اقرأ في هذا المقال
أهمية تعويض نظام التحكم الكهربائي المنسق لمحطات CHP
في السنوات الأخيرة، تطورت الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والخلايا الكهروضوئية (PV) بسرعة، ونظراً لأن الطاقة تولد عن طريق طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية العشوائية؛ فإن الطاقة القابلة للتحكم مطلوبة للتعويض عن اضطراب شبكة الطاقة الناتج عن تقلبات الطاقة المتجددة، من بينها تعد تقنيات تخزين الطاقة من الموضوعات البحثية الساخنة، بما في ذلك البطاريات والمكثفات الفائقة والطاقة الكهرومائية والهواء المضغوط وتقنيات تخزين الطاقة الأخرى.
ومع ذلك؛ فإن تكلفة تعويض طاقة الرياح والاضطرابات الكهروضوئية عن طريق إضافة أجهزة تخزين الطاقة مرتفعة، كما وتخضع الأجهزة للعديد من القيود مثل العمر الافتراضي والكفاءة واختيار موقع البناء، لذلك؛ فإن الطريقة الأكثر اقتصادا للتعويض عن الاضطرابات على المدى القصير هي زيادة مرونة توليد الطاقة لمحطة الطاقة الحرارية الحالية.
وعلى وجه الخصوص في الصين، تعتبر وحدات الطاقة الحرارية هي وحدات توليد الطاقة الرئيسية، واعتباراً من نهاية عام 2020م، بحيث شكلت السعة المركبة لوحدة الطاقة التي تعمل بالفحم 56.6٪ من إجمالي السعة المركبة، لذلك؛ فإن تحسين مرونة وحدات الطاقة الحرارية يمكن أن يخفف الضغط على شبكة الطاقة الناتج عن تكامل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في وقت قصير وبتكلفة أقل.
ونظراً لأن مهمة نظام التحكم المنسق (CCS) لوحدة الطاقة الحرارية هي اتباع أمر توليد الطاقة الخاص بالتحكم التلقائي في التوليد (AGC) للشبكة بدقة وسرعة؛ فإن زيادة مرونة وحدات الطاقة الحرارية هي تحسين أداء (CCS).
كما يمكن تقسيم محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم إلى فئتين، وهما وحدات غلاية فوق الحرجة لمرة واحدة ووحدات غلايات أسطوانية دون الحرجة، ونظراً للكفاءة الحرارية العالية؛ فإن معظم الوحدات المبنية حديثاً في الصين هي وحدات مرجل فوق الحرجة مرة واحدة، بحيث يظهر الرسم التخطيطي للهيكل لمحطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم النموذجي في الشكل التالي (1).
كما يوجد تخزين الطاقة لوحدة الطاقة التي تعمل بالفحم بشكل أساسي في نظام سحق الفحم (الجزء الأسود في الشكل 1) وفي نظام بخار الماء (الأخضر) جزء في الشكل 1)، ونظراً لوجود أسطوانة بخار في وحدة غلاية الأسطوانة كمخزن مؤقت للطاقة؛ فإن الاقتران بين نظام تغذية المياه ونظام احتراق الوقود ضعيف جداً، لذلك ليست هناك حاجة للنظر في تأثير نظام تغذية المياه على (CCS) للمرجل والتوربين.
ومع ذلك؛ فإن الغلاية التي تستخدم مرة واحدة لا تحتوي على أسطوانة عازلة مما يؤدي إلى صعوبات في مطابقة الطاقة المنبعثة من احتراق الفحم والطاقة التي يمتصها البخار والماء، ومن أجل تحقيق التوازن بين طاقة الوقود ومياه التغذية، يتم إضافة تأثير مياه التغذية على الوحدة إلى غلاية (CCS) التي يتم تشغيلها مرة واحدة، مما يزيد بشكل كبير من صعوبة تصميم (CCS).
النموذج الديناميكي مبسط لمحطة CHP
يعد نموذج التعقيد المعقول الذي يمكن أن يعكس الخصائص الديناميكية للمصنع شرطاً أساسياً لتصميم طريقة التحكم، ومن خلال مقارنة الفرق بين القيمة المحسوبة لمعامل تخزين الحرارة للغلاية ذات المرة الواحدة والقيمة التجريبية، كما يكشف عن آلية الاقتران بين درجة حرارة النقطة الوسيطة للغلاية مرة واحدة وضغط بخار الخانق قبل التوربين، ومن ثم يتم الحصول على النموذج الأساسي لنظام الماء البخاري للغلاية مرة واحدة.
ونظراً لأن هيكل النظام الحراري لوحدة (CHP) الاستخراج النموذجية يشبه هيكل وحدة التكثيف النقية، وذلك باستثناء جزء التسخين، كما يتم الحصول على نموذج وحدة (CHP) فوق الحرج مرة واحدة من خلال الجمع بين نموذج وحدة التكثيف فوق الحرج مرة واحدة ونموذج وحدة (CHP) المرجل الأسطواني، بحيث يوصف نموذج الوحدة الديناميكية المبسطة بـالمعادلات التالية.
كما تحتوي الوحدة المصممة على نموذج فوق الحرج على مرجل دوران مرة واحدة (HG-1110 / 25.4-HM) ومعلمة بخار فوق الحرج لتسخين التوربينات البخارية التكثيف (C350 / 277-24.2 / 0.4 / 566/566).
لذلك يحتوي النموذج على خمسة متغيرات إدخال تحكم، وهي تدفق الوقود [uB (t / h)] وفتح صمام التنظيم لأسطوانة الضغط العالي (HP) للتوربينات [uT (٪)ٍ]، كما وتدفق مياه التغذية uW (t / h) ) وفتح صمام الفراشة المنظم لاستخراج الحرارة [uE (٪)] وفتح صمام مدخل أسطوانة الضغط المنخفض [uE (٪)]، كما يحتوي النموذج على خمسة متغيرات خرج وهي ضغط الخانق قبل التوربينات [pt (MPa)]، كما وحمل الطاقة [NE (MW)] ودرجة حرارة النقطة الوسيطة [Td (° C)] والمحتوى الحراري المحدد للنقطة المتوسطة [hd (kJ / kg)] وضغط استخلاص الحرارة [pe (MPa)].
كما أن المتغيرات الوسيطة هي معدل تدفق وقود الغلاية [rB (kg / s)]، كما وتدفق مياه التغذية لقسم تغيير الطور [qW (kg / s)] وضغط فاصل الماء البخاري [pb (MPa)]، كذلك المعلمات الديناميكية هي كما يلي، وهي وقت تأخير عملية السحق والقسم المحموم قليلاً [τf ، τd (s)] ثابت الزمن بالقصور الذاتي [Tf1 ، Tf2 (s)] ومعامل تخزين الحرارة لمعدن الغلاية ونظام الماء البخاري [Cv (MJ / MPa)] للمتغيرات الوسيطة الأخرى والمعلمات الديناميكية والثابتة.
ونظراً لأن هذا البحث يدرس بشكل أساسي تأثير مياه التغذية على نظام التحكم المنسق (CCS) لوحدة الغلاية لمرة واحدة فقط ، يتم النظر فقط في خصائص وحدة (CHP) في ظل ظروف التكثيف النقية، أي إعداد (uL = 100 ، uE = 0) بوصة النموذج؛ فقد تم بناء النموذج في (MATLAB / Simulink)، حيث أن حالة العمل المستقرة الأولية هي معدل استمرار التوربين الأقصى (TMCR) (حمل الطاقة NE هو 374.9 ميغاوات وضغط الخانق (pt) هو (24.2) ميجا باسكال ودرجة حرارة النقطة المتوسطة (Td) هي (425) درجة مئوية).
وفي (200) ثانية يتم إجراء تجربة اضطراب الخطوة (−5٪) لتدفق الوقود (uB) وتدفق مياه التغذية (uW) بشكل منفصل، كما وتظهر استجابة المعلمة الرئيسية في الشكل السابق (1)، وخلال في الشكل(1-A)، وعندما ينخفض تدفق الوقود؛ فإن طاقة الوحدة الحمل وضغط الخانق ودرجة حرارة النقطة المتوسطة تنخفض جميعها ببطء إلى قيمة الحالة المستقرة الجديدة. في الشكل (1-B)، وعندما ينخفض تدفق مياه التغذية؛ ينخفض كل من الضغط وحمل الطاقة أولاً.
ثم يزدادان ببطء ويستعيدان قيمة الحالة المستقرة قبل الاضطراب، بحيث تزداد درجة الحرارة عند النقطة الوسيطة ببطء إلى قيمة الحالة المستقرة الجديدة، كما يستفيد التحكم في نسبة الماء والوقود من الخصائص المعاكسة لتدفق الوقود وتدفق مياه التغذية إلى درجة حرارة النقطة الوسيطة، وعندما تكون النسبة مناسبة ؛ فإنه وقود الإدخال والماء.
وعندما تظل درجة الحرارة دون تغيير، بحيث يمكن أن يكون نظام التحكم المنسق لوحدة المرجل مرة واحدة مكافئاً لنظام التحكم المنسق لوحدة غلاية الأسطوانة للتصميم والضبط، ومع ذلك ؛ فمن الصعب الحفاظ على تدفق الوقود وتدفق مياه التغذية بنسبة مناسبة أثناء العملية الديناميكية، وعلى الرغم من قيام العديد من العلماء والمهندسين بدراسات ومحاولات مختلفة؛ إلا أن طرق التحكم المختلفة لها مزاياها وعيوبها.
