محطة توليد الكهرباء بالديزل من حيث المفهوم والمكونات

ما هي محطة توليد الكهرباء بالديزل؟

تستخدم طاقة الديزل “محرك ديزل” لتدوير المولدات وإنتاج الطاقة الكهربائية، كما يتم استخدام محرك الديزل كمحرك رئيسي وتعرف محطة الطاقة هذه باسم محطة توليد الطاقة بالديزل، وبسبب “احتراق الديزل”؛ فإنه يتم توليد طاقة الدوران، حيث أن المولد متصل بنفس عمود محرك الديزل ويستخدم المولد لتحويل الطاقة الدورانية لمحرك الديزل إلى طاقة كهربائية.

في معظم الحالات، تُستخدم محطة توليد الطاقة الكهربائية بالديزل لتوليد القدرة الخاصة للإنتاج على نطاق صغير وعند نهاية الحمل، وخاصةً عندما لا تتوفر طاقة الشبكة الكهربائية، بحيث يتم استخدام محرك الديزل لتزويد الحمل في ظروف الطوارئ.

وبشكل عام، تتراوح قدرة محطات توليد الطاقة بالديزل ما بين 2 إلى 50 ميغاوات، كما وتستخدم في محطات الطاقة المركزية لتلبية ذروة الطلب في “محطات الطاقة البخارية” ومحطات الطاقة الكهرومائية، ولكن في الوقت الحاضر، ونظراً لارتفاع تكلفة الوقود؛ فإنه لا يتم استخدام محركات الديزل لمثل هذه التطبيقات.

مكونات وعمل ورسم تخطيطي لمحطة توليد الطاقة بالديزل:

مكونات محطات التوليد الكهربائية بالديزل:

محرك الديزل:

محرك الديزل هو المكون الأساسي لمحطة توليد الطاقة التي تعمل بالديزل تحديداً، حيث يتم استخدامه لتوليد “الطاقة الميكانيكية” في شكل طاقة دورانية، وذلك بمساعدة احتراق الديزل، كما يتم توصيل مولد التيار المتردد بنفس عمود محرك الديزل.

وهناك نوعان من محركات الديزل، وهما “محركات ثنائية الشوط” و”محركات رباعية الأشواط”، حيث أنه في المحركات ثنائية الشوط، يكون كل ثورة في العمود المرفقي، كما يتم تطوير شوط كهربائي واحد، وفي المحركات رباعية الأشواط؛ فإنه يتم تطوير شوط كهربائي واحد كل دورتين للعمود المرفقي.

وبالمقارنة مع “المحركات رباعية الأشواط”؛ فإن المحركات ثنائية الشوط لها نسبة وزن إلى قوة منخفضة، وهي أكثر إحكاما وسهلة التشغيل وتكلفة رأسمالية منخفضة، ولكن “الكفاءة الديناميكية الحرارية” لمحرك ثنائي الأشواط أقل مقارنة بالمحركات رباعية الأشواط، بحيث تتطلب المحركات ثنائية الشوط مزيداً من مياه التبريد وتستهلك المزيد من مواد التشحيم.

كما تُفضل المحركات رباعية الأشواط أكثر من المحركات ثنائية الشوط لاستخدام مجموعات التوليد صغيرة النطاق ومجموعات (DG)، وللإنتاج على نطاق واسع؛ فإنه يفضل استخدام المحركات ثنائية الشوط، كما يمكن حساب السعة المطلوبة لمحطة ديزل لتوليد الطاقة بالمعادلة التالية:

Capacity of Plant = (Connected Load × Demand Factor) / (Diversity Factor)

كما تستخدم محطة توليد الطاقة بمحرك ديزل أقل من 3 ميغاوات كمحطات احتياطية وتستخدم 3 إلى 25 ميغاوات، وذلك كمحطات تحميل أساسي، وبشكل عام وفي هذا النوع من النباتات؛ فإنه يتم استخدام محركات رباعية الأشواط. تبلغ قدرة المحطات المستخدمة في محطات التحميل الأساسي أكثر من 10 ميغاواط ويتم استخدام محركي شوط لهذه المحطات.

نظام سحب الهواء:

تتطلب محطة توليد الطاقة الكبيرة بمحركات الديزل هواء في حدود 4-8 متر مكعب لكل كيلو واط ساعة، وفي الهواء الطبيعي؛ فإنه يتوفر الكثير من جزيئات الغبار التي قد تتلف أسطوانات المحركات، لذلك؛ فإنه يتم استخدام “فلاتر الهواء” في أنظمة سحب الهواء.

كما أن مرشحات الهواء مصنوعة من القماش أو الخشب أو اللباد، وفي بعض الحالات؛ فإنه يتم استخدام “مرشحات الزيت”، وفي فلاتر الزيت؛ فإنه تكون جزيئات الغبار مطلية بالزيت، بحيث يتم تصميم نظام سحب الهواء بطريقة تسبب الحد الأدنى من فقدان الضغط أثناء تدفق الهواء.

لذلك إذا كانت خسائر الضغط عالية؛ فقد يؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الوقود و”تقليل سعة المحرك”، ولتجنب الانسداد؛ فإنه يجب تنظيف فلاتر الهواء بشكل دوري، وفي محطة توليد الطاقة ذات السعة الكبيرة، يتم استخدام كاتم الصوت بين المحرك ونظام السحب لتقليل التلوث الضوضائي.

نظام العادم:

أثناء احتراق الديزل، يتم إنتاج الغازات بحيث يُعرف النظام المستخدم لإزالة هذه الغازات “بنظام العادم”، كما يهدف هذا النظام إلى “تصريف الغازات” من المحرك إلى الغلاف الجوي المطلق، لذلك تم تصميم أنظمة العادم بطريقة تعمل على تلاشي الغازات دون فقدان الضغط، لذلك إذا تم تحرير الضغط؛ فإنه يتطلب المزيد من العمل للقيام به لعادم الغازات وسيزيد من استهلاك الوقود ويقلل من إنتاج الطاقة لمحركات الديزل.

لتقليل مستوى الضجيج؛ فإنه يجب تزويد نظام العادم بكاتمات خاصة للصوت، وذلك بمساعدة أنابيب العادم المرنة، بحيث يجب عزل الاهتزاز بشكل كامل عن المصنع، لذلك يلزم تغطية نظام العادم “بالأسبستوس” لتجنب انتقال الحرارة ويجب تنظيفه بشكل متكرر.

نظام التبريد بالمياه:

يعمل محرك (IC) عن طريق حرق الوقود بالهواء وتكون النسبة المئوية لاستخدام الطاقة على النحو التالي:

• (30-37٪) عمل مفيد.

• (30-35٪) تحملها غازات العادم.

• (0-12٪) تُفقد بسبب الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل.

• (22-30٪) تتدفق الطاقة الحرارية من الغازات إلى جدران الأسطوانة.

لذلك، في محرك (IC)، يتم فقدان (22-30٪) من الطاقة في شكل “طاقة حرارية”، ولتجنب ارتفاع درجة حرارة المحرك؛ فإنه يتطلب نظام تبريد. هناك نوعان من أنظمة التبريد:

• التبريد المباشر.

• التبريد غير المباشر.

حيث يُعرف التبريد المباشر أيضاً باسم تبريد الهواء، ويعرف التبريد غير المباشر أيضاً باسم تبريد المياه، وبشكل عام؛ فإنه يتم استخدام تبريد الهواء للمحركات ذات السعة الصغيرة، كما ويستخدم زعانف وحواجز التبريد لإزالة الحرارة من المحرك ويستخدم نظام تبريد الماء للمحركات ذات السعة الكبيرة والمتوسطة أيضاً يستخدم نظام التبريد المائي غطاءً مائياً ومبرداً ووصلات أنابيب.

نظام تزويد الوقود:

في محطة توليد الكهرباء بالديزل، وكما يوحي الاسم؛ فإنه يستخدم الديزل “كوقود أساسي”، بحيث يجب أن يؤدي نظام تزويد الوقود الوظائف التالية:

• اعتماداً على سعة المحرك وساعات التوريد؛ فإن خزان التخزين مطلوب لتخزين الديزل.

• قبل تزويد المحرك يجب “تنقية الوقود” بشكل كامل لضمان عدم احتوائه على أي شوائب.

• قياس الوقود ضروري.

• وفقاً للحمل في كل دورة؛ فإنه يجب أن تقوم بحقن الكمية الدقيقة من الوقود.

• توفير مسار العودة للوقود غير المستخدم.

• في المحرك متعدد الأسطوانات، يلزم ترذيذ الوقود وحتى توزيع الوقود على كل أسطوانة.

نظام تشحيم خاص بالمولد:

في محرك (IC)، يُشار إلى ترتيب أسطوانة المكبس إلى اختلاف كبير جداً في درجة الحرارة، كما يعمل عند درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي (2000) درجة مئوية أو أعلى من ذلك، وفي مثل هذه درجة الحرارة المرتفعة؛ فإنه يمكن أن تتحول مادة التشحيم إلى مادة صمغية. وينتج عن ذلك التصاق حلقات المكبس.

كما تعمل المحركات في ظروف حمولة عالية وتتسبب في فقد الاحتكاك في حالة فشل نظام التزييت، لذلك؛ فإن “نظام التشحيم” ضروري لمحرك (IC) ويتطلب كمية كافية من الزيت تصل إلى جميع أجزاء المحرك، أيضاً يمنع نظام التشحيم الاتصال المباشر بين معدنين ويقلل من تآكل الأجزاء المتحركة، لذلك يجب تشحيم المكونات المدرجة أدناه لمحرك (IC).