تولید برق از منابع و پتانسیل های آبی

 

میکرو/مینی نیروگاه آبي دستگاهی است که انرژی هیدرولیکی آب جاري را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این دستگاه به گونه­ای طراحی شده است که کمترین تأثیرات محیطی را داشته باشد، دارای بازده بالایی بوده و از نظر قيمت كاملاً اقتصادي باشد. میکرو/مینی نیروگاه یک منبع پایدار، به صرفه، پاک و با عمركاركرد بالا است.

ما توانایی طراحی و ساخت انواع توربین­های معمول از نوع Pelton، Kaplan، PAT، Banki و Francis را برای پوشش گستره­ ی وسیعی از هد و دبی­ های موجود در اندازه میکرو/مینی را دارا می­باشد .

میکرونیروگاه آبی ( میکروتوربین)

 

تولید برق از منابع و پتانسیل های آبی

 

از آنجائیکه در سال­های آینده جهان، بحران انرژی در انتظار بشر می باشد، لذا مدیریت تولید و مصرف انرژی امری ضروری می باشد. یکی از راههای مدیریت انرژی، تولید انرژی از منابع تجدید پذیر و مستقل از دولت و به صورت خصوصی است. چرا که ضمن کاهش فشار بر شبکه سراسری و کاهش آلودگی محیط زیست، مردم و مصرف کنندگان برق صنعتی، نیمه صنعتی و خانگی مورد نیاز خود را تولید خواهند نمود. یکی از راه­های تولید انرژی خصوصی، استفاده از پتانسیل های آبی کوچک و ریز باشد. این پتانسیل­ها که به صورت پراکنده در نقاط مختلف کشور یافت می­شوند، نیاز است تا به صورت محلی مورد بهره برداری قرار گیرند.

با نگاهی به نوع پتانسیل­ها که آمار غیر رسمی در خصوص آن­ها به دلیل پرهزینه بودن امکان­سنجی وجود دارد، متوجه مي گرديم كه بازه اين پتانسيل ها از نظر ظرفيت (ارتفاع و مقدار آبدهي) بسیار وسیع می­باشد.

اين پتانسيل ها از اختلاف ارتفاع 1 تا 200 متر و مقدار آبدهي چند ليتر در ثانيه تا چند متر مكعب در ثانيه و در نتيجه از ظرفيت چند كيلووات تا چند مگاوات وجود دارند. براي پاسخگويي به نياز مديريت توليد برق، مي بايستي كليه اين پتانسيل هاي بالقوه، بالفعل گردند. بدليل كوچك بودن اين پتانسيل­ها در مقايسه با نيروگاه هاي بزرگ، نمي­توان همانند نيروگاه هاي بزرگ، تجهيزات مخصوص براي آن­ها را طراحي نمود. به جهت كاهش هزينه تمام شده ايجاد يك نيروگاه كوچك، مي بايستي طراحي و فرآیند ساخت را همانند پمپ­ها، تيپ بندي نمود. در نتيجه با حذف تكرار هزينه طراحي و ايجاد فرايندهاي ساخت و همچنين ساده سازي تجهيزات مي توان به سمت توليد برق با صرفه حركت نمود.

 

 

نیروی برق‌آبی یا هیدروالکتریسیته اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب اطلاق می‌شود. در حال حاضر هیدروالکتریسیته چیزی در حدود ۷۱۵۰۰۰ مگاوات یا ۱۹% از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را پوشش می‌دهد. نیروی برق‌آبی همچنین ۶۳% از انرژی الکتریکی تولیدی از منابع تجدیدپذیر را نیز شامل می‌شود. تولید انرژی برق آبی در بسیاری از كشورها پيشرفت چشمگيري داشته است. برزيل، كانادا، نروژ، سوئيس و ونزوئلا قسمت اعظم برق خود را از طريق انرژي برق آبی تأمين مي­كنند.

براساس مطالعات انجام گرفته كل ظرفيت بالقوه برق آبي كشور نزديك به ٤٢٠٠٠ مگاوات است .از این میان حدود 3000 مگاوات ( 6 درصد برق مصرفی کشور) پتانسیل های آبی پراکنده است که جهت تولید برق بوسیله­ی نیروگاه­های آبی کوچک (میکرو نیروگاه آبی) مناسب می­باشد.

به طور کلی با توجه به توان تولیدی، می توان نیروگاه های آبی کوچک را در سه دسته به صورت زیر طبقه بندی کرد.

 

ارتفاع ریزش آب (متر)			قدرت تولیدی (کیلو وات)	نوع نیروگاه
بالا	متوسط	کم
50 H>	50- 10	10 H<	تا 100	نیروگاه آبی ریز
100 H>	20- 100	20 H<	100 تا1000	نیروگاه آبی خیلی کوچک
130 H>	25- 130	25 H<	500 تا 5000	نیروگاه آبی کوچک

معرفی پکیج میکرو ژنراتور KTP

 

میکرو نیروگاه آبي دستگاهی است که انرژی هیدرولیکی آب جاري را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این دستگاه به گونه­ای طراحی شده است که کمترین تأثیرات محیطی را داشته باشد، دارای بازده بالایی بوده و از نظر قيمت كاملاً اقتصادي باشد. میکرو نیروگاه یک منبع پایدار، به صرفه، پاک و با عمركاركرد بالا است.

 

هم اکنون شرکت ماتوانایی طراحی و ساخت انواع توربین­های معمول از نوع Pelton، Kaplan، PAT، Banki و Francis را برای پوشش گستره­ی وسیعی از هد و دبی­های موجود در اندازه میکرو را دارا می­باشد.

انرژی الکتریکی حاصل از آب جاری وابسته به پارامترهای متعددی است، اما به طور میانگین، میزان این انرژی را می­توان با توجه به دبی و ارتفاع ریزش آب از نمودار زیر تخمین زد.

اجزاء اصلی پکیج میکرو ژنراتور

 

توربین (تبدیل انرژی هیدرولیکی آب به انرژی مکانیکی)

ژنراتور (تبدیل انرژی مکانیکی توربین به انرژی الکتریکی پایدار)

سیستم کنترل الکتریسیته خروجی

سایر (شاسی، سیستم انتقال قدرت مکانیکی و …)

÷

ميزان توان خروجي

 

مقدار توان توليد شده از روابط زير به دست مي آيد:

 

¨ Output power = 5QH              <20 Kw

¨ Output power = 6QH               >20Kw

 

Qدبی جریان آب بر حسب لیتر بر ثانیه و H اختلاف ارتفاع یا همان هد می­باشد.

 

برآورد اقتصادی

 

هزينه­ هاي يك سيستم ميكرو ژنراتور به عوامل مختلفي نظير ظرفيت آن، منطقه نصب، نوع و كيفيت تجهيزات مورد استفاده بستگي دارد. هزينه­ها را معمولا به دو بخش تقسيم مي­كنند: هزينه­هاي اوليه و هزينه­هاي ساليانه. در ادامه مختصري راجع به هر كدام ارائه مي­شود.

 

هزينه ­هاي اوليه

براي تعيين هزينه­هاي اوليه پروژه، مي­بايست ديد كاملا روشني نسبت به نوع سيستم مورد استفاده و تجهيزات مورد نياز وجود داشته باشد.

هزينه­هاي اوليه يك سيستم ميكرو ژنراتور، موارد زير را شامل مي­شوند:

جمع آوري اطلاعات مختلف در رابطه با شرايط جريان و منطقه

مطالعات و طراحي مهندسي

تجهيزات مختلف مدار شامل توربين، ژنراتور، كنترلر (در صورت وجود)، تابلو برق­ها، تجهيزات انتفال قدرت توربين به ژنراتور، لوله­هاي رابط و اتصالات نظير زانويي و سيم­های رابط

عمليات عمراني شامل ساخت حوضچه­ها، كانال­ها، فنداسيون توربين و ساختمان نيروگاه

حمل و نقل

 

هزينه هاي ساليانه

هزينه هاي ساليانه شامل موارد زير مي شوند:

حقوق اپراتور سيستم

تعمیرات و نگهداری سیستم

مالیات سالیانه

برآورد هزینه ­ها و مقایسه با پست برق شبکه سراسری

در برآورد هزینه و مقایسه اقتصادی بین استفاده از میکرونیروگاه آبی به عنوان شیوه­ای از تولید پراکنده توان و استفاده از برق شبکه باید پارامترهای متنوعی را در نظر داشت.

برای استفاده از برق شبکه­ای نیازمند دسترسی به پست انتقال برق و هزینه­های ماهیانه و آبومان استفاده می­باشد. در مکان­های صعب العبور و دور از شبکه­ای که خطوط انتقال برق وجود ندارد باید هزینه­های ابتدایی ایجاد پست برق و خطوط انتقال را به هزینه­ های جاری اضافه کرد.

به عنوان مثال اگر منطقه­ی برق رسانی تنها یک کیلومتر از شبکه­ی برق رسانی فاصله داشته باشد هزینه­­ی ایجاد پست برق و برق رسانی چیزی در حدود دویست میلیون ریال برآورد می­شود که این جدا از هزینه­های ماهانه استفاده از برق شبکه می­باشد.

برای مثال برای برآورد هزینه­های سالیانه استفاده از برق برای یک پست 25 کیلووات با کاربری کشاورزی و شیلات با استفاده از جدول زیر داریم:

جدول 4- تعرفه برق مصرفی

کد تعرفه		با قدرت بیش از 30 کیلووات				با قدرت 30 کیلووات و کمتر
		بهای قدرت ( kw/ ریال)	بهای انرژی (kw / ریال)			بهای قدرت ( kw/ ریال)	بهای انرژی (kw / ریال)
			ساعات میان باری	ساعات اوج باری	ساعات کم باری		ساعات میان باری	ساعات اوج باری	ساعات کم باری
3-الف		–	80	160	40	–	80	160	40
3-ب		12000	100	310	77.5	–	195	390	97.5
3-ج	گزینه 1	20000	205	410	102.5	–	305	610	152.50
	گزینه 2	–	305	610	152.50

 

3 – الف شامل کدهای	1-3	پمپاژ آب برای ابیاری ( کشاورزی، پمپاژ مجدد، آبیاری تحت فشار و ثقلی).
	2-3	پمپاژ آب برای تولید محصولات کشاورزی ( باغداری، دامداری، مرغداری، کارخانه­های تولید قارچ، واحدهای تولید گل و گیاه، مجتمع­های پروش اسب) و تکثیر و پرورش آبزیان در آب­های داخلی.
3 – ب شامل کدهای	3-3	صنایع کشاورزی ( پرورش کرم ابریشم، شیلات، زنبورداری  مصار غیرپمپاژ آب دامداری، مرغداری و مجتمع­های پرورش اسب9.
	5-2	پمپاژ و تصفیه خانه­های آب مشروب شهری و روستایی، تصفیه خانه­ها و شبکه­های جمع آوری فاضلاب، چاه­های آب زهکشی وابسته به سازمان­های آب و فاضلاب
3 – ج شامل کدهای	4-3	مصارف غیر پمپاژ آب کارخانه­های تولید قارچ و واحدهای تولید گل و گیاه.
	7 – 4	کارخانه­های چای، سردخانه­ها، شالیکوبی­ها، ذرت خشک کنی­ها و کارخانه­های آرد روستایی ( که دارای مجوزی بجز ادارات کل بازرگانی باشند).

متوسط هزینه روزانه استفاده ( کد 3-ب) = 227.5 × 25 × 24 = 136500 ریال

متوسط هزینه سالانه = 136500 × 365 = 49822500 ریال

این رقم برای استفاده در واحدهای شیلات و برای مصارف غیر پمپاژ برآورد شده است. توان محاسباتی 25 کیلووات و میزان مصرف در ساعات کم باری، میان باری و پرباری برابر در نظر گرفته شده و به صورت میانگین برآورد شده است.

پس در مجموع اگر منطقه­ی برق رسانی تنها یک کیلومتر تا شبکه فاصله داشته باشد هزینه­ی اولیه­ای بالغ بر دویست میلیون ریال و هزینه­ی سالیانه­ای در حدود 50 میلیون ریال خواهد بود و اگر فاصله بیشتر از یک کیلومتر باشد به ازای هر 100 متر، مبلغ یک میلیون ریال به هزینه های اولیه اضافه خواهد شد.

اما در صورت وجود پتانسیل آبی برای بهره برداری از میکرونیروگاه آبی با توان 25 کیلووات هزینه­ها به صورت زیر خواهد بود:

قیمت میکرونیروگاه آبی = 250/000/000 ریال

متوسط هزینه­های عمرانی، حمل و نقل و … = 50/000/000 ریال

شایان ذکر است قیمت دستگاه برای انواع مختلف توربین با توجه به شرایط مختلف هد و دبی جریان آب متفاوت خواهد بود و قیمت گفته شده در بالا میانگینی برای انواع مختلف دستگاه می­باشد.

با توجه به اعداد و ارقام گفته شده و با توجه با اینکه پس از نصب میکرونیروگاه آبی، دستگاه چندان نیازمند هزینه­ا­ی در جهت کارکرد نیست، دستگاه از سال دوم به بعد نسبت به ایجاد پست برق به مزیت اقتصادی می­رسد و همه­ی این­ها جدا از مزایای زیست محیطی و اقتصادی برای کشور می­باشد. همچنین در سال­های آتی با توجه با افزایش قیمت سوخت و … امکان افزایش قیمت برق وجود خواهد داشت که این خود باعث افزایش صرفه اقتصادی دستگاه می­شود در ضمن در صورت بوجود آمدن زیرساخت­های لازم، می توان مازاد برق تولیدی در میکرونیروگاه آبی را به شبکه­ی سراسری برق فروخت.

در جهت مقایسه در جدول زیر، هزینه­های راه اندازی یک میکرونیروگاه آبی با توان تولیدی 10 کیلووات، با دو شرایط مختلف از نظر هد و دبی و نوع توربین با یکدیگر مقایسه شده است

 

معرفی پیکو توربین آبی

در دسته بندی توربین های آبی؛ به توربین هایی با توان تولیدی زیر یک کیلو وات پیکو توربین اطلاق می شود.

پیکو توربین تولیدی شرکت ناز به منظور استفاده در ایستگاه های تقلیل فشار آب تولید شده است. این توربین قادر است توان مورد نیاز برای مصارف این ایستگاه ها را تامین کند.

در هر ایستگاه؛ شیرهای فشار شکن موجود هستند که وظیفه ی تنظیم فشار را بر عهده دارند. برای داشتن نظارت بر نحوه ی تنظیم فشار و همچنین مشاهده ی لحظه ای وضعیت فشار در هر ایستگاه ؛ دستگاه های ارسال اطلاعات (لاگر) در این ایستگاه ها نصب می شود. همچنین برای کنترل فشار دو طرف این شیر ها و تنظیم فشار؛ دستگاه های کنترل در این ایستگاه ها نصب میشود. این دستگاه های کنترل قادرند با دریافت اطلاعات از راه دور فشار دو طرف شیر ها را تنظیم کنند.

هر دوی دستگاه های نصب شده برای کنترل فشار و نیز ارسال اطلاعات نیازمند مصرف انرژی الکتریکی هستند. تا کنون این توان توسط باتری های تعبیه شده روی این دستگاه ها تامین می شده است.

با تولید پیکو توربین شرکت کیان توربو پارس این انرژی از محل توربین و با بهره گیری از توان آبی موجود در محل شیر های فشار شکن ممکن شده است.

در تصاویر زیر نمونه ای از این پیکو توربین که در یکی از ایستگاه های فشار شکن نصب شده است مشاهده می شود.

از جمله مزایای بهره گیری از این دستگاه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- قابلیت نصب بر روی شیر های فشار شکن  خطوط انتقال آب جهت تولید توان برای استفاده ی دستگاه های تله متری (برق DC )

2- قابلیت کارکرد دائمی در شرایط کاری نامساعد نظیر خطوط انتقال آب و امکان آب بندی کامل در برابر رطوبت (IP68)

3- هزینه پایین نسبت به نمونه های خارجی

4- امکان امنیت و محافظت بالا نسبت به سیستم های دیگر نظیر خورشیدی بواسطه ی نصب در محفظه ی شیر فشار شکن

گام اول تعیین دبی و ارتفاع در دسترس میباشد. برای این منظور با توجه به شرایط خاص هر محل باید از روش مناسب تخمین دبی و اختلاف ارتفاع (هد) استفاده نمود. باید توجه داشت که اگر میزان جریان آب به صورت فصلی است، میزان دقیق آن برآورد و در فرم اطلاعات اولیه ذکر گردد؛ این موضوع در طراحی و انتخاب توربین حائز اهمیت میباشد.

 

در مورد اختلاف ارتفاع، لازم به ذکر است، برای راهاندازی دستگاه نیاز مبرمی به وجود پتانسیل آبی به صورت آبشاری نیست و تولید برق با استفاده از اختلاف ارتفاعی که از بالا دست تا پایین دست مسیر آب وجود دارد، امکان پذیر میباشد؛ در این حالت امکان لوله کشی از بالا دست تا محل نصب توربین در پایین دست برای ایجاد اختلاف ارتفاع کفایت میکند. طول مسیر انتقال آب از حوضچهی بالا دست تا پایین است، قطر لولهی مورد استفاده برای انتقال آب و همچنین جنس آن باید با توجه به شرایط خاص پروژه به دقت انتخاب گردد. باید در نظر داشت برای محاسبه اختلاف ارتفاع خالص میبایست اختلاف ارتفاع کل را از مجموع افتهای مکانیکی طول مسیر کم نمود تا اختلاف ارتفاع خالص بدست آید که این عدد در طراحی توربین منظور خواهد شد.