در دنیای امروز که برق یکی از ضروریات زندگی محسوب می‌شود، داشتن یک منبع برق اضطراری برای مواقع قطعی برق اهمیت بسیار زیادی دارد. در این میان، دیزل ژنراتور یکی از محبوب‌ترین و کارآمدترین گزینه‌ها برای تامین برق اضطراری است. در این مقاله به طور کامل به بررسی ژنراتور، مزایا، کاربردها و نحوه انتخاب و استفاده از آن می‌پردازیم.
دیزل ژنراتور چیست؟
دیزل ژنراتور ترکیبی از یک موتور دیزل و یک ژنراتور (معمولاً یک آلترناتور) است که برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. این مجموعه یک نوع خاص از مولد برقی محسوب می‌شود. موتورهای دیزل، موتورهای احتراق تراکمی هستند که معمولاً برای کار با سوخت دیزل طراحی شده‌اند، اما انواع دیگری از آنها نیز برای سوخت‌های مایع دیگر یا گاز طبیعی (CNG) سازگار شده‌اند.
کاربردهای دیزل ژنراتور
دیزل ژنراتورها در مکان‌هایی که به شبکه برق دسترسی ندارند یا به عنوان منبع برق اضطراری در صورت قطع شبکه اصلی، استفاده می‌شوند. علاوه بر این، آنها کاربردهای پیچیده‌تری نیز دارند، از جمله:
- Peak-lopping (پر کردن اوج بار شبکه)
- پشتیبانی از شبکه برق
- صادرات برق به شبکه سراسری
انتخاب اندازه مناسب دیزل ژنراتور
انتخاب اندازه مناسب دیزل ژنراتور برای جلوگیری از کمبود توان یا اتلاف انرژی بسیار مهم است. این انتخاب به دلیل ویژگی‌های بارهای غیرخطی مدرن پیچیده است. در محدوده توان حدود 50 مگاوات و بالاتر، یک توربین گازی در بار کامل از مجموعه‌ای از موتورهای دیزلی کارآمدتر و فشرده‌تر است، اما برای بارهای جزئی، حتی در این سطوح توان، گاهی اوقات مجموعه‌های دیزلی به دلیل راندمان بالاتر آنها بر توربین‌های گازی ترجیح داده می‌شوند.
انواع دیزل ژنراتور بر اساس اندازه
- خانگی و کوچک: از 8 تا 30 کیلووات (تک فاز) برای خانه‌ها، مغازه‌های کوچک و دفاتر
- صنعتی و بزرگ: از 8 کیلووات تا 2000 کیلووات (سه فاز) برای ساختمان‌های اداری، کارخانه‌ها و سایر تاسیسات صنعتی
- نیروگاه‌های کوچک: یک دیزل ژنراتور 2000 کیلوواتی می‌تواند در یک کانتینر 40 فوتی با مخزن سوخت، سیستم کنترل، تجهیزات توزیع برق و تمام تجهیزات مورد نیاز برای عملکرد به عنوان یک ایستگاه برق مستقل یا پشتیبان شبکه جای گیرد.
- مدول‌های قدرت: این واحدها، دیزل ژنراتورهایی هستند که روی تریلرهای بزرگ سه محور با وزن 38,555 کیلوگرم یا بیشتر نصب شده‌اند.
این مدول‌ها می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند تا نیروگاه‌های کوچک را تشکیل دهند که از یک تا 20 واحد در هر بخش قدرت استفاده می‌کنند.
کاربرد دیزل ژنراتورها در شبکه‌های برق
علاوه بر کاربرد آشنای آنها به عنوان منابع برق در زمان قطعی، دیزل ژنراتورها به طور معمول برای پشتیبانی از شبکه‌های برق اصلی در سراسر جهان نیز استفاده می‌شوند. این امر به دو شکل متفاوت انجام می‌شود:
پشتیبانی از شبکه
دیزل ژنراتورهای اضطراری، مانند آنهایی که در بیمارستان‌ها و تاسیسات آب استفاده می‌شوند، به عنوان یک عملکرد ثانویه، به طور گسترده‌ای در ایالات متحده و بریتانیا برای پشتیبانی از شبکه‌های ملی در زمان‌های خاصی و به دلایل مختلف استفاده می‌شوند.
صادرات برق به شبکه
در کشورهایی مانند فرانسه، سیستم‌های مشابهی با برنامه کوتاه مدت ذخیره عملیاتی بریتانیا وجود دارد که در آن تعرفه‌های ویژه‌ای در زمان‌های تنش شبکه، حداقل 5 گیگاوات از مجموعه‌های دیزل ژنراتور را برای تغذیه برق به شبکه فعال می‌کند.
در حالت عملکرد عادی و همگام با شبکه برق، نیروگاه‌ها با کنترل سرعت 5 درصد افت تنظیم می‌شوند. این بدان معنی است که سرعت بار کامل 100٪ و سرعت بدون بار 105٪ است. این امر برای عملکرد پایدار شبکه بدون تشدید و قطع نیروگاه‌ها لازم است. معمولاً تغییرات سرعت جزئی است. تنظیمات در خروجی توان با افزایش آرام فشار فنر در گاورنر گریز از مرکز انجام می‌شود. این یک الزام سیستم اساسی برای تمام نیروگاه‌هاست، زیرا نیروگاه‌های قدیمی و جدید باید در واکنش به تغییرات لحظه‌ای فرکانس بدون وابستگی به ارتباطات خارجی سازگار باشند.
هزینه تولید برق با دیزل ژنراتور
هزینه سوخت بخش عمده‌ای از هزینه‌های مالکیت و عملیاتی نیروگاه‌های دیزلی برای کاربردهای تولید برق را تشکیل می‌دهد، در حالی که هزینه سرمایه‌گذاری اولیه، نگرانی اصلی برای ژنراتورهای پشتیبان است. مصرف سوخت ویژه متفاوت است، اما یک نیروگاه دیزلی مدرن در بارگیری بهینه 65 تا 70 درصدی، حداقل 3 کیلووات ساعت برای هر لیتر سوخت (حدود 30٪ راندمان سوخت) تولید می‌کند.
انتخاب و رتبه‌بندی دیزل ژنراتور
ژنراتورها باید توان مورد انتظار را به طور قابل اطمینان و بدون آسیب تامین کنند و این امر با رتبه‌بندی یک مدل مشخص از مجموعه ژنراتور توسط سازنده برای یک یا چند کاربرد خاص محقق می‌شود. یک مدل خاص از ژنراتور که به عنوان یک ژنراتور پشتیبان عمل می‌کند، ممکن است فقط نیاز به چند ساعت کار در سال داشته باشد، اما همان مدل در حالت ژنراتور نیروی اصلی باید به طور مداوم کار کند.
تعاریف رتبه‌بندی ژنراتور:
- رتبه آماده به کار: برای تامین برق اضطراری در طول قطعی برق عادی. هیچ ظرفیت اضافه‌بار پایداری برای این رتبه‌بندی در نظر گرفته نشده است. (معادل توان Fuel Stop در استانداردهای ISO3046، AS2789، DIN6271 و BS5514). به طور نامی رتبه‌بندی شده است.
- رتبه نیروی اصلی (زمان اجرای نامحدود): نباید برای کاربردهای برق ساختمانی استفاده شود. خروجی با بار متغیر برای زمان نامحدود در دسترس است. تقاضای اوج معمول 100٪ از ekW با ظرفیت 10٪ اضافه‌بار برای استفاده اضطراری حداکثر به مدت 1 ساعت در 12 ساعت. ظرفیت 10٪ اضافه‌بار برای مدت محدود در دسترس است.
- رتبه بار پایه (مداوم): قابل استفاده برای تامین برق به طور مداوم به یک بار ثابت تا حداکثر رتبه‌بندی خروجی برای ساعات نامحدود. هیچ ظرفیت اضافه‌بار پایداری برای این رتبه‌بندی در دسترس نیست.
به عنوان مثال، اگر در یک مجموعه خاص، رتبه آماده به کار 1000 کیلووات باشد، ممکن است رتبه نیروی اصلی 850 کیلووات و رتبه مداوم 800 کیلووات باشد. با این حال، این رتبه‌بندی‌ها بسته به سازنده متفاوت است و باید از برگه داده‌های سازنده گرفته شود.
انتخاب اندازه مناسب
معمولاً اندازه بار حداکثر و حداکثر افت ولتاژ قابل قبول است که اندازه مجموعه را تعیین می‌کند، نه خود رتبه‌بندی‌ها. اگر قرار است مجموعه موتورها را راه‌اندازی کند، آنگاه باید حداقل سه برابر بزرگترین موتور باشد که معمولاً اول راه‌اندازی می‌شود. این بدان معنی است که احتمالاً در هیچ کدام از رتبه‌بندی‌های مجموعه انتخاب شده کار نخواهد کرد.
بسیاری از سازندگان دیزل ژنراتور برنامه‌های نرم‌افزاری دارند که انتخاب صحیح یک مجموعه را برای هر ترکیب باری با وارد کردن شرایط محلی و نوع وسایل، تجهیزات و دستگاه‌هایی که قرار است توسط مجموعه ژنراتور تغذیه شوند، امکان‌پذیر می‌سازد.
انواع سوخت دیزل ژنراتور
سوخت دیزل از موتورهای دیزل نام گرفته است، نه برعکس؛ موتورهای دیزل صرفاً موتورهای احتراق تراکمی هستند و می‌توانند با انواع مختلفی از سوخت‌ها بسته به پیکربندی و مکان کار کنند. در جاهایی که اتصال به شبکه گاز در دسترس است، اغلب از گاز استفاده می‌شود، زیرا شبکه گاز در اکثر قطعی‌های برق تحت فشار باقی می‌ماند. این کار با معرفی گاز به هوای ورودی و استفاده از مقدار کمی سوخت دیزل برای احتراق انجام می‌شود. تبدیل به عملکرد 100٪ با سوخت دیزل می‌تواند به صورت لحظه‌ای انجام شود.
در مناطق روستایی‌تر یا برای نیروگاه‌های با ضریب بار پایین، سوخت دیزل مشتق شده از نفت خام یک سوخت رایج است؛ این سوخت کمتر از روغن‌های سنگین‌تر منجمد می‌شود. دوام کارکرد با اندازه مخزن سوخت محدود می‌شود. موتورهای دیزل می‌توانند با طیف کاملی از فرآورده‌های نفتی از گاز طبیعی، الکل‌ها، بنزین و گاز چوب گرفته تا روغن‌های سوخت از سوخت دیزل تا سوخت‌های باقیمانده ارزان‌تر که در دمای اتاق مانند روغن جامد هستند و باید برای جریان در خط سوخت گرم شوند، کار کنند.
موتورهای بزرگتر (از حدود 3 مگاوات تا 30 مگاوات) گاهی اوقات از روغن‌های سنگین، که در واقع قیرها هستند و از انتهای فرآیند پالایش به دست می‌آیند، استفاده می‌کنند. پیچیدگی جزئی نگه داشتن سوخت روغنی گرم تا بتواند جریان پیدا کند، در حالی که خطرات آتش‌سوزی ناشی از گرم شدن بیش از حد سوخت را کنترل می‌کند، این سوخت‌ها را برای نیروگاه‌های کوچک‌تر و اغلب بدون نگهبان، نامحبوب می‌کند.
سوخت‌های دیگر ممکن عبارتند از: بیودیزل، روغن گیاهی، چربی‌های حیوانی و روغن‌های جامد، گلیسیرین و گل روغن زغال سنگ. این موارد باید با احتیاط استفاده شوند: به دلیل ترکیب آنها، موتور باید به درستی تنظیم شود، در غیر این صورت بر عمر موتور تأثیر مخربی خواهند داشت. به عنوان مثال، موتورهایی که از گل روغن زغال سنگ استفاده می‌کنند، اغلب با انژکتورهای بزرگتر برای اجازه تزریق سوخت با چگالی بالاتر در کسری از ثانیه مورد نیاز، اصلاح می‌شوند. سوخت‌های دیگر با گرانروی بالا مانند روغن جامد، روغن گیاهی یا موم پارافین می‌توانند با انژکتورهای سوخت استاندارد استفاده شوند، اگر سوخت قبل از استفاده برای کاهش گرانروی آن به محدوده سوخت دیزل استاندارد گرم شود. موتوری که رودولف دیزل برای نمایشگاه جهانی 1900 طراحی و ساخت، با روغن بادام زمینی و نه یک محصول نفتی مانند اکثر موتورهای مدرن با این سیستم، کار می‌کرد.
