دیزل ژنراتور

دیزل ژنراتور

یک دیزل ژنراتور با کانوپی

ترکیبی از موتور دیزل و یک ژنراتور الکتریکی (غالباً آلترناتور) است که برای تبدیل انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مجموعه دیزل ژنراتورها در مکان‌هایی بدون اتصال به شبکه توان، مانند مواقعی که نیاز ضروری به فراهم کردن توان و انرژی است و نیز زمان‌هایی که شبکه وجود ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند زمانی که شبکه قطع می‌شود، درست به‌خوبی کاربردهای پیچیده‌تر مانند اوج برش، پشتیبانی شبکه و ارسال به شبکه‌های توان، انرژی فراهم می‌شود.

در نظر گرفتن سایز دیزل ژنراتور برای جلوگیری از کم شدن بار یا کمبود توان ضروری است و این عمل به وسیلهٔ الکترونیک مدرن به ویژه بارهای غیرخطی دشوار شده‌است.

سایزینگ صحیح دیزل ژنراتور تخصص کافی و تجربه فراوانی را لازم دارد تا بر اساس آن سایز دستگاه بهینه انتخاب گردد . معمولاً برای این موضوع از ترم افزارهای سایزینگ استفاده می‌شوند .

اندازه ژنراتور

مجموعه مولد بر اساس بار الکتریکی که برای آن‌ها درعرضه در نظر گرفته شده، تمام ویژگی‌های بارهای الکتریکی (kWe, KVA, VAR و محتواهای هارمونیک شامل جریان‌های شروعی (عموماً از موتور) و بارهای غیر خطی را شامل می‌شود. وظیفه مورد انتظار به‌طور مثال امور اورژانسی، تواندهی پیوسته یا اولیه (پرایم)، به‌خوبی شرایط محیطی مانند ارتفاع، دما و تنظیم مقررات گازهای گلخانه‌ای باید مد نظر قرار گیرد. بسیاری از تولیدکنندگان ژنراتورهای بزرگتر، مجموعه‌ای از نرم‌افزار را ارائه خواهند داد که محاسبه‌های اندازه پیچیده را به سادگی با خواندن شرایط سایت و ویژگی‌های بار الکتریکی متصل انجام خواهند داد.

ایستگاه‌های توان – حالت «جزیره» الکتریکی(Iland)

یک یا چند دیزل ژنراتوری که بدون اتصال به شبکه برق عمل می‌کند در اصطلاح در وضعیت جزیره عمل می‌کنند که ویژگی‌های چند ژنراتور موازی که مزایای استفاده از افزونگی و بهره‌وری بهتر در بارهای جزئی را دارند، فراهم می‌کند. این پلنت، ژنراتور را به صورت آنلاین قرار می‌دهد و غیرفعال کردن بستگی به سیستم و زمان معین دارد.

یک نیروگاه جزیره‌ای در نظر گرفته شده برای منبع توان اصلی، یک اجتماع مجزا ("توان اصلی") غالباً دارای حداقل سه ژنراتور دیزل خواهد بود، که از هر دوی آن‌ها انتظار می‌رود که بتوانند بار مورد نیاز را حمل کنند. گروه‌ها تا ۲۰ غیرمعمول نیست. ژنراتورها می‌توانند از طریق پردازش هم‌زمان به صورت الکتریکی بهم متصل شوند. این همزمانی شامل جور کردن ولتاژ، فرکانس و فاز قبل از اتصال ژنراتور به سیستم است. از دست رفتن همزمانی پیش از اتصال می‌تواند باعث یک اتصال کوتاه جریان بالا یا ساییدگی و پاره گی در ژنراتور یا تابلواش شود. فرایند همزمانسازی می‌تواند به صورت خودکار به وسیلهٔ یک ماژول سنکرون ساز خودکار انجام گیرد. همزمانساز خودکار ولتاژ، فرکانس و پارامترهای فاز و ولتاژهای باسبار زمانیکه سرعت توسط موتور فرماندار یا ECM (ماژول موتور کنترل) تنظیم می‌شود را از ژنراتور می‌خواند.

بار می‌تواند بین ژنراتورهای در حال فعالیت موازی از طریق تقسیم بار سهیم شود. تقسیم بار می‌تواند با استفاده از کنترل افت سرعت به وسیلهٔ فرکانس در ژنراتور کنترل شود، در حالی که به‌طور مداوم کنترل سوخت موتور برای تغییر بار تنظیم می‌شود و از منابع قدرت باقی مانده‌است.

یک دیزل ژنراتور بار بیشتری می‌گیرد هنگامی که سوخت تأمینی برای احتراق در سیستم افزایش می‌یابد و بار رها خواهد شد اگر سوخت تأمینی کاهش یابد.

علاوه بر وظایف شناخته شده مانند تأمین توان پس از قطع شبکه، دیزل ژنراتورها به‌طور معمول شبکه‌های قدرت اصلی در سراسر جهان را به دو راه مجزا پشتیبانی می‌کنند.

انتهای برش(peak lopping)

تعرفه‌های برق در ساعات اوج مصرف در بسیاری از نواحی افراد را به استفاده از دیزل‌ها تشویق می‌سازد تا به زمان تقاضای ماکزیمم غلبه شود. در اروپا عموماً بعدازظهر روزهای زمستان، زمان اوج محسوب می‌شود هنگامیکه مردم به خانه بازگشته و چراغها روشن است و پخت و پز در حال انجام است، حدود ۵:۳۰ تا ۷ بعد از ظهر، در حالی که در ایالت متحده آمریکا اغلب در تابستان‌ها و در مواجهه با بار (سنگینی) شرایط هوایی، زمان اوج رخ می‌دهد.

پشتیبانی شبکه

شبکه پشتیبانی برق در منطقه صنعتی

دیزل ژنراتورهای آماده به انجام کار اضطراری و نیروگاه‌های آبی به عنوان عملکرد ثانویه، استفاده گسترده‌ای برای محافظت از شبکه‌های ملی مختلف در هر زمان و به دلایل مختلف در آمریکا و انگلستان دارند. به‌طور مثال در انگلستان تعداد ۰٫۵ GWe از دیزل‌ها به‌طور منظم استفاده می‌شوند تا از شبکه ملی حمایت کنند که پیک بار آن ۶۰ GW است. این‌ها در مجموعه‌ای با سایزی معادل با ۲۰۰kw تا ۲MW قرار گرفته‌اند. این حالت همیشه زمانی اتفاق می‌افتد که به عنوان مثال ظرفیت زیادی از نیروگاه حدود ۶۶۰ مگاوات به‌طور ناگهانی از دست برود یا یک جهش ناخواسته ناگهانی در میزان توان باعث فرسایش ذخیره شده طبیعی در حال چرخش شود. این مسئله برای هر دو بخش مفید است. دیزل‌ها برای دلایل دیگری نیز خریداری شده‌اند، اما باید برای حصول اطمینان به‌طور کامل آزمایش شود. شبکه موازی شده، ساده‌ترین راه جهت انجام این عمل است. این روش عملکردی است که عموماً به وسیلهٔ یک بخش سومی که عملکرد ژنراتور را مدیریت می‌کند و با اپراتور سیستم ارتباط برقرار می‌کند، انجام می‌گیرد.

به این روش شبکه‌های ملی بریتانیا با توان ۲ گیگاوات از نیروگاهی که بالاتر است و به همان سرعت دو دقیقه در برخی موارد به صورت موازی عمل می‌کند، تماس می‌گیرد. این مورد بسیار سریع تر نسبت به بار پایه توان است که می‌تواند ۱۲ ساعت از سرما بگیرد و سریعتر از توربین گازی است که می‌تواند زمان زیادی را مصرف کند.

سوختی که برای دیزل ژنراتور استفاده می‌شود سوختی که در آزمایش‌ها تست شده‌است. سیستم مشابه‌ای که در فرانسه عمل می‌کندEJP، تعرفه‌های بخصوص ماکزیمم شبکه، در حداقل ۵ گیگاوات مجموعه دیزل ژنراتور تجهیز می‌شود تا در دسترس باشد. کار اولیه دیزل‌ها توان دادن به شبکه است. در طی عملکرد نرمال در هم‌زمان سازی با شبکه نیروگاهی برق با پنج درصد افت سرعت کنترل اداره شده‌اند. این به این معنی است که تمام سرعت بار ۱۰۰٪ است و هیچ سرعت باری ۱۰۵٪ نیست و این نیازمند عملکرد پایدار شبکه است بدون جستجو و فقدان نیروگاه‌های برق. عموماً تغییرات سرعت، کمترین است. تنظیمات خروجی توان با افزایش کم خیز منحنی به وسیلهٔ افزایش فشار فنر بر روی یک گاورنر سانتریفوژ ایجاد شده‌است. عموماً این یک نیاز پایه سیستم برای همه نیروگاه‌ها است زیرا نیروگاه‌های جدیدی و قدیمی در پاسخ به تغییرات لحظه‌ای در فرکانس بدون وابستگی به ارتباطات خارجی، بایستی سازگار باشند.

قیمت تبدیل انرژی

شرایط سخت استحصال انرژی فسیلی

مصرف سوخت، مهم‌ترین بخش نیروگاه‌های دیزلی است و قیمت تمام شده برای کاربردهای توان، در حالی که قیمت اصلی الویت اساسی برای پشتیبانی ژنراتور است، باید در نظر گرفته شود. مصارف خاص متفاوت هستند اما یک پلنت دیزل جدید بین ۰.۲۵ تا۰.۲۸ لیتر از سوخت هر کیلووات ساعت را در ترمینال‌های ژنراتور مصرف خواهد کرد.

به‌هرحال موتورهای دیزل می‌توانند بر روی تنوع وسیعی از سوخت‌ها عمل کنند و به پیکربندی بستگی دارد از طریق سوخت دیزل eponymous که عموماً از نفت خام بدست می‌آید، معمول هستند. موتورها می‌توانند با تمام طیف عصاره سوخت تجمیع شده کار کنند از گاز طبیعی، الکل، گازوئیل، گاز چوب تا روغن‌های سوخت از روغن دیزل تا سوخت‌های رسوبی. بدین ترتیب با معرفی به عنوان هوای مصرفی و با استفاده از مقدار کمی سوخت فسیلی برای احتراق معرفی می‌شوند. تبدیل به ۱۰۰٪ سوخت فسیلی می‌تواند بلافاصله انجام گیرد.

انواع مولدها

بر حسب کاربرد، کارخانجات سازنده مولدها چهار نوع را پیشنهاد می‌دهند: اضطراری، پایه، دائم و چند منظوره.

ژنراتور باید توان مورد نیاز پیش‌بینی شده معتبر را بدون آسیب فراهم کند این امر با دادن یک یا چند رتبه به ژنراتور بدست می‌آید.

مولد اضطراری (Standby)

در حالت قطع برق شهری به صورت خودکار اقدام به تأمین برق مشترکین می‌کند. یک مدل از ژنراتور به صورت استندبای ژنراتور ممکن است لازم باشد تا فقط چند ساعت در ماه عمل کند اما مدل‌های دیگری از ژنراتورهای پرایم هستند که باید به صورت پیوسته عمل کنند. زمانی که یک ژنراتور جایگزین راه می‌افتد، ممکن است با شرایطی بخصوص عمل کند مانند ۱۰٪ بار اضافه که در طی زمان فعالیت می‌تواند منظور شود. ژنراتوری با مدل یکسان می‌تواند مرتبه بالاتری را برای سرویس جایگزین راه‌اندازی کند که آن برای امور پیوسته‌است. شرکت‌های سازنده بر طبق توافق جهانی برای هر ژنراتور رتبه‌ای قائل می‌شوند.

این رتبه‌بندی‌های استاندارد تعریف می‌شود تا اجازه انتخاب صحیح را بدهد و مقایسه خوبی بین سازنده‌ها صورت گیرد تا از عملکرد نادرست ماشین جلوگیری کند و راهنمای طراحان باشد.

مولد پایه (Prime)

معمولاً در اماکنی که موقتاً به برق نیاز دارند به کار می‌آیند. مانند اردوگاه‌ها، نمایشگاه‌ها، اکتشاف معادن و کمپ‌ها. نباید در کاربردهای ساخت توان استفاده شود. خروجی موجود با بار متفاوت برای یک زمان نامحدود است. عموماً پیک تقاضای۱۰۰٪ رتبه اولیه ekW را با ۱۰٪ ظرفیت بار اضافی برای استفاده در موقعیت‌های ضروری برای ماکزیمم یک ساعت در ۱۲ ساعت را داراست. ۱۰٪ ظرفیت اضافه بار برای زمان محدودی در دسترس است. (معادل با توان اولیه و مطابق با ISO۸۵۲۸و توان اضافی مطابق با ISO3046 AS2789, DIN6271, and BS5514) این رتبه برای تمامی مدل‌های ژنراتور قابل استفاده نیست.

کاربردهای نوعی – جایی که ژنراتور تنها مرجع توان باشد برای ارتباط راه دور با معادن، سایت‌های ساختمانی، زمین برگزاری نمایشگاه و فستیوال و غیره است.

مولد دائم (Continuous)

برای امور نیروگاهی یا برق سراسری هستند. قابل کاربرد در فراهم کردن توان پیوسته برای یک بار ثابت تا رتبه کامل خروجی برای زمان‌های نامحدود است. هیچ قابلیت جانشین شدن اضافه باری برای این رتبه در دسترس نیست. توزیع کننده‌های مجاز شده مشارکتی برای رتبه‌بندی معادلند با توان پیوسته مطابق با ISO8528, ISO3046, AS2789, DIN6271, and BS5514

این رتبه‌بندی قابل اجرا بر روی تمامی ژنراتورها نیست. کاربردهای نوعی- این ژنراتور بار یکسان پیوسته را راه‌اندازی می‌کند یا به موازات توان مصرفی پیوسته و اصلی برای ماکزیمم سطح مجاز ۸۷۶۰ ساعت در سال واقع می‌شوند. همچنین ممکن است برای برش پیک / پشتیبانی شبکه حتی از طریق اعمال برای ۲۰۰ ساعت در سال اتفاق بیفتد.

مولد چند منظوره

توصیه می‌شود برای کاربردهای با رویکرد اقتصادی از این نوع مولدها استفاده نشود. مثلاً لزومی ندارد یک مولد دائم دارای تابلوی کنترل وصل خودکار در زمان قطع برق شهر باشد. به هر حال، معمولاً یک فرض معمول این است که اگر یک مولد در حالت اضطراری ۱۰۰۰ کیلووات باشد، در حالت پایه و دائم به ۸۵۰ و ۸۰۰ کیلووات اکتفا شود. معمولاً نحوه باردهی مولد در دفترچه مشخصات مولدها وجود دارد.

خرابی‌های موتور

دیزل ژنراتور می‌تواند از مسائلی سوء مانند رسوبات داخلی (غالباً به رسوب در سوراخ‌ها و ستون باز می‌شود) و تجمع کربن آسیب ببیند.

موتور با سوخت گازویل ساخت شرکت یانمار Yanmar

به‌صورت ایدئال موتورهای دیزل باید در حداقل ۲۵ تا ۳۰٪ بار ماکزیمم بار خود راه‌اندازی شوند. دوره‌های کوتاه مدت بار کم در حال اجرا هستند و این اجازه را می‌دهد تا مجموعه با بار کامل یا نزدیک به بار کامل بر یک مبنای منظم آماده شود.

رسوبات داخلی و تجمع کربن به این دلیل است که دوره‌های طولانی با بار کم مورد استفاده قرار گرفته‌است.

راه‌اندازی یک موتور با بار کم سبب فشارهای استوانه‌ای کم می‌شود و در نتیجه رینگ پیستون به صورت ضعیفی بسته می‌شود زیرا بستگی به فشار گاز نیرو در برابر فیلم روغن بر روی سوراخ‌ها برای شکل‌دهی مهر و موم دارد. فشار سیلندری کم سبب احتراق ضعیف، فشار کم حاصل از احتراق کم و دما می‌شود.

احتراق ناقص سبب شکل‌گیری دوده و پس ماند سوخت نسوخته می‌شود که مسیر رینگ‌های پیستون را بسته و می‌چسباند و سبب کاهش شدید در کارایی مهر و موم کردن می‌شود و فشار کم ابتدایی را تشدید می‌کند. رسوب‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که گازهای گرم احتراقی به صورت ضعیفی می‌وزند و رینگ پیستون را مسدود می‌کنند و سبب نیاز به روغن کاری بر روی دیواره‌های استوانه‌ای به دلیل «سوخت ناگهانی» می‌شوند و دوده‌هایی لعاب مانند ایجاد می‌کنند که سوراخ روان می‌شود.

کربن سخت از احتراق ضعیف شکل می‌گیرد و بسیار خراشنده و ساینده است، سپس سبب افزایش مصرف سوخت می‌شود (دود آبی)، انتظار می‌رود که انسداد پیستون و فشار حفظ شود.

سپس سوخت محترق نشده از عقب رینگ پیستون نشت می‌کند و روغن کاری سرایت می‌کند. سوختن ناقص باعث می‌شود که تزریق‌کننده‌ها به وسیلهٔ دوده مسدود شوند و باعث وخامت بیشتر در احتراق و دودهای سیاه رنگ می‌شود. مشکلی که با شکل‌گیری اسیدها در روغن موتور افزایش یافته‌است، به وسیلهٔ آب غلیظ شده و احتراق به وسیلهٔ محصولاتی است که باید به صورت نرمال در دمای بالاتر جوش آیند. این ساخت اسیدی (جوهری) در روغن-کاری باعث کندی می‌شود اما بی‌نهایت فرسایش مخرب برای سطح یاتاقان دارد.

چرخه تنزل به این معناست که موتور بزودی به‌طور تغییرناپذیری آسیب می‌بیند و ممکن است هرگز شروع بکار نکند و زمان طولانی تری قادر نخواهد بود که به تمام توان زمانی که نیازمند است، دست یابد.

استفاده تحت بار زیر حد مجاز به‌ناچار نه تنها باعث دود سفید از سوخت نسوخته می‌شود بلکه با گذشت زمان‌های بیشتر، با دود آبی روغن کاری سوخته نشتی از رینگ‌های پیستون قدیمی آسیب دیده همراه خواهد شد و دود سیاه نیز حاصل از خرابی تزریق‌کننده هاست. این آلودگی برای و مجاور بودن‌ها مناسب نیست.

ایجاد رسوبات یا کربن اتفاق افتاده‌است. این مسئله می‌تواند با سلب موتور و دوباره نفوذ کردن در سوراخ‌های سیلندر، لغو کردن‌ها، تمیز کردن و دکک کردن اتاقک‌های احتراق، نازل‌های تزریق‌کننده سوخت و سوپاپ‌ها قابل درمان است. اگر در مراحل اولیه شناسایی شود، راه‌اندازی موتور در ماکزیمم بار خود برای افزایش فشار داخلی و دما اجازه می‌دهد که رینگ‌های پیستون به زحمت رسوب کنند و اجازه می‌دهد تا تجمع تدریجی کربن سوخته شود.

به‌هرحال اگر این رسوبات پیشروی کند تا مرحله‌ای است که رینگ‌های پیستون داخل شیارهایشان را تصرف کنند. این عمل هیچ تأثیری نخواهد داشت. از این وضعیت می‌توان با انتخاب دقیق مجموعه ژنراتور مطابق با دستورالعمل چاپ شده سازندگان جلوگیری کرد.

برای مجموعه ژنراتورهایی که کاربرد اضطراری دارند، استفاده از بار پشتیبانی شده برای انجام آزمایش می‌تواند غیر عملی باشد. برای انجام آزمایش می‌توان از یک بانک بار موقت یا دائم استفاده کرد. گاهی اوقات تابلو را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد تا به مجموعه‌ای برای تغذیه توان از شبکه برای انجام آزمایش بار اجازه دهد.

بهترین راه حل استفاده از لود بانک است تا حداقل یک بار در سال دستگاه با توان ۱۰۰٪به مدت ۱ ساعت استفاده سود تا رسوبات ناشی از احتراق ناقص سوخته و از موتور خارج شوند .

ویژگی‌های دیزل ژنراتور

سیستم کنترلی یک دیزل ژنراتور

تابلو برق ATS نصب شده بر روی دیزل ژنراتورهای همواره ناظر اعمال بار بر روی موتور ژنراتور بوده و در مواقع غیرعادی بر مبنای تنظیمات قبلی پاسخ مناسب را از طریق فرمان‌های الکترونیکی تابلو ارسال و به صورت خودکار تمامی وضعیت را تواماً کنترل می‌نماید که موتور ژنراتور در بهترین شرایط به کار خود ادامه دهد. در حالت انتظار (Standby) در صورت قطع برق مصرفی خارج از واحد بلافاصله و در کمترین زمان، ATS زمان روشن و بکارگیری موتور ژنراتور برقرار می‌کند. البته برای انجام این فرایند به صورت کاملا اتوماتیک و بدون قطعی برق معمولاً در تابلوهای برق ATS از قطعاتی استفاده می‌شود. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به کنترلر دیزل ژنراتور یا اصطلاحا برد کنترلی دیزل ژنراتور نام برد. این برد کنترلی بر روی تابلو برق دیزل ژنراتور قرار می‌گیرد و در برندهای مختلف با کارکرد و کیفیت‌های متفاوتی در بازار موجود است. از نمونه‌های بسیار رایج در بازار می‌توان به برد دیپسی دیزل ژنراتور نام برد که ساخت شرکت DEEPSEA انگلستان است. نمونه دیگر این بردهای کنترلی برد کنترلی کومپ COMAP و وودوارد WOODWARD است که قیمت نسبتا بالا و کارایی کمتری نسبت به برد دیپسی داراست. قابلیت سیستم یا برد کنترلی به شرح ذیل است. -طراحی بر اساس میکرو کنترل

1. استارت و استاپ اتوماتیک دیزل
2. قابلیت مانیتورینگ. کنترل و تنظیم از طریق کامپیوتر با برنامه تحت ویندوز
3. حفاظت‌های مختلف افزایش درجه حرارت آب کاهش فشار روغن. افزایش و کاهش دور دیزل. افزایش

و لتاژ ژنراتور کاهش ولتاژ باتری ۵- نشان دهنده‌های اخطار مختلف: اخطار خرابی دینام. اخطار خطای انجام استارت در حالت اتوماتیک. اخطار خرابی سنسور روغن یا قطع بودن کابل ارتباطی در حالت اتوماتیک ۶-قابلیت تنظیم تمامی پارامترهای زمانی از روی پنل ۷-قابلیت کار با ولتاژ متغیر از۱۲ولت تا ۴۸ولت به‌طور اتو ماتیک

1. قابلیت کار در دو حالت دستی و اتوماتیک
2. نشان گر زمان کار دیزل ژنراتور بر حسب ساعت
3. اندازگیری سه فاز شهر یا دیزل ژنراتور و تشخیص آمادگی
4. قابلیت نمایش دور موتورRPM
5. آلارم ویژه دمای آب
6. CHECK UP کامل موتور
7. با قابلیت: نمایش آمپراژ، ولتاژ، فرکانس

تنظیم اتوماتیک ولتاژ

AVR یا برد ولتاژ رگولاتور، وظیفه تثبیت ولتاژ خروجی را به عهده دارد . این ماجول با گرفتن نمونه ولتاژ خروجی و پایش مداوم آن، با کنترل مقدار میدان تحریک در روتور آلترناتور، ولتاژ خروجی دستگاه را به صورت ثابت روی مقدار تنظیم شده نگه می‌دارد . به عنوان مثال با افزایش بار مصارف متصل به ژنراتور، افت ولتاژی در خروجی ایجاد خواهد شد که برد رگولاتور این افت را سنجش و بر اساس آن مقدار میدان تحریک آرمیچر را زیاد می نماید تا ولتاژ خروجی به مقدار تنظیم شده برگردد . و همین روش در کاهش توان مصرفی به صورت بالعکس انجام خواهد شد . در حالت پایدار رگولاتورها قادر خواهند بود تا 0.5% ولتاژ نامی، خروجی ژنراتوررا رگوله کنند . ( حمید عصار کاشانی )

منابع

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Diesel generator». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۲۸ ژانویهٔ ۲۰۱۰.