دیزل ژنراتور
دیزل ژنراتور ترکیبی از یک موتور دیزل با یک ژنراتور الکتریکی، برای تولید انرژی الکتریکی است. این یک مورد خاص از ژنراتور موتور است که انرژی مکانیکی به دست آمده از منبع بیرونی را با ایجاد حرکت و تولید بار الکتریکی در سیمپیچها در مدار الکتریکی، به برق به عنوان خروجی سیستم تبدیل میکند و از قطع فعالیتهای روزانه یا اختلال در عملیات کاری پیشگیری میکند.
یک موتور احتراق تراکمی دیزل معمولاً برای کار با سوخت دیزل طراحی میشود، اما برخی از انواع آن برای سایر سوختهای مایع یا گاز طبیعی (CNG) تطبیق داده شدهاند. دستگاههای مولد دیزل در مکانهایی بدون اتصال به شبکه برق یا به عنوان منبع تغذیه اضطراری در صورت از کار افتادن شبکه و همچنین برای کاربردهای پیچیدهتر مانند برداشتن پیک، پشتیبانی از شبکه و صادرات به شبکه برق نیز استفاده میشوند.
انتخاب بهترین ژنراتور برق اضطراری خانگی و صنعتی موردنیاز کاری پیچیده بوده و نیاز به عملیات محاسباتی دقیق دارد و میبایست توسط کارشناس مربوطه صورت گیرد تا با صرف معقولترین هزینه، بیشترین کارایی عاید مصرفکننده گردد.
برق خروجی ژنراتورها میتواند به صورت سه فاز و تک فاز باشد. برق تک فاز در مصارف کوچک مثل مصارف خانگی مورد استفاده قرار میگیرد ولی ژنراتور سه فاز در مصارف نیمهصنعتی، صنعتی و نیروگاهی مورد استفاده قرار میگیرد.
ژنراتورها دو نوع هستند. نوع اول زغالی که امروزه به دلیل نیاز به تعویض دائم زغال، مطلوب مشتریان نیست و نوع دوم که اکسایتری (Excitery) یا براشلس (Brushless) نامیده میشوند و به واسطهی القای ولتاژ تحریک میشوند. مکانیسم ژنراتور را میتوان با درک کار پمپ آب فهمید؛ پمپ باعث جریان آب میشود اما واقعا آبی ایجاد نمیکند و فقط آب جریان مییابد.
ژنراتورها در واقع در سه نوع DC، سنکرون و آسنکرون موجود میباشند. در ژنراتورهای سنکرون سرعت میدان مغناطیسی به وجود آمده با سرعت روتور، حتی در زیر بار که بیشتر برای تولید ژنراتورهای سه فاز استفاده میشود، برابر است. در صورتی که در ژنراتورهای آسنکرون سرعت میدان مغناطیسی به وجود آمده با سرعت گردش رتور برابر نیست؛ در ساخت الکتروموتورها این چنین است.
اصلیترین قطعه این دستگاه آلترناتور و موتور احتراقی میباشد؛ چون جریان برق توسط آلترناتور تولید میشود و موتور احتراقی نیروی مکانیکی را تأمین میکند.
مجموعه دیزل ژنراتور
به ترکیب بستهبندی شده موتور دیزل، ژنراتور و دستگاههای جانبی مختلف (مانند پایه، سایبان، تضعیف صدا، سیستمهای کنترل، قطعکننده مدار، آبگرمکن ژاکت و سیستم راهاندازی) به عنوان “مجموعه ژنراتور” یا یک به اختصار ژنست نامیده میشود.
اندازههای ست از 8 تا 30 کیلووات برای خانهها، مغازههای کوچک و ادارات، با ژنراتورهای صنعتی بزرگتر، همچنین از 8 تا 2000 کیلووات برای مجتمعهای اداری، کارخانهها و سایر تأسیسات صنعتی استفاده میشود.
یک مجموعه 2000 کیلوواتی را میتوان در یک کانتینر 40 فوتی (12 متری) با مخزن سوخت، کنترلها، تجهیزات توزیع برق و سایر تجهیزات موردنیاز برای کار، به عنوان یک نیروگاه مستقل یا به عنوان پشتیبان آماده به کار برای برق شبکه قرار داد. این واحدها که به عنوان ماژولهای قدرت (Power Modules) نامیده میشوند، ژنراتورهای روی تریلرهای سه محوره بزرگ با وزن 85000 پوند (38555 کیلوگرم) یا بیشتر هستند. ترکیبی از این ماژولها برای نیروگاههای کوچک استفاده میشوند و ممکن است از یک تا 20 واحد در هر بخش برق استفاده کنند، این بخشها میتوانند برای درگیر کردن صدها ماژول قدرت ترکیب شوند.
در این اندازههای بزرگتر، ماژول برق (موتور و ژنراتور) به صورت جداگانه روی تریلرها به محل آورده شده و با کابلهای بزرگ و یک کابل کنترل به هم وصل میشوند تا یک نیروگاه کامل هماهنگ شده را تشکیل دهند. تعدادی گزینه نیز برای تطبیق نیازهای خاص وجود دارد، از جمله پانلهای کنترل برای شروع خودکار (AutoStart) و موازیسازی شبکه (Mains Paralleling)، سایبانهای صوتی برای برنامههای ثابت یا متحرک، تجهیزات تهویه، سیستمهای تأمین سوخت، سیستمهای اگزوز و غیره.
همچنین کشتیها، اغلب از ژنراتورهای دیزلی که نه تنها نیروی کمکی چراغها، فنها، وینچها و غیره را تأمین میکنند، بلکه بهطور غیرمستقیم برای نیروی محرکه اصلی نیز استفاده میشوند. با نیروی محرکه الکتریکی، ژنراتورها را میتوان در موقعیت مناسبی قرار داد تا امکان حمل محموله بیشتری را فراهم کند. پیشرانههای الکتریکی برای کشتیها قبل از جنگ جهانی اول توسعه یافتند. پیشرانههای الکتریکی در بسیاری از کشتیهای جنگی ساخته شده، در طول جنگ جهانی دوم مشخص شدند؛ زیرا ظرفیت تولید برای چرخدندههای کاهش بزرگ در مقایسه با ظرفیت تولید تجهیزات الکتریکی کمبود داشت. چنین آرایش دیزلی-الکتریکی در برخی وسایل نقلیه زمینی بسیار بزرگ مانند لوکوموتیوهای راه آهن نیز استفاده میشود.
کاربرد مولدهای تولید برق
با پیشرفت صنعت، کاربرد مولدها هم گستردهتر شد، به طوری که امروزه علاوه بر اماکن نظامی، میتوان آنها را مورد استفاده در ذخیره برق خانگی، پشتیبانی تجهیزات پزشکی، سیستم برق اضطراری اماکن گوناگون، آزمایشگاهها، دیتاسنترها، تجهیزات مخابراتی، کشتیهای تجاری و تفریحی، اماکن تجاری، اداری و صنعتی یافت. به طور معمول یک ژنراتور دیزلی به مدت هشت ساعت میتواند کار کند اما با بهکارگیری 70% از توان اسمی آن، میتوان دیزل ژنراتور را به صورت دائمکار نیز استفاده کرد.
انتخاب مولد برق خانگی
هنگام انتخاب مولدها باید به چند نکته توجه داشته باشید:
- موقعیت جغرافیایی مکانی که قرار است در آن مولد نصب شود.
- نوع و میزان دسترسی به منابع و سوخت انرژی
- نوع توان مصرفی
- زمان برقدهی
- نوع حساسیت وسیله به تجهیزات موجود در یک مکان
- و در نهایت، مبلغی که برای خرید مولد برق خانگی در نظر گرفته شده است.
مزایای و معایب مولد برق
مزایای این سیستم عبارتاند از:
- دارای طول عمر بالا میباشند.
- سوخت ارزان قیمت مصرف میکنند.
- خطرهای کمی برای مصرفکننده دارد.
و اما معایب مولد تولید برق خانگی شامل گزینههای زیر است:
- موتور دیزل و قطعات آن قیمت بالایی دارند.
- سیستم سوخترسانی این دستگاه علاوه بر حساس بودن، گران نیز میباشد.
- ساختمان موتور بزرگ است و فضای زیادی را اشغال میکند.
مکانهای استفاده از دیزل ژنراتور
ژنراتور برق را میتوان در کاربردهای خانگی مانند تأمین برق جهت استفاده از لوازم برقی مانند: تلویزیون، یخچال، دریل برقی و غیره، تا کاربردهای صنعتی بزرگ مانند: تأمین برق کارخانجات تولید فولاد، بیمارستانها، توربینهای آبی و تأمین برق معادن و سایر مصارف نیروگاهی استفاده کرد.
کاربرد دیزل ژنراتور به گستردگی استفاده از تمام مکانها و ابزارهایی بستگی دارد که برای استفاده از الکتریسیته در زندگی بشر فراهم شده است. از نیاز اضطراری به برق در هنگام قطعی شبکه گرفته تا وسایل حمل و نقل دریایی، هوایی، ریلی و همه نیازمندیهایی که در مکانهای فاقد دسترسی به شبکه برق وجود دارد، همگی از کاربردهای دیزل ژنراتور محسوب میشوند.
دلیل مقرون به صرفه بودن استفاده از دیزل ژنراتورها
گاهی افزایش تصاعدی هزینه مصرف برق در برخی تجهیزات و ماشینآلات صنعتی به حدی افزایش پیدا میکند که ادامه روند تأمین انرژی الکتریکی برای آن سیستم، مقرون به صرفه نیست. از این رو بهکارگیری دیزل ژنراتور با توجه به ارزان و در دسترس بودن سوخت مصرفی گازوئیل و همچنین سهولت نگهداری و تأمین قطعات آن نسبت به انواع ژنراتور گازی، موجب انتخاب و ترجیح ژنراتور با نوع سوخت دیزلی یا گازوئیلی برای تأمین برق تجهیزات تولیدی و صنعتی میشود.
از سویی دیگر، همان طور که قبلا نیز اشاره شد، عدم دسترسی به شبکه برق در مکانهای دور افتاده و یا پروژههای کاری خارج از دسترسی شبکه برق و همینطور نیازمندیهای حمل و نقل، دیزل ژنراتور را به تنها گزینه ممکن برای فعالیت در شرایط خاص تبدیل میکند.
علت محبوبیت ژنراتورهای دیزلی نسبت به ژنراتورهای گازی
در انتخاب و خرید ژنراتور، عوامل متعددی نظیر: تأمین سوخت و ذخیره آن، شرایط کار، تأمین بار و عوامل مختلف دیگری مانند قیمت ژنراتور تاثیرگذار هستند. از دلایل برتری ژنراتور دیزل نسبت به انواع گازسوز آن، تعداد بیشتر تأمینکنندههای قطعات یدکی، عدم نیاز به دانش و تجربه زیاد برای استفاده و نگهداری و همچنین حمل و راهاندازی ساده آن است.
در بررسی تفاوت دیزل ژنراتور با ژنراتور گازی، به این نتیجه میرسیم که به دلیل سهولت فرآیند ساخت و همچنین سادهتر بودن و کندکارتر بودن بخشهای مختلف دیزل ژنراتور، قطعات آنها کمتر دچار استهلاک میشود.
استفاده بیش از حد از هر نوع دستگاه مولد برق بدون رعایت تایمهای خاموش کردن دستگاه، عمر قطعات را به مرور کم میکند. ژنراتور گازی هزینه اولیه بسیار بیشتری از بابت خرید به همراه دارد. حتی با وجود تأمین آسان سوخت گاز در مصارف شهری و خانگی، همچنان ژنراتور دیزلی یا ژنراتور گازوئیلی طرفداران بیشتری دارد. به طور معمول استفاده از دیزل بهترین راهکار برای مصرفکنندگان برق اضطراری یا دائمی در مواقع عدم دسترسی به شبکه برق شهری است.
اندازه ژنراتور
مجموعههای مولد بر اساس بار الکتریکی مورد نظر برای تأمین، ویژگیهای بار الکتریکی مانند kW ،kVA ،var، محتوای هارمونیک، جریانهای موج (به عنوان مثال، جریان راه اندازی موتور) و بارهای غیرخطی انتخاب میشوند. وظیفه موردانتظار (مانند توان اضطراری، پرایم یا مداوم)، و همچنین شرایط محیطی (مانند ارتفاع، دما و مقررات انتشار گازهای خروجی) نیز باید در نظر گرفته شود.
اکثر سازندگان مجموعه ژنراتورهای بزرگتر نرمافزاری را ارائه میدهند که محاسبات پیچیده اندازه را با وارد کردن شرایط محل و ویژگیهای بار الکتریکی متصل انجام میدهد.
میزان مصرف سوخت دیزل ژنراتور
پارامترهای مختلفی وجود دارند که میزان مصرف سوخت دیزل ژنراتور را تحت تاثیر قرار میدهند. در حالت کلی میزان مصرف دیزل ژنراتور، معمولا بستگی به پارامترهایی مانند اندازه دیزل ژنراتور و میزان بار وارده بر آن دارد و بر این اساس مصرف تقریبی آن را میتوان بدست آورد.
میزان مصرف دیزل ژنراتور به طور متوسط بین 190 تا 220 لیتر گازوئیل در هر ساعت به ازای هر کیلووات مصرفی است. این میزان با توجه به ارتفاع از سطح دریا، درجه حرارت محیط، رطوبت نسبی محیط، عمر دیزل ژنراتور و البته کیفیت گازوئیل مصرفی متغیر است.
نیروگاهها – حالت “جزیره” الکتریکی Power plants – electrical “island” mode
یک یا چند دیزل ژنراتور که بدون اتصال به شبکه برق کار میکنند، به عنوان کار در حالت جزیرهای نامیده میشوند. عملکرد موازی ژنراتورها میتواند مزیت افزونگی و راندمان بهتری را در بارهای جزئی ارائه دهد. این نیروگاه مجموعههای ژنراتور را آنلاین میکند و بسته به نیاز سیستم در زمان معین، آنها را آفلاین میکند. یک نیروگاه جزیرهای که برای منبع برق اولیه یک مجموعهی ایزوله در نظر گرفته شده است، اغلب دارای حداقل سه ژنراتور دیزلی است که هر دو مورد از آنها برای حمل بار مورد نیاز رتبهبندی شدهاند. گروههای تا 20 تا غیرمعمول نیستند.
ژنراتورها را میتوان از طریق فرآیند همگامسازی (synchronization) به صورت الکتریکی متصل کرد. همگامسازی شامل تطبیق ولتاژ، فرکانس و فاز قبل از اتصال ژنراتور به سیستم است. عدم همگامسازی قبل از اتصال میتواند باعث جریان اتصال کوتاه بالا یا فرسودگی ژنراتور یا کلیدابزار (Switchgear) آن شود. فرآیند همگامسازی را میتوان بهطور خودکار توسط یک ماژول همگامساز خودکار یا بهصورت دستی توسط اپراتور آموزشدیده انجام داد. همگامساز خودکار پارامترهای ولتاژ، فرکانس و فاز را از ژنراتور و ولتاژ شین (busbar voltages) میخواند و در عین حال سرعت را از طریق گاورنر موتور یا ECM (ماژول کنترل موتور) تنظیم میکند.
بار را میتوان از طریق اشتراک بار بین ژنراتورهای موازی (parallel-running generator) تقسیم کرد. اشتراک بار را میتوان با استفاده از کنترل سرعت افت (droop speed control)، که توسط فرکانس در ژنراتور کنترل میشود، به دست آورد؛ در حالی که به طور مداوم کنترل سوخت موتور را برای جابجایی بار به منابع قدرت باقیمانده تنظیم میکند. یک دیزل ژنراتور زمانی که سوخت به سیستم احتراق آن افزایش یابد بار بیشتری میگیرد، در حالی که در صورت کاهش عرضه سوخت، بار آزاد میشود.
