ( أحادي ( SP ) أو ثنائي ( DP )

الضغط ) المستخدم في المحطة المزدوجة ( CPP  ) والمركز الكهروحراري المزدوج ( CCPP  ).

 

      وكذلك يبين الشكل ( 7 ) ارتفاع كفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية ( EST ) يؤدي إلى انخفاض مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للتصاميم المقترحة (DBST  ) . وذلك للأسباب السابقة الذكر أعلاه في الشكل (3  ).

      تأثير تصميم المرجل على كمية مياه التحلية المنتجة ( DDW ) ومقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة

( DNET ) لتصميم المركز الكهروحراري المقترح مبين في الشكل ( 8 ) . حيث يلاحظ من الشكل إن استخدام الدورة المزدوجة الثنائية الضغط في تطوير المحطات الغازية إلى مراكز كهروحرارية يؤدي إلى ارتفاع مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة (DNET  ) وهبوط كمية مياه التحلية المنتجة (DDW  ) مقارنة مع استخدام الدورة المزدوجة الأحادية الضغط . وذلك بسبب ارتفاع كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للتربينة البخارية NET ( للأسباب السابقة الذكر أعلاه ) وهبوط كمية الطاقة الحرارية المجهزة لوحدة التحلية المتعددة التأثير عن طريق المسخن الغازي في المرجل . كنتيجة لانخفاض درجة حرارة غازات الاحتراق بعد الموفر في المرحلة الثانية من المرجل . ومن ثم هبوط كمية الطاقة الحرارية المنتجة للمسخن الغازي .

         وقد تم في الدراسة الحالية حساب الفاعلية البيئية للتصاميم المقترحة عن طريق مقدار الانخفاض في كمية ثاني أوكسيد الكربون ( DMCO2  ) وأكاسيد النتروجين ( DMNOx  )  المطرحة للوسط المحيط. والجدول ( 2 ) يبين نتائج دراسة الفاعلية الحرارية والبيئية لتطوير الوحدات التربينية الغازية (GT8C , GT11N , GT13E2  ) إلى محطات ومراكز كهروحرارية مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية. حيث يلاحظ من الجدول إن أقصى مقدار من الفاعلية الحرارية والبيئية النوعية يمكن تحقيقه هو في حالة تطوير الوحدات التربينية الغازية من نوع (GT11N  ) . وذلك بسبب انخفاض كفاءة هذه الوحدات مقارنة مع التصاميم الأخرى المدروسة ( الجدول ( 1 )). مما يؤدي ذلك إلى ارتفاع معدل استهلاك الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية في التصميم الأساسي للمحطة الغازية وكذلك ارتفاع كمية غازات الاحتراق المطروحة للوسط المحيط. وبالتالي زيادة نسبة التلوث للوسط المحيط عن طريق هذه الغازات . وكذلك تبين نتائج الدراسة المرفقة في الجدول (  2) ارتفاع مقدار الهبوط في الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية الغازية مع زيادة الطاقة التصميمية لهذه الوحدة. وذلك بسبب ارتفاع كمية غازات الاحتراق الخارجة من هذه الوحدة مع زيادة الطاقة الكهربائية التصميمية

 ( الجدول(  1)) وكذلك ارتفاع ضغط الغازات بعد التربينة الغازية نتيجة للمقاومة الهيدروليكية للمرجل. مما يؤدي ذلك إلى هبوط الشغل النوعي للوحدة التربينية الغازية.

      وكذلك يلاحظ من الجدول (2  ) انخفاض كمية مياه التحلية المنتجة للمركز الكهروحراري المزدوج مع هبوط الطاقة التصميمية للوحدة التربينية الغازية . وذلك بسبب انخفاض كمية الطاقة الحرارية لغازات الاحتراق الخارجة من التربينة الغازية . ومن ثم هبوط كمية البخار المنتجة في المرجل ( DSBH ). وبالتالي انخفاض كمية الطاقة الحرارية المجهزة لوحدة التحلية المتعددة التأثير . ومن الجدير بالذكر في هذه الحالة لزيادة كمية مياه التحلية المنتجة للمركز الكهروحراري يمكن استخدام نظام مشترك لإنتاج مياه التحلية بين وحدات التحلية المتعددة التأثير ومن نوع التناضح العكسي. وبذلك يمكن تحقيق إنتاجية نوعية مرتفعة لمياه التحلية على أساس الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية الغازية ( 35 : 82 ton/MW.hr ).  

 

6. خلاصة النتائج والتوصيات:

    نتائج دراسة فاعلية تطوير المحطات الغازية إلى محطات ومراكز كهروحرارية مزدوجة تشير إلى :

1.6 ـ 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 للمحطة 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 عدد ساعات اشتغال المركز الكهروحراري خلال السنة  6000 hr وإن معدل استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدة التحلية من نوع التناضح العكسي10 kW.hr/ton  وكفاءة المحطة التعويضية لإنتاج الطاقة الكهربائية 50 % .

 

جدول (2  ) الخواص والمواصفات التصميمية للتصاميم المدروسة للمحطات والمراكز البكهروحرارية المزدوجة المخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية

 

 

2.6 ـ استخدام المراجل الثنائية الضغط في المراكز الكهروحرارية المزدوجة يؤدي إلى زيادة مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة والمؤشرات البيئية السابقة الذكر ( الفقرة 1.6 ) بنسبة 8.5 % . وذلك بالرغم من انخفاض كمية مياه التحلية المنتجة للمركز الكهروحراري إلى 10.7 ton/hr.MW.

3.6 ـ رفع ضغط البخار المجهز لوحدة التحلية من 0.3 bar إلى 0.38 bar يؤدي إلى زيادة العدد التصميمي لتأثيرات وحدة التحلية من 8 إلى 10  وارتفاع كمية مياه التحلية المنتجة للمركز الكهروحراري ( الفقرة  2.6 ) بنسبة 16.5 % .

4.6 ـ 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 ( الفقرة 2.6 ) تساوي تقريبا  42.5 ton/hr.MW .

5.6 ـ فاعلية تطوير المحطات الغازية إلى محطات مزدوجة مخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية ومياه التحلية باستخدام وحدات التحلية من نوع التناضح العكسي عند قيم منخفضة لمعدل استهلاك الطاقة الكهربائية لهذه الوحدات 5 kW.hr/ton  . 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 الثنائية الضغط .

 

* الرموز المستخدمة في الرسوم والجداول التوضيحية :

(DBST)T , (DBST)K ـ مقدار التوفير في كمية الوقود المستهلكة للمحطة المزدوجة والمركز الكهروحراري على الترتيب.

DDW ـ كمية مياه التحلية المنتجة للمحطة المزدوجة أو المركز الكهروحراري المزدوج.

DDWT , DDWK ـ كمية مياه التحلية المنتجة القصوى للمحطة المزدوجة والمركز الكهروحراري على الترتيب.

DMNOx , DMCO2 ـ مقدار الانخفاض في كمية ثاني أوكسيد الكربون وأكاسيد النتروجين المطروحة للوسط المحيط. 

DNET , DNEK ـ مقدار الزيادة في كمية الطاقة الكهربائية المنتجة للمحطة المزدوجة والمركز الكهروحراري على الترتيب.

DSBL , DSBH ـ كمية البخار المنتجة في مرحلة الضغط المرتفع والمنخفض من المرجل على الترتيب .

Ggas ـ كمية غازات الاحتراق الخارجة من الوحدة التربينية الغازية.

N ـ عدد تأثيرات وحدة التحلية المتعددة التأثير.

NGT ـ الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية الغازية.

NET , NEK ـ الطاقة الكهربائية المنتجة للوحدة التربينية البخارية في المحطة المزدوجة والمركز الكهروحراري على الترتيب .

NR , NM ـ معدل استهلاك الطاقة الكهربائية النوعي لوحدة التحلية المتعددة التأثير ومن نوع التناضح العكسي .

PT , PK ـ ضغط البخار عند المكثف وضغط البخار المجهز لوحدة التحلية المتعددة التأثير على الترتيب.

TO , PO ـ ضغط ودرجة حرارة البخار المجهز للوحدة التربينية البخارية على الترتيب.

TSBL , PSBL ـ ضغط ودرجة حرارة البخار المنتج في مرحلة الضغط المنخفض من المرجل على الترتيب.

Tex ـ درجة حرارة خروج غازات الاحتراق من الوحدة التربينية الغازية أو المرجل ( WHB ).

 

* المختصرات المستخدمة :

DCPP – Duel pressure Combined Power Plant.

DCCPP – Duel pressure Combined Cogeneration Power Plant.

DP – Duel Pressure.

MED – Multi – Effect Distillation unit.

CPP – Combined Power Plant.

CCPP – Combined Cogeneration Power Plant.

RO – Reverse Osmosis desalination unit.

SCPP – Single pressure Combined Power Plant.

SCCPP – Single pressure Combined Cogeneration Power Plant.

SP – Single Pressure.

WHB – Waste Heat Boiler.

 

 

 

المصادر المستخدمة (  REFRENCES  )

1. BUROS O.K. (2000)

    The ABCs of Desalting / International Desalination Association, USA, 31 pp. 

2. TRIEB F., NITSCH J., KNIES G. (2002)

     Combined Solar Power and Desalination Plants for the Mediterranean Region/

      EUROMED 2002, 4: 7 May, SINAI – EGYPT.  

3. LEON AWERBUCH (2001)

    Desalination and Power Development in the New Millennium / Sustainable

    Development International. (Internet Communication)

4. IAEA (1997)

    Assessment of the Economic Competitiveness of Nuclear and Fossil Energy    

    Options for Seawater Desalination / Nuclear Power Technology Development

    Section, A - 1400, VIENA – AUSTRIA.

5. ABB POWER GENERATION Ltd. (1996)

    Heavy Duty Gas Turbines / Gas Turbine and Combined Cycle Power Plants,

    CH – 4501, BADEN – SWITZERLAND.

6. MASARU KURIHARA & HIROYUKI YAMAMURA (1999)

    High Recovery / High Pressure Membranes for Brine Conversion SWRO

    Process Development and Its Performance Data  / Toray Industries, Inc.,

    Research and Development Division, OTSU, SHIGA, 520 – 0842 JAPAN.

 

 

7. OLAV BOLAND (1990)

   Analysis of Combined and Integrated Gas Turbine Cycle / Norwegian Institute

    of Technology, Thermal Energy Division, Trondheim 7034, NORWAY.

8. ARSENYEV I.V. & TYRYSHKIN V.G. (1989)

     Gas Turbine Plants / Leningrad , Mashinostroine , 543 pp. .

 9. VOINOV A. P. & KUPERMAN L.E. ( 1989 )

     Heat Recovery Steam Boilers / Moscow , Energia , 272 pp. .

10. AMINOV R.Z. & KLEBALEN U.M. ( 1989 )

     Cogeneration Steam Power Plants / Moscow , Vish. Shcola , 256 pp. .

 11. JERNQVIST A. & JERNQVIST M. ( 1999 )

     Simulation of Thermal Desalination Processes / Desalination and The

     Environment Conference, Las Palmas, Gran Canaria, November 9: 12, 1999.

 

 

للرجوع للصفحة الاولى اضغط هنا

 

إعداد مركز المدينة للعلم و الهندسة