98-F-EPG-321

ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري جهت افزايش توان خروجي آنها در فصول گرم

حميد نباتي، مسعود سلطاني حسيني، رضا حسيني، محمد عامري پژوهشگاه نيرو- پژوهشكدة توليد نيرو-گروه مكانيك

ايران-تهران

كن تبخيري، فاگ، سرمايش هواي ورودي توربين گاز، افزايش توان، خنك: هاي كليدي واژه

:چكيدهآيد، افت توان خروجي كالتي كه در روزهاي گرم تابستان براي واحدهاي توربين گاز بوجود مييكي از مش

باشد رفع اين با توجه به اينكه معموالً در فصل تابستان نياز شبكه به برق نيز نسبت به بقية فصول بيشتر مي. باشد مييكي از روشهاي مؤثر . ك شبكه بنمايدتواند كمك بزرگي در جهت رفع مشكل كمبود برق در شرايط پي مشكل مي

. تواند به روشهاي مختلف صورت بگيرد براي رفع مشكل ذكر شده سرمايش هواي ورودي به توربين گاز است كه ميدر اين مقاله روشهاي مختلف خنك كردن هواي ورودي به توربينهاي گاز براي شرايط آب و هوايي نيروگاه ري

هاي مختلف براي نصب سيستم سرمايش هواي ورودي به توربينهاي گاز فيات طرحمعرفي شده و در نهايت از بين آزمايشات انجام شده در سايت، . نيروگاه ري، طرح مناسب با توجه به ارزيابي فني و اقتصادي انتخاب گرديده است

ر فصل تابستان دFog درصد را براي واحدها پس از به مدار آمدن سيستم سرمايش 13افزايش توان ميانگين حدود .دهد نشان مي

مقدمه-1باشد، چراكه تغيير اين دما كارآيي توربين گاز به ميزان بسيار زيادي تحت تأثير دماي هواي ورودي كمپرسور مي

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

204

يابد، در فصول گرم سال كه دماي هوا افزايش مي. شود باعث تغيير چگالي هوا و در نتيجه تغيير دبي جرمي آن مييابد كه معموالً اين مسئله ناشي از افزايش كاربرد وسايل تهويه مطبوع در ي الكتريكي نيز افزايش ميتقاضا براي انرژبعنوان مثال توان خروجي ). 1شكل (كند هاي گاز كاهش پيدا مي باشد و به طور معكوس ظرفيت توربين اين فصول مي

تر از توان خروجي آن در يك روز زمستاني درصد كم20يك توربين گاز نمونه در يك روز داغ تابستاني حدوداً :اصول تئوري بروز اين مشكل بصورت زير است. است

هاي حجم ثابت هستند، يعني در يك سرعت ثابت دوراني، آنها هميشه مقدار ثابتي هوا را هاي گاز ماشين توربيندر روزهاي گرم كه چگالي . آن دارداما توان خروجي توربين بستگي به مقدار گذر جرمي هوا از درون . كنند جابجا مياز سوي ديگر توان . كند شود، دبي جرمي گذرنده از توربين نيز كم شده و لذا توان خروجي آن افت مي هوا كم مي

مورد نياز كمپرسور هوا نيز مستقيماً با دماي ورودي آن متناسب است و كاهش دماي ورودي هوا مقدار اين توان را بنابراين خنك كردن هواي ورودي توربين گاز . پذير توربين بيشتر خواهد شد جه توان دسترسدهد و در نتي كاهش مي

دقت شود كه ميزان . تواند توان خروجي واحد را در روزهاي گرم به مقدار نامي آن برساند روش مؤثري است كه مي . شود اري روغن محدود ميك هاي خنك افزايش توان توسط عواملي همچون ظرفيت ماكزيمم توربين و يا محدوديت

:گيرند روشهاي مختلف سرمايش هواي ورودي توربين گاز بطور كلي در سه دسته زير قرار مي 1سيستمهاي چيلردار .1 2سيستمهاي تبخيري .2 3سيستمهاي ذخيره ساز سرما .3

. تركيبي نيز با تلفيق دو يا سه سيستم فوق قابل اجرا هستندسيستمهاي 4سيستمهاي چيلردار داراي دو روش خنك كننده مكانيكي

]1[ تغييرات نمونة كارآيي توربينهاي گاز و سيكل تركيبي در مقابل تغيير دماي هوا 1شكل

از ساير روشها كاهش دهند و آن را تا چند توانند دماي هوا را بيشتر اين روشها مي. هستند5و خنك كننده جذبي

_______________________________________ 1. Refrigerated inlet cooling system 2. Evaporative coolers 3. Thermal energy Storage System 4. Mechanical Refrigeration 5. Absorption Refrigeration

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

205

در نتيجه ميزان افزايش توان خروجي در آنها نيز از ساير روشها باالتر است، اما .درجه زير دماي حباب تر نيز برسانند :اين سيستمها داراي معايب زير نيز هستند

. تر و بازده بار جزئي پائينگذاري بيشتر، هزينه تعمير و نگهداري باالتر، مصرف توان بيش هزينه سرمايهتبخير يكي از فرآيندهاي طبيعي است كه در . كنند هاي سرمايش تبخيري نيز بر اساس فرايند تبخير كار مي سيستم

دهد و در طي اين تغيير حالت از محيط اطراف خود انرژي گرمايي طي آن آب از حالت مايع به بخار تغيير فاز ميها در محدوديت اين سيستم. شود ين فرآيند موجب خنك شدن محيط اطراف آب ميا. كند مورد نياز را جذب مي

قادر ) درصد100يعني رطوبت نسبي (باشد و با برقرار شدن شرايط هواي اشباع ميزان رطوبت موجود در هوا مييل در مناطق گرم و به همين دل. افتند نخواهند بود كه آب بيشتري را تبخير نمايند و عمالً در اين شرايط از كار مي

مورد Fog و Mediaاين روش به دو نوع مختلف . عمالً امكان نداردC5/8°مرطوب سرمايش تا دماي كمتر از دار درست هاي مياني كه از مواد اليافي موج ، آب بر روي يك سري بلوكMediaدر روش . گيرد استفاده قرار مي

ميزان . شود ها باعث تبخير آب و كاهش دماي هوا مي ان اين بلوكشود و عبور جريان هوا از مي اند توزيع مي شده. افزايش توان خروجي توربين گاز با اين روش بستگي به نوع توربين گاز، ارتفاع سايت و شرايط هواي محيط دارد

باشد، اما بجاي استفاده از يك واسطه تبخيري، آب توسط ميMediaهاي تبخيري نيز مشابه سيستمFogسيستم شود و در معرض مانند بسيار ريز تبديل مي به تعداد زيادي قطرات مه ) psi3000 تا 1000بين ( هاي فشار باال نازل

گيرند، خود قطرات ريز در اين روش سطوح تبخيري كه در معرض جريان هوا قرار مي. گيرد جريان هوا قرار مي توسط سيستم و كيفيت آب مورد استفاده از فاكتورهاي به همين دليل ابعاد قطرات توليد شده. مانند آب هستند مه

.باشند اساسي ميگيرد كه افزايش توان واحد گازي فقط در هاي ذخيره ساز سرما زماني مورد توجه قرار مي استفاده از سيستم

وليد شده ساعات پيك شبكه مورد نظر باشد در طي ساعات غير پيك، يخ يا آب سرد با استفاده از چيلرهاي مكانيكي تبا فرا رسيدن ساعات پيك، آب سرد ذخيره شده يا آب سرد توليد شده از ذوب يخ . گردد و در مخازن بزرگ ذخيره مي

C 10°توان دما را تا حدود با استفاده از اين سيستم مي. شود جهت سرمايش هواي ورودي توربين گاز بكار گرفته مي .باشد ه وجود مخازن بزرگ و جاگير جهت ذخيرة يخ با آب سرد مياما بزرگترين عيب آن نيازمندي ب. كاهش داد

بر روي واحدهاي گازي فيات نيروگاه ري ارائه Fog در ادامة اين مقاله نتايج حاصل از اجراي سيستم سرمايش شمسي در نيروگاه ري نصب و 1356در سال ) شرايط ايزو( مگاوات 34اين واحدها هر يك به ظرفيت نامي . شود ميگذرد و نيز تأثيرات ناشي از شرايط سال مي25ها مدت زماني حدود با توجه به اينكه از عمر توربين. اندازي شدند راه

با توجه به . اي در آنها طي ساليان اخير بوجود آمده است آب و هوايي گرم منطقه در تابستان، افت توان قابل مالحظهسازي اين واحدها مد نظر زون شبكه برق كشور به جذب توان بيشتر، بهينهاين مشكل و همچنين با توجه به نياز روزاف

اندازي لذا به منظور جبران ظرفيت از دست رفته واحدهاي مذكور در فصول گرم سال، طرح نصب و راه. قرار گرفت .كن هواي ورودي به روش فاگ بر روي شش دستگاه واحد گازي فيات به اجرا درآمد سيستم خنك به آمار هواشناسي ارائه شده براي درجه حرارت خشك و رطوبت نسبي هوا در فصول گرم سال در منطقة با توجه

با ]. 7[ درنظر گرفته شد21% و oC 8/37ري، شرايط طراحي سيستم خنك كن براي پارامترهاي مذكور به ترتيب از سيستمهاي فوق، روشهاي خنك كن گذاري اولية مورد نياز براي هر يك توجه به اين شرايط و نيز هزينة سرمايه

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

206

ارائه ) 1(مقايسة بين پارامترهاي اصلي اين روشها در جدول . مناسبتر تشخيص داده شدند) Media و Fog(تبخيري اقتصادي صورت گرفته كه خالصة آن در ادامة مقاله آورده شده -بر اساس اين پارامترها و ارزيابي فني. شده است

]. 7[ت نصب در نيروگاه ري انتخاب گرديد جهFogاست، روش تبخيري

]1،3،6[ و مديا جهت خنك كردن هواي ورودي توربينهاي گازFogمقايسة بين روشهاي : 1جدول

.شود كنندگي بصورت ميزان افت دماي خشك تقسيم بر اختالف دماي خشك و تر محيط تعريف مي راندمان خنك*

Fogكن سيستم خنك-2، سيستمي است كه جهت سرمايش هواي ورودي توربين گاز، آب تصفيه شده را Fogتبخيري كننده سيستم خنك

هاي فشار اين عمل توسط نازل. افشاند مانند درآورده و آنها در جريان هواي ورودي مي بصورت قطرات بسيار ريز مهآمده با تبخير شدن خود امكان اين مه بوجود . گيرد كنند صورت مي كار ميpsi3000 تا psi1000بااليي كه در فشار

وسيله با رسيدن به توان هوا را بصورت كامالً اشباع درآورد و بدين با اين روش مي. آورد سرمايش هوا را بوجود مييعني دماي (تواند بدست آورده شود ترين دماي ممكن كه توسط يك سيستم تبخيري مي درصد، به پائين100بازده

. رد، دست پيدا ك)wbحباب تر PLCاند، سيستم كنترلي نمونه شامل يك سري پمپ فشار باال كه بر روي يك پايه چيده شدهFogيك سيستم

)Programmable Logic Controller(هاي فشار باال كه در مسير ، سنسورهاي دما و رطوبت و يك سري نازلشوند، معموالً از جنس هايي كه براي ساختن مه استفاده مي نازل). 2شكل (باشد شوند، مي هواي ورودي نصب مي كانال

آبي كه ). 3شكل ( هزارم اينچ وجود دارد7 تا 5 هستند كه روي آنها يك اريفيس كوچك به قطر 316استينلس استيل اين ود كه اندازهش ريز مانند تبديل مي ها قطره كند بخاطر طراحي خاص نازل به بيليون ها عبور مي از درون اين نازل

fog قطرات مه توليد شده فاكتور بسيار مهمي در بازده سيستم سرمايشي اندازه. باشد ميكرون مي40 تا 10ها بين قطرهباشد، چرا كه هر چه قطرات ريزتر باشند، سطح قرارگيري آنها در مقابل جريان هوا بزرگتر شده و عمل تبخير مي

ارتباط بين قطر قطرات توليد شده با فشار كاري را براي يك نوع نازل ) 4(شكل . گيرد سريعتر و بهتر صورت ميعالوه بر . توان مشاهده كرد افزايش فشار باعث كاهش قطر قطرات خواهد شد از اين شكل مي. دهد خاص نشان مي

ها از نوع مـوماً پمپع. هاي فيزيـكي خوبـي برخوردار باشـند هاي استفاده شده نيز بايستي از مشخصه ها، پمپ نازلتمـامي قطعـات مرطوب پمپ و اتصاالت آن بايستي از . شوند انتخاب مي psi3000 تا 2000جابجايي مثبت با فشار

هر پمپ به تعداد مشخصي نازل وصل شده و به همراه آنها يك . جنس فوالد ضد زنگ يا سراميك انتخاب شوند .دهد را تشكيل ميfogمرحله مجزاي سرمايش

بعنوان مثال اختالف دماي خنك كنندگي به. توانند جهت كنترل ميزان سرمايش به ترتيب روشن شوند ها مي مپپ

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

207

بايستي تا حد Fog6هاي پايه پمپ. بندي شود تقسيم) 1( مطابق جدول ºF5 مرحله 3تواند بصورت ميºF15ميزان .ها نزديك باشد فشان و نازل امكان به سيستم مه

Fogاتيك سيستم سرمايش هواي ورودي شم: 2شكل

]5[قطعات يك نازل: 3شكل

]5[توزيع قطرات بر حسب فشار عملكرد براي يك نازل نمونه: 4شكل

_______________________________________ 6. Fog Skid

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

208

مشخصات كلي سيستم كنترل گيري جهت اندازه. شود ها نصب مي است كه بر روي پايه پمپPLCاساس سيستم كنترل، يك سيستم كنترلي

اي وجود دارند نويسي شده ويژه كدهاي برنامه. خشك هوا نيز سنسورهايي بايستي نصب شوندرطوبت نسبي و دماييعني ميزان اختالف بين (گيري را جهت محاسبه دماي حباب تر هوا و نيز شيب حباب تر كه اين پارامترهاي اندازه

تعيين ميزان سرمايش تبخيري برند و از اين پارامترها جهت كنترل و بكار مي) دماي خشك و دماي حباب مرطوب را خاموش Fog، پمپهاي سيستم Onlineسيستم كنترلي با توجه به شرايط . كنند براي شرايط موجود هوا استفاده مي

بطور نمونه سيستم كنترلي بايستي پارامترهاي دبي . كند تا آب بتواند در هواي موجود بخوبي جذب شود و روشن مياي ي را مونيتور كند و در صورتي كه اين پارامترها از حد مجاز خارج شدند با آالرم ويژهبردار جريان آب و فشار بهره را نشان Fogاي برداري از يك سيستم مرحله يك مثال نمونه براي نحوه بهره) 2(جدول . اپراتور را خبردار نمايد

در اين مثال براي هر . شوند ن مي به ترتيب روشFogبا جلو رفتن روز و نياز به سرمايش بيشتر پمپهاي . دهد مي . سرمايش در نظر گرفته شده استºF5مرحله

fog نمونه براي يك سيستم سرمايش كنترليسيستم : 2جدول

DBT = دماي خشك WBT = دماي حباب تر

ها ل مكان نصب ناز. باشد ، نيازمند اصالحات بسيار كمي بر روي قسمت ورودي توربين گاز ميFogدر حالت معمولي نصب سيستم ]:2،3[شوند عبارتند از در نظر گرفته ميFogهاي سيستم دو مكان اصلي كه براي نصب نازل

بعد از فيلترها -2 قبل از فيلترها -1 يك مزيت اصلي اين نوع نصب، عدم نياز به خارج شدن واحد از مدار : نصب سيستم پيش از فيلتر هوا - الف

Fogدر اين حالت يك جاذب و فيلتر قطرات مه بايستي بعد از سيستم نصب شوند، تا قطرات تبخير نشده . باشد مي درصد قطرات مه توليد شده بوسيله 50اند كه اين فيلتر حدود اما آزمايشات نشان داده. از جريان هوا حذف شوند

هاي امروزي با توجه به شد و كاربرد آن در توربين هاي گذشته استفاده مي اين سيستم در دوره. كند مي ها را جذب نازلتوان به نياز به تعداد بيشتر نازل و نيز شود، از معايب اين نوع نصب مي هاي بهتري كه وجود دارد توصيه نمي روش

Airwasherهاي سيستم. باشد تر مي برداري از اين سيستم نيز گرانقيمت همچنين نصب و بهره. ر اشاره كردآب بيشت . باشند نيز دقيقاً داراي همين معايب مي

ها در اين حالت هدر نازل. باشد ميFogمرسومترين محل نصب براي سيستم : نصب سيستم بعد از فيلتر هوا-باين نوع نصب نياز . باشد روز مي2 تا 1ز سابلنسرنصب خواهند شد و مدت زمان مورد نياز نيز بعد از فيلتر هوا و قبل ا

ميزان سرمايشºF

Stage"on"

TΔºF

WBT

ºF

DBTºF

ساعت

268709:00ـــــــ516697510:0010210708011:0015316708612:00

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

209

Fogيكي از مزاياي مهم سيستم . به انجام اصالحات كمي بر روي قسمت سيستم هواي ژ ورودي توربين گاز داردباشد و لذا تأثير منفي آن بر ها مي ستمعالوه بر آنچه كه قبالً ذكر شد، ميزان افت فشار كم هوا در آن نسبت به ديگر سي

رود و توان قابل بازيافت در فصول گرم بيشتر شده و در روزهاي سرد نيز مشكلي كاهش توان خروجي از بين مي . براي سيستم بوجود نخواهد آمد

Fog مشخصات آب مورد نياز براي سيستم -

:زير را دارا باشدشود بايستي مشخصات استفاده ميFogآبي كه براي سيستم ميكرون20: حداكثر اندازة ذرات موجود در آب

5ppm:ماكزيمم مواد خارجي 3ppm: ماكزيمم مواد غير محلول

PH :6-8 : C26°مقدار ماكزيمم ضريب هدايت در

1.0 micromhos/cm ppm (Max) 0.1: پتاسيم+ سديم

ppm (Max) 0.1: دي اكسيد سيليكون ppm (Max) 0.5: مجموع كلرايدها ppm (Max) 0.5: مجموع سولفاتها

Fog ارزيابي فني و اقتصادي استفاده از سيستم سرمايش هواي ورودي -3زني سرد كردن هوا فقط با رطوبت. گيرد كن تبخيري بر روي هوا صورت مي هاي خنك عملياتي كه در سيستم

شكل . ماند اين فرايند دماي مرطوب هوا ثابت باقي ميدر طول . شود باشد كه اين يك تحول آدياباتيك محسوب مي مي . دهد نمودار اين فرايند را بطور شماتيك در دياگرام سايكرومتريك نشان مي) 5(

:شود زني سيستم با رابطه زير تعريف مي بازده رطوبت

شرايط اوليه .1 نهايي شرايط .2 شرايط اشباع آدياباتيك .3

1

2 3

td2<td1 w2>w1

Rm2>Rm1 H2=h1

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

210

زني فرايند سرد كردن هواي ورودي توربين گاز با رطوبت: 5شكل

13

12

31

21

wwww

tdtdtdtd

ghumidifyin −−

=−−

=η )1(

:مقدار آب مورد نياز سيستم نيز از رابطه زير بدست خواهد آمد

)( 12 wwmm airwater −×= && )2(

TDB=100ºFبا در نظر گرفتن شرايط . باشد دبي جرمي هواي خشك در شرايط ورودي مي&amدر رابطه اخير، :آيد بعنوان شرايط طراحي، حداكثر بازيافت توان بصورت زير بدست ميTWB=70ºFو

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

=

=

⎪⎩

⎪⎨

⎧

°=⇒

°=

airdrykgmv

airdrykgkgw

FT

FT

WB

DB

31

1

1

1

1

312.14

008821.0

%63.21

70

100 φ

)3(

ترين دماي قابل حصول دماي يري، پائيندر بهترين شرايط و با فرض بازده حداكثر براي سيستم سرمايش تبخ :تر محيط است، بنابراين حباب

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

=

=

⎪⎩

⎪⎨

⎧

°=⇒

°=

airdrykgftv

airdrykgkgw

FT

FT

WB

DB

3

2

2

2

2

2

7.13

01576.0

%100

70

70 φ

)4(

از سطح دريا واقع است، مقادير فوق بايستي ) ft3773( متري 1150با توجه به اينكه سايت نيروگاه ري در ارتفاع ]:4[با توجه به جداول تصحيح ارتفاع . براي اين ارتفاع تصحيح شوند

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

211

airdrykgkgw 113353.0

70006.17008821.01 =+=

airdrykgkgw 012743.0

70006.1701576.02 =+=

airdrylblbw 006939.0=⇒ Δ

sبا توجه به اينكه دبي حجمي هواي ورودي به كمپرسور در شرايط طراحي m3

]:8[باشد مي130

:دبي جرمي هواي خشك

skg

lb

blft

sm

ft

sm

mair

5.145

min19247

1312.14

min2119130

3

3

3

3

=

=⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

×⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

=&

:دبي آب مورد نياز

skg

lbmwater

01.1

min56.1335.19247006939.0

=

=×=⇒ &

GPMh

mmwater 16635.31000360001.1

3

==×=&

مقدار توان بازيافت شده نيز با توجه به اعداد فوق و نمودار توان خروجي بر حسب دماي ورودي موجود براي

:برابر است با) 6شكل (واحدهاي فيات

MW1=26.21MW :نقطه طراحي Maxنقطه : MW2=29.4 MW

⎪⎩

⎪⎨⎧

=×=

=−=⇒

%17.1210021.26

19.3

19.321.264.29 MW

. يكي از مهمترين فاكتورهايي كه در امكان سنجي يك پروژه بايستي مد نظر قرار داده شود اقتصادي بودن آن است

.بنابراين طرح خنك كردن هواي ورودي توربين گاز بايستي از لحاظ اقتصادي نيز مورد تجزيه و تحليل قرار گيردگذاري اوليه را براي هر ارزيابي طرحهاي مختلف انجام شده در سراسر دنيا ميزان سرمايهFogدر مورد سيستم

]. 6،7[ دالر نشان ميدهد50 تا 30كيلووات توان خالص بازيافت شده بواسطة كاربرد سيستم خنك كن حدود ].6[باشند رصد هزينة اوليه مي د5 تا 3 نيز حدود ( O & M )هاي مربوط به تعميرات و نگهداري هزينه

MWحداكثر توان قابل بازيافت بر حسب

توان قابل بازيافت بر حسب درصدحداكثر

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

212

و با سوخت گاز Baseنمودار تغييرات توان بر حسب دما مربوط به واحدهاي گازي فيات در حالت : 6شكل ]8[طبيعي

و با ) محيط درجة سانتيگراد براي 1/21 درجه سانتگيراد و دماي تر 8/37دماي خشك ( در شرايط طراحي سيستم . درصد خواهد بود63/11درصد براي فرايند سرمايش ميزان افزايش مگاوات توليدي حدود 95فرض كارآيي

KWگذاري را حدود هزينة سرمايه$

بنابراين براي هر واحد فيات نيروگاه ري با درنظر . گيريم درنظر مي40 6000 و 120000ة سرمايه گذاري اوليه و تعمير و نگهداري به ترتيب مگاواتي توان خروجي، هزين3گرفتن افزايش .دالر خواهد بود

با توجه به اينكه ساعات كاركرد سيستم خنك كنندة هواي ورودي در هواي گرم تابستان و در شرايط پيك شبكه با فرض . شود ميساعت درنظر گرفته 4 ساعت حدود 24خواهد بود، ميزان ساعت روشن بودن اين سيستم در طي

.باشد ساعت مي480تعداد ساعت كار سيستم براي يك سال ) خردادماه تا شهريور( ماه گرم سال 4كاركرد دستگاه در .ساعت خواهد بود مگاوات1440بنابراين ميزان برق توليدي ساليانه ناشي از كاربرد اين سيستم برابر

الزم به ذكر است . ذاري در طي مدت كوتاهي خواهد گرديدگ فروش اين برق توليدي باعث برگشت هزينة سرمايه

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

213

ها درنظر گرفته شده و لذا مقادير ذكر شده مقادير حدي خود را نشان ميدهند و كه در اين محاسبات باالترين محدوده .بسته به شرايط، ميزان زمان برگشت سرمايه كمتر نيز خواهد بود

هاي ير مختلف فروش برق به شبكه و با درنظر گرفتن هزينهزمان برگشت سرمايه را بازاي مقاد) 7(شكل ، زمان برگشت Є / KWh3مراجعه به اين شكل نشان ميدهد كه با قيمت فروش حدود . دهد برداري نشان مي بهره

:اين زمان با استفاده از رابطة زير محاسبه شده است. سال خواهد بود3سرمايه حداكثر

SavingsCostsMOCostCapitalPeriodPayback &+

=

303.014400001061012 34

≅××+×

=

اگر هزينة سرمايه گذاري اوليه براي بدست آوردن اين توان را با مقدار مشابه آن براي احداث يك نيروگاه گازي

گردد كه اين سيستم از توجيه اقتصادي الزم برخوردار مقايسه نمائيم، مشخص مي ) KW 300/$حدود (جديد .باشد مي

در Fogه براي نصب تجهيزات سيستم خنك كنندة هواي ورودي با سيستم حدود زمان برگشت سرماي: 7شكل نيروگاه ري بازاي مقادير مختلف قيمت برق

آزمايشات عملكرد و تجزيه و تحليل نتايج-4باشد، در ها يكي از موارد اصلي و مهم در اجراي يك پروژه مي با توجه به اينكه انجام تست عملكرد براي سيستم

هاي عملكرد كاملي براي كلية واحدها انجام كن تبخيري نصب شده در نيروگاه ري نيز تست خنكمورد سيستممهمترين پارامترهايي كه در انجام تست مدنظر قرارگرفتند، افزايش توان خروجي واحدها و نيز ميزان دما و . گرفت

نظر به اينكه كاركرد . يري مشخص گرديدندگ رطوبت هوا در ورودي به كمپرسور بودند كه با توجه به آنها نقاط اندازهاي است كه امكان به مدار گيرد و شرايط محيطي در تابستان به گونه واحدها در ساعات مختلفي از شبانه روز انجام مي

كن تبخيري در شب نيز وجود دارد، تست عملكرد عالوه بر ساعات پيك شبكه و ساعات آمدن واحدهاي خنك . ، در شب نيز انجام گرفت تا وضعيت كاركرد واحدها در اين شرايط نيز مشخص شوندمربوط به طراحي سيستم

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

214

نيز از لحاظ دقت عملكرد بايستي مورد PLCبا توجه به اينكه عملكرد صحيح سنسورهاي نصب شده بر روي گيري شده و با مقادير نيز اندازه )Testo(هاي دما و رطوبت هوا با يك دستگاه ديگر گرفت، داده آزمايش قرار مي

:ها به صورت زير است روند انجام تست. مقايسه گرديدندPLCخروجي اندازي واحدهاي گازي و قراردادن كنترل آنها در حالت اتوماتيك راه

دقيقه انتظار جهت اطمينان از پايدارشدن15رسيدن واحد به بار كامل و عدم بارگيري بيشتر آن، در اين حالت . سيستم در نظر گرفته شد

ثبت پارامترهاي مورد نياز تست عملكرد اي جهت پايدار شدن شرايط دقيقه15 و انتظار Fogروشن كردن سيستم

كنترل و ثبت پارامترهاي مورد نيازشود درصد همانطور كه مالحظه مي. دهند هاي عملكرد را براي واحدهاي مختلف نشان مي نتايج تست) 3(جدول

درصد 11يعني ( درصد توان توليدي است كه بيشتر ازمقادير برآورد شده 13گيري شده حدود يش مگاوات اندازهافزاهاي بدست داده) 9(و ) 8(شكلهاي . باشند مي) توان توليدي واحد قبل از به مدار آمدن سيستم سرمايش هواي ورودي

درصد براي سيستم 95محاسبات بر مبناي بازده . كنند ميآمده از تست عملكرد را با مقادير مربوط به محاسبات مقايسهمراجعه به . اند خنك كن و با توجه به منحني عملكرد نيروگاه كه براي شرايط سايت تصحيح شده است، انجام گرفته

در كل اما . داده هاي تست عملكرد با دقّت قابل قبولي نزديك به مقادير محاسباتي هستند دهد كه اين شكلها نشان ميكن را بيشتر نشان ميدهند كه اين محاسبات، مقادير متناظر افزايش توان و افت دماي ناشي از كاربرد سيستم خنك

هاي عملكرد اوليه و يا اختالف مقدار بازده سيستم تواند ناشي از تغيير شرايط كاركرد توربين گاز نسبت به منحني مي .باشد%) 95يعني (راي محاسبات كن نصب شده از مقدار درنظرگرفته شده ب خنك

با افزايش درجه حرارت و كاهش رطوبت نسبي هوا، ميزان افت دماي ورودي ) 8(همچنين بر اساس شكل درصد،، كاربرد سيستم 20 درجة سلسيوس و رطوبت نسبي 38بعنوان مثال در دماي محيط . يابد كمپرسور افزايش مي

نيز ميزان 9بر اساس شكل . درجه كاهش خواهد داد16به ميزان دماي ورودي كمپرسور را حداقل Fogكن خنك .باشد مگاوات مي2/3 افزايش توان خروجي در شرايط مذكور حدود

آمده از تست براي ميزان افت دما هاي بدست مقايسة بين نتايج حاصل از محاسبات با داده 8شكل

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

215

هاي مقايسة بين نتايج حاصل از محاسبات با داده 9شكل

آمده از تست براي ميزان افزايش مگاوات بدست

نتيجه گيري-5گردد كه بكارگيري سيستم خنك كن تبخيري براي با توجه به مالحظات فني و اقتصادي ذكر شده مالحظه مي

:باشد هاي زير مي واحدهاي گازي فيات ري داراي مزايا و مشخصه درصد توان 13فزايش توان خروجي در فصل تابستان و شرايط پيك شبكه براي هر واحد فيات به ميزان متوسط ا

توليدي آن )حدود دو روز(مدت زمان نصب كوتاه

KWحدود (گذاري اولية پائين ميزان سرمايه$

40( ) سال 3حدود ( مدت زمان برگشت سرماية كوتاه

مترمكعب در ساعت براي هر واحد در شرايط آب و هوايي مختلف4 تا 3يزان آب دمين مصرفي بين حداكثر م

تشكّر و قدردانياي تهران، مديريت محترم عامل و كاركنان نيروگاه بدين وسيله از مديريت محترم دفتر نظارت برتوليد برق منطقه

.گردد اند تشكرو قدرداني مي ية مقالة حاضر داشته من سرو كه نقش مؤثري در اجراي طرح و ته- ري و شركت اي

مراجع[1] Frank J. Brooks, “ GE Gas Turbine Performance Characteristics”, GE Power

Systems, Report No. GER-3567H, 1998 [2] Cyrus B. Meher-Homji & Thomas R. Mee III , “ Inlet Fogging of Gas Turbine

Engines, Part A: Theory, Psychrometrics and Fog Generation”, Proceeding of ASME Turbo Exo 2000, Munich, Paper No: 2000 GT-308. , May 2000

[3] Cyrus B. Meher-Homji & Thomas R. Mee III , “ Inlet Fogging of Gas Turbine Engines, Part B:Fog Droplet Sizing Analysis, Nozzle Types, Measurement and Testing”, Proceeding of ASME Turbo Exo 2002, Amesterdam, The Netherlands,

…ارزيابي فني و اقتصادي بكارگيري سيستم خنك كن هواي ورودي توربين گاز براي واحدهاي فيات نيروگاه ري / مجموعه مقاالت

216

Paper No: 2002 GT-30563., June 2002 [4] ASHRAE Handbook, “HVAC Sytems & Equipments”, IP ed., 1992. [5 ] Mee Industries Inc. Home Page, www.meefog.com [6] Grace D., Boncimino G. & Stenzel W., “Combined cycle plant optimization

studies”, Proceeding of JPGC’01, International Joint Power Generation Conference, New Orleans, Louisiana, The Netherlands, June 4-7 2001, Paper No: JPGc2001/PWR-19030., 2001

ابي فني و اقتصادي طرحهاي پيشنهادي براي سيستم خنك كنندة هواي ورودي توربينهاي گازي فيات ارزي“ ] 7[، پژوهشگاه نيرو، پژوهشكده توليد نيرو، گروه پژوهشي مكانيك، PMEBT01/T1: ، كد گزارش”نيروگاه ري

.1380دي ماه

مدارك فني نيروگاه ري] 8[

بر روي واحدهاي فيات نيروگاه گازي ري نتايج تستهاي عملكرد: 3جدول