ضرورت بهینه‌سازی مصرف انرژی در نیروگاهها

یكی از مباحثی كه از دیدگاه تخصصی سبب كاهش تلفات انرژی الكتریكی می‌شود مساله بهینه‌سازی مصرف انرژی در نیروگاهها است.
در مقاله زیر كه به وسیله مهندس معصومه لاجوردی كارشناس شركت مهندسین دانشمند برق اصفهان تهیه شده مساله بهینه‌سازی مصرف انرژی در نیروگاهها، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
در نیروگاهها طی فرآیند تبدیل انرژی فسیلی به انرژی الكتریكی و تولید برق، بخش قابل توجهی از انرژی نیز تلف می‌شود كه این اتلاف بسته به نوع فن‌آوری و سطح طراحی نیروگاه تفاوت می‌كند، علاوه بر آن تولید آلاینده‌های آب و هوا را نیز نمی‌توان از نظر دور داشت.
از عیوب این نیروگاهها تولید گاز كربنیك فراوان و اكسیدهای ازت، گوگرد، نیتروژن و منواكسیدكربن و ذرات معلق است كه از طریق دودكشهای نیروگاه به آتمسفر تخلیه می‌شوند و در جو زمین رها شده و محیط زیست را آلوده می‌سازد.
در ایران، نیروگاههای حرارتی بیشترین سهم را در مصرف برخی از حامل‌های انرژی‌ایفا می‌كنند، به طوری كه در سال ۱۳۸۳، حدود ۳۱/۳۶ درصد از نفت كوره و ۹/۷۳ درصد از گاز طبیعی مصرف كشور به این بخش اختصاص داشته است.
بنابراین نیروگاههای حرارتی از مهمترین منابع ایجاد‌ آلاینده‌های هوا از نظر كمی و كیفی است
با توجه به حجم بالای انرژی تبدیل یافته و درصد بالای تلفات انرژی در نیروگاهها، اگر بتوان راندمان نیروگاهها را افزایش داد، صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در سوخت و كاهش آلاینده‌های زیست محیطی به عمل خواهد آمد.
● راهكارهای افزایش راندمان در نیروگاهها
الف) واحد بخاری
▪ سوپر هیت كردن بخار (بالابردن كیفیت بخار)
▪ پیش گرم كردن آب سیكل
▪ بررسی مسیرهای نشت بخار در توربین و اصلاح آن
▪ عایق كاری مناسب با اصلاح سیستم عایق‌بندی
▪ خارج كردن بعضی از تجهیزات كمكی از سرویس در بار پایین
▪ تمیز كردن كندانسور
▪ افزودن پیشگرم‌كن هوای ورودی به كوره
▪ اصلاح تركیب سوخت
▪ اصلاح میزان هوای اضافی ورودی به كوره و كنترل O۲
ب) واحد گازی
▪ خشك كردن هوای ورودی به كمپرسور (به یكی از روشهای سیستم ایرواشر، مدیاوفاگ)
▪ استفاده از سیستم تولید
مشتـرك بــرق و حــرارت C.H.P (COMBINED HEAT & POWER) جهت بازیافت حرارت برای فرآیند یا گرمایش منطقه‌ای
● اثرات زیست محیطی نیروگاهها
اثرات زیست محیطی شامل موارد زیر است:
الف) اثرات مستقیم
ب) اثرات غیر مستقیم
اثرات مستقیم نیروگاهها به شرح زیر است:
▪ اثرات آلاینده‌های خروجی در هوا بر سلامت انسان، پوشش‌های گیاهی، حیات وحش
▪ افزایش سر و صدا و ارتعاش
▪ تغییر در هیدرولوژی و كیفیت آبهای سطحی و زیرزمینی
▪ شوك حرارتی به موجوات آبزی
▪ جابجایی جمعیت
▪ تغییر الگوی مصرف آب
▪ افزایش تقاضا برای زیرساخت‌ها
▪ اختلال در ترافیك
ب) اثرات غیرمستقیم نیروگاهها عبارت است از:
▪ تغییر در الگوهای جمعیتی
▪ تغییر در ارزشها و الگوهای اجتماعی و فرهنگی
اثرات زیست محیطی نیروگاهها شامل مراحل ساخت و بهره‌برداری است كه در مرحله ساخت با انجام فعالیت‌های آماده‌سازی زمین بروز پیدا می‌كند، از قبیل: پاكسازی محل، گودبرداری، خاكبرداری، زهكشی، لایروبی، نهركشی و مانند آن. استخدام و به كارگیری تعداد زیادی از كارگران در مرحله ساختمانی نیز اثرات قابل ملاحظه‌ای از نظر فرهنگی و اجتماعی در منطقه در پی دارد. در مرحله بهره‌برداری، انواع اصلی آلاینده‌ها و مهمترین منابع آنها در فرآیندهای اصلی و فرعی مرتبط با روشهای مختلف تولید انرژی برق مورد بررسی قرار می‌گیرد.
● مزایای بهینه‌سازی نیروگاهها
بهینه‌سازی نیروگاهها نیازمند تخصص بالا و به كارگیری ابزارهای ویژه از قبیل:‌ آنالیز اكسرژی و تكنولوژی پینچ است كه از مباحث پیچیده به شمار می‌رود. همچنین برای موازنه جرم و انرژی در بخش‌های گوناگون نیروگاه باید از سیستم‌های اندازه‌گیری بسیاری استفاده كرد.
به طور كلی مزایای بهینه‌سازی شامل موارد ذیل است:
الف) كاهش مصرف سوخت و كم شدن هزینه‌های نیروگاه
ب) كاهش آلاینده‌های هوا
ج) كاهش آب مصرفی و آلودگی ناشی از پسابها
● استراتژی صنعت برق
نیروگاهها به عنوان یكی از عرصه‌های مهم تولید انرژی برق و
یكی از محورهای عمده توسعه در جوامع در دوران معاصر محسوب می‌شوند و چنانچه در طراحی، فرآیند تولید و بهره‌برداری آنها ملاحظات زیست محیطی اعلام نشود به كانونهای به شدت آلاینده صنعتی تبدیل گشته و نقش تخریبی آنها برجامعه بیش از نقش سازندگی آنها خواهد شد.
طبق بررسی‌های انجام شده در كشورهای جامعه اقتصادی و توسعه (OECD) ، ۴۰ تا ۵۰ درصد از اكسیدهای گوگردی، ۲۵ درصد از اكسیدهای ازت و بیش از ۵۰ درصد از گازهای گلخانه‌ای به ویژه CO۲ ، ناشی از نیروگاههای بخاری است كه حدود ۳۰ درصد از كل انرژی جهان را مصرف می‌كنند.
صنعت برق كشور با آگاهی از نتایج مخاطره‌آمیز ناشی از آلودگی‌های زیست محیطی ناشی از فعالیت نیروگاهها، به ویژه در نیروگاههای بخاری تمهیداتی را به شرح ذیل مدنظر قرار داده است:
۱) گازسوز كردن در نیروگاههای بخاری
۲) توسعه نیروگاههای چرخه تركیبی (COMBINE CYCLE)
● گازسوز كردن نیروگاههای بخاری دو هدف عمده دربر دارد
الف) حذف و یا كاهش میزان انتشار گاز SO۲ درگازهای خروجی از نیروگاهها
ب) كاهش میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای SO۲ به میزان ۲۵ درصد
طبق محاسبات انجام شده میانگین انتشار كربن از نیروگاههای كشور معادل ۱۶۹ گرم به ازای هر كیلووات ساعت است كه در مقایسه با كشورهای اروپائی و ژاپن این میزان به ترتیب ۱۲۹ و ۱۹۷ درصد بیشتر است. سایر اقداماتی كه در صنعت برق كشور برای مقابله با آلودگی‌های زیست محیطی ناشی از نیروگاهها می‌تواند در دستور كار قرار گیرد به شرح زیر است:
۱-)به رغم گازسوزكردن نیروگاهها، گاز اكسیدهای ازت یا NOX ، یكی از آلاینده‌های مهم هوا است كه همچنان به عنوان محصول احتراق از طریق دودكش نیروگاهها در اتمسفر انتشار می‌یابد. این گاز مانند SO۲ موجب باران‌های اسیدی و نیز اثرات گازهای گلخانه‌ای می‌شود. این اثرات زیانبار زیست محیطی باعث توسعه تكنولوژیهای كاهش NOX منتشره از نیروگاههای در حال كار و یا در حال ساخت خواهد شد. در این زمینه دو فرآینده وجود دارد:
الف) بهینه‌سازی سیستم‌های احتراق كه بر احتراق مرحله‌ای (Staged Combustion) مبتنی است كه شامل بهینه‌سازی محفظه احتراق و نیز مشعلهای با NOX كم یا مشعل‌های
(LOW NOXBURNER) L.N.B است.
نصب این مشعلها میزان انتشار NOX را بین ۳۰ تا ۵۰ درصد كاهش می‌دهد. هزینه این نوع از مشعل‌ها در بویلرهای درحال كار ۵ تا ۱۰ دلار به ازای هركیلووات و در بویلرهای نو بین ۱ تا ۳ دلار است.
ب) نصب تجهیزات تصفیه و حذف NOX در مسیر دود خروجی نظیر: SCR و یا SNCR است،‌ به طوری كه هزینه سرمایه‌ای روش SCR در حدود ۱۰۰ دلار به ازای هر كیلووات است. چنانچه سیستم احتراق نیروگاه گازسوز و مشعلها از نوع L.N.B باشد، میزان انتشار NOX تا حد مجاز استانداردهای محیط زیست ایران كاهش خواهد یافت.
۲) پایش مداوم آلاینده‌ها:
با نصب سیستم‌های (Continous Monitoring) پایش مداوم آلاینده‌ها، نیروگاهها را قادر می‌كند تا میزان انحراف و انتشار آلاینده‌ها را از حد مجاز و نیر عوامل تشدید آلودگی را مشخص كرده و سیستم در بهترین شرایط بهره‌برداری، كارائی و شرایط زیست محیطی قرار گیرد.
۳) اعمال مدیریت انرژی
۴) بهینه‌سازی مصرف آب
۵) بازیافت پسابهای صنعتی و استفاده مجدد از آن
۶) كاهش مصرف مواد شیمیائی براساس بهره‌برداری درست و اصولی سیستم‌ها
۷) مدیریت بر پسماندهای خطرناك، نظیر: مدیریت بر روغن‌های آسكارل حاوی ۲PCB
۸) فعال كردن واحد محیط زیست نیروگاهها و جذب كارشناسان محیط زیست
۹) راه‌اندازی آزمایشگاه محیط زیست در نیروگاهها جهت اندازه‌گیری پارامترهای زیست محیطی به منظور كنترل آلودگیها.

مهندس معصومه لاجوردی- كارشناس شركت مهندسین دانشمند برق ایران
منابع:
۱) مدیریت زیست محیطی نیروگاهها- سازمان بهره‌وری انرژی ایران (سابا)- زمستان ۱۳۸۴
۲) استفاده از سایت‌های اینترنتی.

منبع : ماهنامه پیک برق