بلک استارت

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

بلک استارت (به انگلیسی: Black start) به عملیات یا پروسه راه‌اندازی مجدد (بازگردانی) یک نیروگاه بدون تکیه و استفاده از شبکه انتقال قدرت خارجی اطلاق می‌شود.[۱]

خاموشی تورنتو در سال ۲۰۰۳ که نیازمند بلک استارت برای راه‌اندازی مجدد است.

به طور معمول، توان الکتریکی مورد نیاز یک نیروگاه توسط ژنراتورهای همان نیروگاه تامین می‌شود. اگر تمامی ژنراتورهای اصلی یک نیروگاه از مدار (یا سرویس) خارج شده باشند، انرژی مورد نیاز (توان سرویس) نیروگاه از طریق شبکه متصل به خطوط انتقال نیروگاه تامین می‌شود. با این حال، در یک خاموشی یا قطعی برق سراسری، تامین توان از منابع خارج نیروگاه از طریق شبکه انتقال برای راه‌اندازی مجدد نیروگاه مقدور نخواهد بود. در صورت قطعی شبکه انتقال و نبود توان، این نیاز وجود دارد که به اصطلاح بلک استارت انجام شود تا شبکه برق به صورت خود راه‌اندازی و مجدداً وصل و به بهره‌برداری برسد.

برخی از نیروگاه‌ها برای انجام بلک استارت از نیروگاه‌های دیزلی کوچک (با قدرت چند مگاوات) استفاده می‌کنند که به نوبه خود می‌توانند برای راه‌اندازی مجدد ژنراتورهای اصلی نیروگاه بکار گرفته شوند. در نیروگاه‌هایی که از توربین‌های بخار استفاده می‌کنند، به توانی معادل ۱۰ درصد ظرفیت نامی (توان خروجی نیروگاه) برای راه‌اندازی و در سرویس نگهداشتن پمپ‌های تغذیه کننده بویلر، فن‌های دمنده هوای احتراق بویلر و آماده‌سازی سیستم‌های سوخت‌رسانی نیاز است. آماده بکار نگهداشتن این میزان توانی در هر نیروگاه اقتصادی نیست، بنابراین توان بلک استارت، باید از طریق خطوطی که مجزا طراحی شده‌اند و از نیروگاه‌های دیگر تامین شود. در اغلب موارد نیروگاه‌های آبی به گونه‌ای طراحی می‌شوند تا برای تامین توان بلک استارت در راه‌اندازی مجدد دیگر نیروگاه‌ها و ارتباطات بین شبکه‌ای مورد استفاده قرار گیرند

یک نیروگاه برق‌آبی به انرژی اولیه (ذخیره‌شده) بسیاری اندکی (به اندازه‌ای که برای بازکردن دریچه‌های ورودی و تحریک مدار میدان ژنراتور کافی باشد) برای راه‌اندازی نیازمند است، که پس از آن به سرعت توان زیادی را به بخش (بلوک) بزرگی از شبکه تزریق می‌نماید که این امکان را فراهم می‌آورد تا نیروگاه‌های بزرگ سوخت فسیلی و اتمی مجدد راه‌اندازی شوند.

انواع خاصی از توربین‌های گازی می‌توانند به گونه‌ای تنظیم و پیکربندی شوند که برای تامین توان مورد نیاز برای بلک استارت سایر نیروگاه مورد استفاده قرار گیرند، که گزینه دیگری را برای مناطقی که دسترسی به نیروگاه‌های برق‌آبی مناسب ندارند، فراهم می‌آورد.[۲]

توضیحات تکمیلی[ویرایش]

بلک استارت یک مقوله بسیار مهم در نیروگاه ها می باشد که در واقع عملیات پشتیبانی را انجام می دهد، اکثر افراد تصور می کنند که بلک استارت جهت راه اندازی صفر نیروگاه هست این طرز تفکر صحیح می باشد ولی وجود مقوله Black Start تنها به اینجا ختم نمی شود بلکه نیاز های مهم تری نیز می باشد که احتمال رخداد آنها به مراتب بسیار بیشتر از حالت اول می باشد.[۳]

حالت اول؛ در حالت کار عادی یک واحد گازی، همه ی دستگاها به صورتی کاملا هماهنگ و محافظت شده با هم در تعامل می باشند، اما در هنگام قطع ناگهانی برق به هر دلیلی، شاهد خسارات بسیار سنگینی خواهیم بود، در ابتدا لازم میدانم توضیحی در مورد قسمت های بسیار مهم یک واحد گازی ارائه بدهم؛ در ژنراتور های سنکرون نیروگاه ها به دلیل سرعت بالا به جای استفاده از بلبرینگ از یاتاقان استفاده می شود بدین صورت که رتور در میان روغن شناور است شاید سوال برایتان پیش آید چگونه می توان بر فشار گرانش قالب شد؟ جواب سادس با فشار بسیار زیاد؛ در واقع رتور بروی یک جک روغنی (همانند همان جک های اتومبیل ها) سوار است و روغن با فشار بسیار زیاد این رتور را نگه می دارد، قسمت جالب این جاست که فاصله رتور و جسم ثابت که در میان روغن وجود دارد کمتر از یک میلی متر است!!

این فاصله بسیار کم است در قسمت ثابت از ماده ای به نام ” بابیت ” که در واقع نوعی سرب هست استفاده می شود و میزان نرمی آن از آلیاژ روتور بیشتر است تا در صورتی که رتور بروی آن افتاد رتور صدمه نبیند بلکه بابیت خورده شود (شبیه عملکرد چکش مسی) خود رتور معمولا 40 تن وزن دارد ولی تنها رتور نیست بلکه یک شفت بسیار بلند تا توربین در واحد وجود دارد که در نهایت وزن به 150 تن می رسد که وزنی بسیار بالاست



در تصویر بالا شفت را مشاهده می نمایید، این روغن برای واحد بسیار مهم است و همواره باید کار روان کاری به صورت مداوم صورت گیرید تا واحد مگاوات مورد نظر را تحویل دهد. حال تصور کنید برای لحظه این روان کاری از کار خود باز ایست و محور 150 تنی ما که با سرعت 3000 دور در دقیقه می چرخد کمی تاب بردارد (در حد میلی متر) چه خواهد شد؟ پاسخ چیزی جز فاجعه نخواهد بود. نیروی گریز از مرکز بدین ترتیب در نیروگاه باتری هایی کمکی در نظر گرفته شده است تا در صورت سانحه ای بسرعت وارد عمل شده و تغذیه یک موتور DC را جهت روغن کاری را تامین نماید و اگر باتری مشکل داشت (ما فرض کرده ایم تنها یک واحد در مدار است) دیزل هایی وارد مدار خواهند شد که توانایی تولید برق 400ولت را دارا هستند و اگر باز این دیزل ها نتوانستند پاسخگو باشند از یک سری باتری اضافه استفاده خواهد گردید و اگر باز این باتری ها مشکل داشتند دیزل های 6.6 کیلوولت بلک استارت وارد مدار خواهند شد، اگر نگاهی به این همه تجهیزات پشتیبانی بی اندازید به اهمیت این قسمت پی خواهید برد.


حالت دوم: بلک استارت برای اجرا معمولا نیاز به حالت Black Out دارد، بلک اوت حالتی است که برق قسمتی زیادی از کشور یا کل کشور به صورت کامل قطع می شود مانند تاریخ 30/02/1380 ساعت 12 ظهر 12/01/1382 ساعت 21:20 این دو تاریخ در کشور دوران سیاه برقی ما می باشد که قسمت های بسیار زیادی از کشور بی برق گردید و یا نظیر ترکیه که در 11/01/1394 به طور کامل برق خود را از دست داد، این اتفاقات در کشورهای اروپایی و آمریکایی نیز رخ داده است


همانطور که می دانید انواع نیروگاه در کشور از قبیل؛ “نیروگاه سیک ترکیبی“، “نیروگاه هسته ای“، “نیروگاه انبساطی” و… موجود است در حالت عادی برای استارت هر واحد نیاز به 10% مگاوات تولیدی آن واحد داریم (نیروگاه های بخار)، به طور مثال برای راه اندازی یک واحد گازی با توربین مدل V94. 2 به 4 مگاوات برق نیازمندیم زیرا در لحظه استارت ژنراتور توربین نمی تواند رتور را به سرعت نامی برساند و به همین دلیل ابتدا ژنراتور به صورت موتوری استارت شده (در این حالت 7000 آمپر برق نیاز داریم) که جهت کم کردن جریان راه اندازی از حالت اینورتری (راه اندازی با تغییر فرکانس و ولتاژ-SFC) استفاده می گردد و پس از اینکه به فرکانس 40 هرتز رسیدیم تحریک را قطع کرده(ژنراتور یک جسم جامد می شود-نه موتور نه ژنراتور) و در همان جهت تحریک را وصل می کنیم تا به حالت ژنراتوری برسیم در این لحظه همزمان توربین آتش کرده و به سرعت و فرکانس نامی میرسیم، تمام این عملیات در دستگاهی به نام GCB(Generator Circuit Breaker) به معنی کلید مدارشکن ژنراتور انجام می گردد.


تا کنون متوجه شده اید که برای راه اندازی یک واحد به برق نیاز داریم!، در حالت عادی این برق از سایر واحد ها گرفته می شود و یا در بدترین حالت از شبکه ولتاژ فشار قوی وارد ترانس شده و سطح ولتاژ کاهش یافته و جهت راه اندازی واحد استفاده می کنیم، اما گاهی حالتی پیش می آید که برق شبکه بصورت کامل قطع می باشد (Black Out) در این حالت دیزل هایی با قدرت 6.6 کیلوولت وارد عمل می شوند


این دیزل ها توان تولید 2.5 مگاوات برق را دارند؛ که ترکیبی از یک موتور احتراق و یک ژنراتور سنکرون می باشند، در کشورمان تنها چهار نیروگاه توانایی استارت در حالت بلک اوت را دارا هستند که به نیروگاه دماوند، رامین اهواز و نیروگاه کرمان می توان اشاره نمود.


Black Out چیست؟ black out حالتی درشبکه قدرت برق هست که دیسپاچینگ یا مرکز کنترل شبکه برق دراثر اتفاقات ناخواسته ای از قبیل اتصال درخطوط انتقال یا قطع شدن یکی از خطوط اصلی یا از دست ناگهانی مقدار زیادی از منابع تولید مثل تریپ کردن همزمان چند نیروگاه یا نوسانات فرکانس شبکه به صورت غیر قابل کنترل(تمامی سعی کنترل کنندگان شبکه جلوگیری از هرگونه نوسان بار درتولید وتوزیع ونیز جلوگیری از اتفاقات غیرمترقبه وناخواسته با استفاده از مدیریت بر شبکه قدرت میباشد.) واتفاقات مختلفی از این قبیل کنترل بخشی از شبکه یا همه شبکه را ازدست میدهد. درهرصورت اگر چنین اتفاقی رخ دهد میتوان حالت های متفاوتی را درنظر گرفت از جزیره ای شدن شبکه تا black out کامل شبکه که بدترین اتفاق ممکن برای یک شبکه قدرت میباشد. محدودیت های بلک استارت تمام نیروگاه ها برای استفاده در بلک استارت مناسب نمی باشند. توربینهای بادی برای این منظور بدترین هستند چرا که ممکن است در لحظه ی راه اندازی بادی وجود نداشته باشد. توربینهای بادی و توربینهای آبی کوچک اغلب به ژنراتورهای آسنکرون متصل هستند که توانایی تولید انرژی الکتریکی برای برق دار شدن شبکه را ندارند. واحدهای بلک استارت همچنین باید هنگامی که به بارهای رآکتیو بزرگ خطوط انتقال متصل می شوند پایدار بمانند. بسیاری از کنورترهای HVDC نمی توانند به یک شبکه قطع شده برق رسانی کنند چرا که خود برای کموتاسیون نیاز به توان الکتریکی دارند. این امر برای ایستگاه های HVDC بر پایه ی VSC صادق نیست مراحل یک بلک استارت مراحل یک راه اندازی نوعی به صورت بلک استارت به صورت زیر است.

از یک باتری برای روشن کردن یک دیزل ژنراتور کوچک در نیروگاه آبی استفاده می شود. خروجی دیزل ژنراتور برای راه اندازی نیروگاه آبی بکار برده می شود. توان الکتریکی خروجی نیروگاه آبی به شبکه تزریق می شود. توان الکتریکی نیروگاه آبی برای راه اندازی یکی از نیروگاه های فسیلی بار پایه بکاربرده می شود. توان الکتریکی تولید شده توسط نیروگاه فسیلی برای راه اندازی دیگر نیروگاه های متصل به شبکه استفاده می شود.[۴]

منابع[ویرایش]

  1. Knight, U.G. Power Systems in Emergencies - From Contingency Planning to Crisis Management John Wiley & Sons 2001 ISBN 978-0-471-49016-6 section 7.5 The 'Black Start' Situation
  2. Philip P. Walsh, Paul Fletcher Gas turbine performance, John Wiley and Sons, 2004 ISBN 0-632-06434-X, page 486
  3. «بلک استارت در نیروگاه چیست؟»(فارسی)‎. مهر ۱۳۹۴. بازبینی‌شده در مهر ۱۳۹۴. 
  4. «بلک استارت در نیروگاه چیست؟»(فارسی)‎. مهر ۱۳۹۴. بازبینی‌شده در مهر ۱۳۹۴.