كيف يؤثر محتوى الميثان في الطلب على الوقود لمولد يعمل بالغاز الحيوي بقدرة 200 kW

كيف يؤثر محتوى الميثان في الطلب على الوقود في مولد يعمل بالغاز الحيوي بقدرة 200 kW

ما كمية الغاز الحيوي التي يحتاج إليها مولد بقدرة 200kW لتوفير قدرته الكهربائية المقدرة؟ تعتمد الإجابة بدرجة كبيرة على محتوى الميثان. فتركيز الميثان الأقل يخفض القيمة الحرارية للوقود، ما يزيد تدفق الغاز المطلوب لإنتاج القدرة نفسها، شريطة أن يكون المحرك ونظام الوقود قادرين على استيعاب ذلك. وتكتسب هذه العلاقة أهمية عند تحديد مقاسات معدات إمداد الغاز، وتقدير تكاليف التشغيل، والتعرف على مخاطر خفض القدرة المحتملة.

يبدأ التقدير المفيد بتركيز الميثان والقيمة الحرارية الدنيا والكفاءة الكهربائية. أما اختيار المعدات على نحو موثوق فيتطلب مزيدًا من التحقق، بما يشمل تفاوت تركيب الغاز وضغط الدخول والملوثات والظروف التي تضمن الشركة المصنّعة الأداء في ظلها.

يحدد تركيز الميثان الطاقة المتاحة في كل متر مكعب

في الغاز الحيوي المكوّن أساسًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون، يوفر الميثان جميع الطاقة القابلة للاحتراق تقريبًا. ويضيف ثاني أكسيد الكربون حجمًا من دون أن يضيف قيمة حرارية. لذلك، يحتوي المتر المكعب من الغاز الذي يضم 50% ميثان على طاقة أقل من المتر المكعب نفسه الذي يضم 60% ميثان، عند القياس في ظل ظروف مرجعية متماثلة.

لإجراء الحسابات الأولية، تبلغ القيمة الحرارية الدنيا التقريبية للميثان النقي 9.94 kWh/Nm³ عند 0°C و101.325 kPa على أساس جاف. واستنادًا إلى هذه القيمة المرجعية، يمكن تقدير القيمة الحرارية الدنيا للغاز الحيوي كما يلي:

القيمة الحرارية الدنيا للغاز الحيوي ≈ الكسر الحجمي للميثان × 9.94 kWh/Nm³

عند احتواء الغاز على 60% ميثان، تبلغ القيمة نحو 5.96 kWh/Nm³. وعند 50%، تنخفض إلى نحو 4.97 kWh/Nm³. وإذا وُجدت مكونات أخرى قابلة للاحتراق بكميات مؤثرة، فيلزم إجراء حساب قائم على التركيب بدلًا من استخدام هذه العلاقة المبسطة.

أساس القياس مهم. فلا ينبغي دمج نتيجة مختبرية على أساس جاف مباشرةً مع قراءة تدفق غاز رطب غير مصححة. وبالمثل، قد تستخدم الأمتار المكعبة «القياسية» درجة حرارة مرجعية تختلف عن تلك المستخدمة للأمتار المكعبة «الطبيعية». تحقّق من درجة الحرارة والضغط المطلق وأساس الرطوبة قبل مقارنة أرقام الاستهلاك.

تقدير الطلب على الوقود عند 200 kW

عند نقطة تشغيل مستقرة، يساوي الخرج الكهربائي طاقة الوقود الداخلة مضروبة في الكفاءة الكهربائية. وبإعادة ترتيب المعادلة نحصل على:

الطلب على الغاز (Nm³/h) = الخرج الكهربائي (kW) ÷ [القيمة الحرارية الدنيا للغاز الحيوي (kWh/Nm³) × الكفاءة الكهربائية]

تفترض المقارنة التالية خرجًا كهربائيًا قدره 200 kW وكفاءة كهربائية تبلغ 35% على أساس القيمة الحرارية الدنيا. والكفاءة هنا قيمة افتراضية لأغراض الحساب، وليست قيمة أداء معلنة لأي طراز بعينه. وتستخدم جميع الأحجام الظروف المرجعية الجافة المحددة أعلاه.

مع ثبات الكفاءة، يتطلب الانخفاض من 60% إلى 50% ميثان زيادة حجم الغاز الحيوي بنسبة 20%، لا 10%. والعلاقة العامة عكسية: يزداد التدفق المطلوب بنسبة تركيز الميثان الأصلي إلى تركيزه الجديد.

تؤثر الكفاءة أيضًا في النتيجة. فعند تركيز ميثان يبلغ 60%، تعطي كفاءة مفترضة قدرها 32% نحو 104.8 Nm³/h، مقارنةً بنحو 95.8 Nm³/h عند 35%. استخدم بيانات الكفاءة أو استهلاك الوقود المقدمة من المورد لتركيب الغاز والحمل الفعليين، بدلًا من اعتبار كفاءة مفترضة واحدة صالحة لجميع الحالات.

لماذا قد لا يحافظ تدفق الغاز الإضافي على القدرة المقدرة

يصف الحساب توازن الطاقة، لا قدرة تشغيل غير محدودة. فعندما ينخفض تركيز الميثان، يجب أن يمر حجم أكبر من الغاز عبر منظومة إمداد الغاز. وقد تصبح المنظمات والصمامات والمرشحات والأنابيب والخلاط مكونات تحدّ من التدفق. ولا يضمن توفر ضغط كافٍ عند خزان الغاز توفر ضغط كافٍ عند مدخل المحرك أثناء الطلب عند الحمل الكامل.

وثمة حدود للاحتراق أيضًا. فتغير نسبة ثاني أكسيد الكربون يؤثر في سلوك احتراق الخليط، ولا تضمن تعديلات التحكم التعويض عن جميع تراكيب الغاز. وبحسب تصميم المحرك ونظام مناولة الهواء والمعايرة، قد تؤدي القيمة الحرارية المنخفضة إلى احتراق غير مستقر أو انخفاض الكفاءة أو خفض القدرة. لذلك، لا تكفي نسبة الميثان وحدها لتحديد مواصفات الوقود المقبولة.

قد تخفي قراءة الميثان المتوسطة القيد الفعلي. راجع أدنى تركيز مستدام، والتغيرات القصيرة المدة، ومدى تكرارها. فقد يكون إمداد الغاز كافيًا لتوفير القدرة المقدرة في يوم متوسط، لكنه لا يكون كافيًا عند تغير المواد الأولية أو حدوث اضطرابات في عملية الهضم.

اقرأ تصنيف القدرة إلى جانب شروط الوقود المرتبطة به

يذكر مولد AMICO AMC200GFJ-PZللغاز الحيوي بقدرة 200kW خرجًا مقدرًا يبلغ 200 kW (250 kVA) وجهدًا مقدرًا يبلغ 400 V. وتحدد هذه القيم السعة الكهربائية، لكنها لا تحدد استهلاك الوقود أو الحد الأدنى لمحتوى الميثان أو الخرج المضمون في الموقع. وتتطلب هذه الأمور تأكيدًا فنيًا منفصلًا.

تشير قيمتا kW وkVA المعلنتان إلى معامل قدرة مقدر يبلغ 0.8. وتستخدم حسابات الطلب على الوقود القدرة الكهربائية الفعلية بوحدة kW، لا القدرة الظاهرية بوحدة kVA. وينبغي أيضًا توضيح ما إذا كان ضمان الخرج ينطبق على أطراف المولد أم بعد احتساب الأحمال المساعدة في الموقع. تستهلك نافخات الغاز ومعدات التبريد وأنظمة المعالجة الكهرباء؛ لذا يختلف توفير 200 kW صافيًا للموقع عن توليد 200 kW عند أطراف المولد.

AMICO شركة متكاملة لتصنيع معدات الطاقة وتقديم خدمات حقول النفط، وتشمل أنشطتها أنظمة التحكم في الطاقة العاملة بالغاز ومعدات التوليد والطاقة الموزعة والإدارة الذكية للطاقة. وتتجاوز مساحة منشأة البحث والتطوير والتصنيع التابعة لها في Chengdu 20,000 متر مربع، كما نفذت الشركة المشروع الوطني «863-محرك الغاز الطبيعي». وفي هذا التطبيق، تتمثل الصلة المفيدة في تكامل التحكم بالمحرك مع تصميم نظام الغاز: اطلب أدلة أداء خاصة بتركيب الغاز، ولا تعتمد على لوحة البيانات وحدها.

ما الذي ينبغي التحقق منه قبل اعتماد تصميم نظام الغاز

ينبغي أن ينتج عن المراجعة الفنية أساس قياس موحد ونطاق تشغيل متفق عليه. وتشمل أهم نقاط التحقق ما يلي:

• تحليل الوقود: الميثان وثاني أكسيد الكربون والأكسجين والرطوبة وكبريتيد الهيدروجين والسيلوكسانات ذات الصلة، مع تسجيل ظروف أخذ العينات.
• إمداد الغاز الديناميكي: التدفق المتاح وضغط الغاز عند مدخل المحرك وقت أقصى طلب، بما في ذلك فاقد الضغط عبر معدات المعالجة.
• أساس الأداء: الكفاءة على أساس القيمة الحرارية الدنيا أو العليا، والخرج الإجمالي أو الصافي، ونقطة الحمل، ودرجة الحرارة المحيطة، والارتفاع عن سطح البحر، وظروف خفض القدرة المعمول بها.
• معايير القبول: التصنيف وطريقة الاختبار المتفق عليهما، مع الرجوع المحتمل إلى أحكام ISO 8528 ذات الصلة عند تحديدها، إضافةً إلى متطلبات الكهرباء وسلامة الغاز المحلية.

عند مقارنة التكاليف، ميّز بين الدفع لكل متر مكعب والدفع لكل وحدة من طاقة الوقود. فمحتوى الميثان الأقل يزيد الاستهلاك الحجمي عند ثبات الكفاءة، لكنه لا يزيد تلقائيًا الطاقة الداخلة المطلوبة. ومع ذلك، قد يرفع تكاليف مناولة الغاز ويكشف عن حدود السعة.

استند في التصميم النهائي إلى أدنى قيمة حرارية صالحة للاستخدام ومتفق عليها، على أن تدعمها قياسات الغاز في الموقع. ثم احصل على تأكيد للخرج والاستهلاك وحدود ضغط الدخول وخفض القدرة عبر هذا النطاق. فلا يكفي رقم استهلاك واحد عند نسبة ميثان اسمية لتحديد مقاسات منشأة يمكن الاعتماد عليها.