تنظيم الذروة العميقة لوحدة الحرارة والطاقة الكهربائية

أهمية تنظيم الذروة العميقة لوحدة الحرارة والطاقة الكهربائية

في السنوات الأخيرة، وبدعم من السياسات، كما نمت القدرة المركبة لطاقة الرياح بسرعة في الصين، ومع ذلك؛ فإن ظاهرة التخلي عن طاقة الرياح خطيرة، خاصة في الشمال الشرقي الصين، كما يكمن السبب الرئيسي في ندرة إمدادات الطاقة التي يمكن أن تشارك في ذروة عميقة، مثل الطاقة الكهرومائية وطاقة التكثيف، وبدلاً من ذلك؛ فإن هناك العديد من وحدات التدفئة والطاقة (CHP) في هذه المنطقة، ولكن هذه الوحدات تحتاج إلى موازنة متطلبات الحمل الحراري للسكان.

في هذه الحالة، تكون وحدات (CHP) عرضة لتوليد الطاقة المفرط عندما يكون الطلب على الحمل الكهربائي منخفضاً، مما يجعل مساحة تكامل طاقة الرياح غير كافية، كما أنه من الواضح إذا تم فصل قيد “ترتيب الطاقة بالحرارة” لوحدات (CHP) خلال هذه الفترات، لذلك يمكن تقليل الطاقة المولدة بواسطة وحدات (CHP)، وفي هذه الحالة، يمكن إنشاء مساحة ضخمة متصلة بالشبكة لطاقة الرياح.

كما أن الطرق الرئيسية لفصل قيود وحدات (CHP) هي مضخة حرارة الامتصاص (AHP)، وهي تجاوز غلاية كهربائية)، وهي خزان تخزين الحرارة وإزالة أسطوانة الضغط المنخفض (LPC)، كذلك الضغط الخلفي المرتفع، بحيث  يدرس هذا البحث بشكل أساسي وحدة (CHP) مع أنظمة (AHP) وأنظمة التحويل مدفوعاً بالبخار، كما يمكن لـ (AHP) إعادة تدوير الحرارة المهدرة من المياه المتداولة وتسخين المياه العائدة.

ونظراً لاستخدام مصدر الحرارة منخفض الدرجة للتدفئة؛ فإن تأثير توفير الطاقة لـ (AHP) رائع، بحيث يوفر التجاوز الحرارة عن طريق تقليل معلمات مصادر الحرارة عالية الجودة، مما يؤدي إلى فقد طاقة معين. نظرًا لأن وضع التسخين الجانبي ينحرف عن حالة تصميم وحدات (CHP)، مما قد يزيد من فقد المكون ويؤثر على عمر خدمة وحدات (CHP) أثناء التشغيل طويل الأجل.

حالياً أجرى العلماء في الداخل والخارج الكثير من الأبحاث حول الطريقتين المذكورتين أعلاه، لكنهم يركزون بشكل أساسي على الكفاءة والجدولة، وذلك من حيث الكفاءة، كما اقترح مخططًا جديدًا لاستعادة الحرارة المهدرة يعتمد على (AHP)، والذي يوفر أساساً نظرياً لتصميم وحدات (CHP) مع (AHP)، كما حلل أداء التسخين لـ (AHP)، وأوضح تغيير وتوزيع الطاقة أثناء التسخين واقترح نظام (CHP) جديد.

كما تظهر النتائج أن النظام الجديد يمكن أن يحسن الكفاءة ويقلل من استهلاك الطاقة، وذلك من حيث الجدولة، حيث اقترح نموذج جدولة لوحدة (CHP) على أساس مبدأ نقل الحرارة، كما يمكن أن يتكيف هذا النموذج مع الموقف الذي تنحرف فيه وحدة (CHP) عن حالة التصميم، وهو عبارة عن نموذج متكامل لإرسال الحرارة والكهرباء يمكن تتبعه، كما ويركز هذا النموذج على خصائص القصور الذاتي الحراري لخطوط الأنابيب والمباني لزيادة المرونة.

النمذجة والتحكم والتحليل ومبدأ العمل

كما هو مبين في الشكل التالي (1)، وذلك بالإضافة إلى وضع تسخين الاستخراج، كما تم أيضاً تحسين وحدة (CHP) إلى حد ما أولاً يتم إضافة نظام تسخين جانبي، كما يتم تسخين جزء من البخار الرئيسي وفك ضغطه عن طريق تجاوز الضغط العالي (HPB)، ثم يتم خلطه ببخار العادم من أسطوانة الضغط العالي (HPC)، ثم يتم إرسال البخار المختلط إلى جهاز التسخين لإعادة التسخين.

بعد إعادة التسخين، لذلك يتم تسخين جزء من البخار المعاد تسخينه وفك ضغطه عن طريق تجاوز الضغط المنخفض (LPB) وخلطه مع بخار الاستخراج من أسطوانة الضغط الوسيط (IPC)، بحيث يتم تحضير هذا البخار المختلط بالفعل للتسخين، كما يتم استخدام جزء من بخار التسخين كبخار دافع لدخول (AHP)، بينما يدخل الجزء الآخر من بخار التسخين مباشرة إلى المدفأة للتدفئة.

ثانياً يتم إضافة نظام تسخين (AHP) مدفوعاً بالبخار، كما تتكون الحرارة من المياه المتداولة التي يمكن إعادة تدويرها بواسطة نظام التسخين (AHP)، ثم يتم استخدام الحرارة المعاد تدويرها لتسخين الماء العائد في البداية، وبعد التسخين الأولي يتم تقسيم الماء العائد إلى جزأين، وهما جزء واحد يدخل السخان لمواصلة امتصاص الحرارة، وبالتالي زيادة درجة حرارة الماء العائد، كما يدخل الجزء الآخر مباشرة في رأس الخلط، بحيث يمكن لدرجة حرارة الماء المختلط أن تلبي متطلبات الحمل الحراري للسكان.

وبالنسبة لنظام التجاوز، كما يتدفق البخار إلى القسم البارد من جهاز إعادة التسخين مع زيادة فتح صمام (HPB)، ونظراً لأن مقاومة جهاز إعادة التسخين تظل دون تغيير ويتدفق المزيد من البخار عبر جهاز إعادة التسخين، مما يؤدي إلى الضغط التفاضلي لجهاز إعادة التسخين لارتفاع، وذلك إذا لم يتم فتح صمام (LPB) في الوقت المناسب؛ فسيتم زيادة ضغط بخار العادم من (HPC) بسرعة.

ونظراً لاقتران درجة حرارة وضغط البخار؛ ستزداد أيضاً درجة حرارة بخار العادم من (HPC)، كما سيؤدي الضغط الزائد ودرجة حرارة بخار العادم إلى تغييرات في خصائص تدفق (HPC)، ونتيجة لذلك؛ فإنه سيتم كسر توازن الدفع المحوري الأصلي، وفي هذه الحالة ستتأثر أيضاً قوة شفرات المرحلة النهائية لـ (HPC)، لذلك من الضروري فتح صمام (LPB) في الوقت المناسب للتأكد من أن معطيات العادم من (HPC) في نطاق معقول.

وخيراً يعتبر وضع تشغيل وحدات (CHP) على أساس “طلب الطاقة بالحرارة” هو السبب الرئيسي الذي يؤدي إلى التخلي الشديد عن طاقة الرياح في شمال شرق الصين. يعتبر فصل قيد “طلب الطاقة بالحرارة” لوحدات (CHP) طريقة مهمة لحل هذه المشكلة. تعد طريقتان (AHP) والتدفئة الجانبية طريقتين مهمتين لفصل هذا القيد.

أولاً: يُقترح نموذج ديناميكي غير خطي لوحدة (CHP) مع أنظمة (AHP) وأنظمة تجاوز للكشف عن المبدأ الداخلي لهاتين الطريقتين وتأثيرهما على وحدات (CHP)، حيث يتم تحديد المعلمات غير المعروفة الثابتة بناءً على بيانات التصميم والديناميكية يتم الحصول عليها عن طريق اختبار الاضطراب، كما تظهر نتائج المحاكاة أن النموذج يمكن أن يكشف عن اقتران (AHP) ونظام الالتفافية إلى وحدة (CHP)، كما ويوفر دعماً نموذجيًا لتصميم وحدة التحكم.

ثانياً: تم اقتراح استراتيجية التحكم في تنظيم الذروة العميقة لتحسين قدرة الذروة لوحدة (CHP)، حيث يتم اعتماد خوارزمية (GPC) مع بنية التغذية الراجعة إلى الأمام لحل مشاكل التحكم بشكل أساسي للتأخير الكبير والقصور الذاتي على جانب المرجل والتغلب على الاضطرابات المعروفة على جانب التوربينات، كما يتم تحديد نسبة ضغط المرحلة الأولى إلى ضغط العادم من أسطوانة الضغط العالي كمتغير متحكم به لتجاوز الضغط العالي.

كذلك تنقسم عملية تنظيم الذروة العميقة إلى مرحلتين:

• يتم استخدام (CHP) و (AHP) للتدفئة عندما تتمكن سعة التسخين الخاصة بهم من تلبية متطلبات الحمل الحراري للسكان.

• مع تقليل حمل الوحدة بشكل أكبر، يتم تنشيط وضع الالتفاف للتدفئة عند تدفق البخار الداخل إلى (LPC) أقل من تدفق التبريد، كما تظهر نتائج المحاكاة أن استراتيجية التحكم يمكن أن تلبي متطلبات الحمل الحراري للمقيمين عندما تكون الوحدة في حالة تنظيم ذروة عميقة.