كيف يؤثر الارتفاع عن سطح البحر في القدرة القابلة للاستخدام لمولد غاز بقدرة 1800 kW

قد ينتج مولد الغاز الطبيعي بقدرة 1800kW قدرة أقل من قدرته الاسمية في موقع مرتفع، لكن الارتفاع وحده لا يحدد مقدار الانخفاض. تعتمد القدرة القابلة للاستخدام على نطاق التشغيل المعتمد للمحرك بحسب الارتفاع ودرجة الحرارة، وحدود الشاحن التوربيني، ونظام التبريد، وقدرة المولد الكهربائي، ومواصفات الوقود. ولا توجد نسبة عامة موثوقة يمكن خصمها من كل وحدة بقدرة 1800 kW.

في منشأة نائية أو موقع صناعي مرتفع، يكمن الخطر العملي في اختيار مولد يفي بالحمل نظريًا، لكنه لا يستطيع تحمله باستمرار خلال أشد ظروف التشغيل حرارة. وتتمثل المقارنة الصحيحة في مقارنة صافي الحمل الكهربائي المطلوب للمشروع بالقدرة التي تؤكدها الشركة المصنّعة للموقع الفعلي، لا بمجرد مقارنة الحمل بالقدرة الاسمية.

حدّد ما الذي تمثله قدرة 1800 kW الاسمية فعليًا

قبل تطبيق تصحيح الارتفاع، تحقّق من أساس تصنيف القدرة. فتصنيف الاستعداد لا يعادل تصنيف القدرة الأولية أو التشغيل المستمر. احصل على تعريف نمط التشغيل المعمول به، وساعات التشغيل المسموح بها، والقيود المفروضة على ملف الحمل، وأي سماحية للحمل الزائد. وقد تكون القدرة المسموح بها لوحدة معلن عنها بقدرة 1800 kW مختلفة عند نمط التشغيل الذي يتطلبه مشروعك.

حدّد أيضًا موضع قياس التصنيف الكهربائي. فخرج أطراف المولد والطاقة التي تصل إلى المنشأة ليسا متساويين بالضرورة. إذ قد تستهلك مراوح المشعاع التي تعمل بالكهرباء، ومضخات سائل التبريد، ومعدات التهوية، ومعدات تهيئة الغاز جزءًا من الطاقة المولّدة. ولا ينبغي خصم المعدات المساعدة الميكانيكية المشمولة أصلًا في تصنيف المحرك أو مجموعة التوليد مرة أخرى.

حدّد النتيجة المطلوبة بأنها صافي القدرة القابلة للاستخدام بالكيلوواط، وفق نمط تشغيل وارتفاع ودرجة حرارة محيطة وحالة وقود وجهد وتردد ومعامل قدرة محددة. ومن دون تحديد هذه الظروف، قد تمثل عروض الأسعار التي تعرض القدرة الاسمية نفسها قدرات قابلة للاستخدام مختلفة.

يؤثر الارتفاع في أكثر من تدفق هواء الاحتراق

مع زيادة الارتفاع، ينخفض الضغط الجوي وكثافة الهواء. لذلك يحتوي حجم معين من هواء السحب على كمية أقل من الأكسجين. ويتطلب الحفاظ على الخرج الكهربائي نفسه أن يحافظ المحرك على تدفق كتلي كافٍ للهواء، مع الالتزام بحدود الاحتراق والانبعاثات والمكونات.

يمكن للشاحن التوربيني تعويض بعض فقدان الضغط، لذا لا تنخفض القدرة بالضرورة فور تجاوز مستوى سطح البحر. وتحافظ بعض المحركات على قدرتها الاسمية حتى ارتفاع محدد، في ظل ظروف حرارة معينة. أما بعد تجاوز نطاق التشغيل هذا، فقد يتطلب الحفاظ على ضغط مشعب السحب نسبة ضغط عالية جدًا للضاغط أو سرعة مفرطة للشاحن التوربيني. وقد تحد عندئذٍ درجة حرارة هواء الشحن ودرجة حرارة العادم وحدود الطرق من كمية الوقود والقدرة على عمود الإدارة.

ويشكّل التبريد قيدًا منفصلًا. فقد يؤدي انخفاض كثافة الهواء إلى تقليل طرح الحرارة عبر المشعات ومبرّدات هواء الشحن عند معدل تدفق حجمي معين. وقد تصل المجموعة إلى حد درجة حرارة سائل التبريد أو هواء السحب حتى عندما يكون تدفق هواء الاحتراق إلى المحرك كافيًا. ويمكن أن تزيد قيود الحاوية، واتساخ أسطح المبادلات الحرارية، وإعادة تدوير الهواء الساخن من تفاقم هذه المشكلة.

كما ينبغي تقييم المولد الكهربائي. فقد تقلل كثافة هواء التبريد المنخفضة قدرته الحرارية، فيما تؤثر درجة الحرارة المحيطة ومعامل قدرة الحمل في تسخين الملفات. ولا تؤدي زيادة قدرة المحرك إلى إزالة القيود المفروضة على المولد الكهربائي. ويجب أن تظل المجموعة كاملة ضمن حدود التشغيل الميكانيكية والكهربائية.

اطلب بيانات مصنّفة للموقع، لا قاعدة عامة لخفض القدرة

لا تكون عبارة مثل «اخفض القدرة بنسبة ثابتة لكل زيادة في الارتفاع» مفيدة إلا إذا كانت خاصة بالمعدات المعنية وتتضمن ظروفها المرجعية. وقد يؤدي تطبيق قاعدة خاصة بعائلة محركات أخرى، أو ضرب عوامل تصحيح مستقلة بعضها في بعض من دون موافقة الشركة المصنّعة، إلى نتيجة مضللة.

زوّد المورّد بارتفاع الموقع وظروف درجة الحرارة التصميمية معًا. وفي التركيبات داخل حاويات، ميّز بين درجة الحرارة الخارجية ودرجة الحرارة المتوقعة عند مدخل هواء المحرك ومدخل المشعاع. فقد تحدث أعلى درجة حرارة تشغيل ذات صلة داخل المجموعة لا عند محطة الأرصاد الجوية.

يتطلب ضغط الوقود اهتمامًا خاصًا على الارتفاعات العالية. اسأل عمّا إذا كانت الضغوط المحددة مقاسة قياسًا نسبيًا أم مطلقًا، وعن موضع قياسها. تحقّق من ضغط الإمداد عند تدفق الحمل الكامل، بما يشمل الفواقد عبر المنظمات والمرشحات والأنابيب. فالضغط الساكن الكافي لا يثبت كفاية إمداد الوقود أثناء التشغيل.

احسب القدرة القابلة للاستخدام من دون احتساب الفواقد مرتين

ابدأ بخرج المجموعة الكهربائية المعتمد لنمط التشغيل وظروف الموقع المطلوبة. وإذا قدّم المورّد تصنيفًا يجمع بين الارتفاع ودرجة الحرارة، فاستخدم هذه القيمة بدلًا من تطبيق تصحيحات عامة إضافية. وتحقّق مما إذا كانت القيود المتعلقة بالوقود وترتيب التبريد المختار مشمولة بالفعل.

يمكن الاسترشاد بالعلاقة الحسابية التالية:

صافي القدرة القابلة للاستخدام = الخرج الكهربائي المعتمد للموقع − استهلاك المعدات المساعدة غير المشمول أصلًا في ذلك التصنيف.

إذا لم تتوفر سوى بيانات منفصلة للمكونات، فيجب تحويل قدرة عمود إدارة المحرك المصنّفة للموقع إلى خرج كهربائي باستخدام كفاءة المولد المناسبة وحدود الحساب المعتمدة. وقارن هذه النتيجة بقدرة المولد الكهربائي المصنّفة للموقع. وقد تفرض قيود التبريد حدًا إضافيًا على المجموعة. اطلب من المورّد تأكيد تصنيف مجموعة التوليد المجمّعة بدلًا من اعتبار حساب المكونات سعة مضمونة.

قارن صافي القدرة الناتج بأقصى حمل تشغيلي متزامن، ثم خصص احتياطيًا وفق متطلبات المشروع للنمو والتشغيل والموثوقية. واذكر هذا الاحتياطي صراحةً، ولا تخفِه ضمن افتراض غير موثق لخفض القدرة.

القدرة على تغذية حمل تشغيلي لا تعني القدرة على استيعاب تغير مفاجئ في الحمل

قد يمتلك المولد قدرة كافية بالكيلوواط في الحالة المستقرة، لكنه يواجه صعوبة عند بدء تشغيل محرك كبير أو إعادة توصيل عدة أحمال معًا. فكل من قدرة البدء بالكيلو فولت أمبير، ومعامل قدرة الحمل، وهبوط الجهد المسموح به، واستعادة التردد، واستجابة الشاحن التوربيني عوامل مهمة. اطلب بيانات الأداء العابر في ظروف الموقع المقترحة وحمل التشغيل المسبق، لا مجرد بيان عن تغير الحمل عند مستوى سطح البحر.

إذا كان المصنع يستخدم التشغيل المرحلي أو محركات السرعة المتغيرة، فقيّم تسلسل التشغيل الفعلي والخصائص الكهربائية. وقد يحل تسلسل الأحمال مشكلة عابرة، لكنه لا يعوض نقصًا مستمرًا في القدرة المصنّفة للموقع.

اختر الحل الذي يعالج النظام الفرعي المقيِّد

• قيد تدفق هواء المحرك أو الشاحن التوربيني: قيّم استخدام محرك أكبر أو مجموعة معتمدة للعمل على ارتفاعات عالية. ولن تعيد زيادة سعة المشعاع وحدها قدرة عمود الإدارة المفقودة.
• قيد التبريد: قيّم خيارات المشعاع المعتمدة من الشركة المصنّعة، أو التبريد عن بُعد، أو التهوية، أو تبريد هواء الشحن. وتحقّق من مقاومة تدفق الهواء وقدرة طرح الحرارة على الارتفاع المطلوب.
• قيد الحرارة في المولد الكهربائي: فكّر في استخدام مولد كهربائي بالحجم المناسب، مع الاستمرار في التحقق من قدرة المحرك والأداء العابر.
• عدم كفاية سعة المحطة أو التكرار الاحتياطي: قارن بين مجموعة أكبر مصنّفة للموقع وعدة وحدات تعمل بالتوازي، مع مراعاة المزامنة وتقاسم الحمل والتشغيل عند تعطل وحدة.

يمكن أحيانًا فصل الأحمال المساعدة الصغيرة عن نظام التوليد الرئيسي، لكن ذلك يتطلب مهمة تحديد سعة مختلفة. تتمتع مجموعة المولدات AMC40LS التي تعمل بغاز البترول المسال، من النوع الصندوقي وبقدرة 40kW بقدرة مصنفة تبلغ 40 kW، وخرج 230/400 V، وتردد 50 Hz، ومعامل قدرة متأخر 0.8، مع وظائف التشغيل التلقائي والتشغيل بالتوازي. ولا تمثل مرجعًا بديلًا لتصنيف مجموعة تعمل بالغاز الطبيعي بقدرة 1800 kW. ويتطلب أي تطبيق مساعد إمدادًا خاصًا به من غاز البترول المسال، وتقييمًا للارتفاع، والتحقق من توافق الحمل، ومراجعة للتكامل.

اجعل سعة الموقع شرطًا للقبول

ينبغي أن تشترط مواصفات الشراء إعلان القدرة عند الارتفاع المتفق عليه وظروف درجة الحرارة المحيطة ومواصفات الوقود ونمط التشغيل ومعامل القدرة، مع تحديد استهلاك المعدات المساعدة بوضوح. وأدرج أداء تغير الحمل المطلوب وترتيب التبريد المختار في الجدول الفني نفسه.

يمكن لاختبار المصنع على ارتفاع أقل أن يتحقق من أداء المعدات في ظروف الاختبار، لكنه لا يثبت مباشرةً الخرج على ارتفاعات عالية. اتفق على طريقة التصحيح المعتمدة وأدلة الاختبار وأي تحقق ميداني قبل الطلب. وأثناء التشغيل الأولي، تحقّق من ضغط الوقود تحت الحمل ودرجات حرارة السحب والتبريد والخرج الكهربائي والاستجابة العابرة. وينبغي أن يتوقف القبول على تلبية صافي الحمل المحدد ضمن حدود التشغيل، لا على بلوغ 1800 kW لفترة وجيزة فحسب.