تحديد حجم وحدة مخصصة للتوليد المشترك للحرارة والكهرباء تعمل بالغاز الطبيعي بقدرة 18–150 كيلوواط وفقًا للطلب على الحرارة

حدّد حجم مولد التوليد المشترك للحرارة والكهرباء (CHP) بالغاز الطبيعي بقدرة مخصصة تتراوح بين 18 و150 كيلوواط وفقًا لكمية الحرارة التي يمكن لمنشأتك استيعابها خلال ساعات التشغيل المقصودة. وتتمثل أفضل نقطة انطلاق في وجود حمل حراري مستمر عند درجة حرارة مناسبة، تدعمه حاجة متزامنة إلى الكهرباء. ولا تكفي سعة الغلاية القصوى واستهلاك الغاز السنوي وحدهما لتحديد نقطة التشغيل هذه؛ فكلاهما قد يخفي فترات طويلة لا تتوفر فيها وجهة مفيدة للحرارة المستردة.

غالبًا ما توفّر الوحدة المناسبة الجزء المستمر من الطلب الحراري، بينما تغطي الغلايات ذروة الطلب وفترات الصيانة. وتتحدد القدرة الكهربائية النهائية وفقًا لمقدار الحرارة القابلة للاسترداد من المحرك المختار، وظروف الموقع، وحدود التحكم. ويساعد تحديد هذه العلاقات أولًا على تفادي اختيار قدرة كهربائية تبدو جذابة، لكنها تؤدي إلى تركيب حراري أكبر من اللازم.

حدّد الحمل الحراري عند نقطة الاتصال

أنشئ ملف الطلب استنادًا إلى الدائرة التي ستستقبل فعلًا حرارة CHP. وافصل بين تدفئة الأماكن، والمياه الساخنة المنزلية، وتسخين العمليات، وأي مصادر أخرى مقترحة لاستهلاك الحرارة. فلكل منها جداول تشغيل ومتطلبات درجات حرارة مختلفة. ودمجها في رقم واحد للطاقة السنوية يخفي ما إذا كانت الأحمال تحدث في الوقت نفسه، وما إذا كان بالإمكان خدمتها بالدائرة نفسها لاسترداد الحرارة.

يوفر قياس معدل التدفق والفرق بين درجتي حرارة الإمداد والعودة أساسًا مفيدًا لحساب الحرارة المنقولة. وفي دوائر المياه، تُحسب القدرة الحرارية بضرب التدفق الكتلي في السعة الحرارية النوعية وفرق درجات الحرارة. استخدم خصائص المائع المناسبة عند وجود الغليكول، وتأكد من موضع العدادات: فالقياسات عبر مجمّع الغلاية قد تشمل الدوران أو الفواقد التي لا تمثل طلبًا مفيدًا عند نقطة اتصال CHP المقترحة.

عندما لا تتوفر سوى سجلات الوقود، يتطلب تحويل استهلاك وقود الغلاية إلى حرارة مفيدة افتراض كفاءة يتوافق مع التشغيل الفعلي. فكفاءة لوحة البيانات لا تأخذ في الحسبان دورات التشغيل، وفواقد الاستعداد، أو تغير درجات حرارة العودة. لذا ينبغي اعتبار هذا التحويل تقديريًا إلى أن تؤكد القياسات الحمل بدرجة موثوقية أكبر.

ارسم منحنى مدة الحمل الحراري لتوضيح مقدار الطلب المستمر عبر ساعات التشغيل. واحتفظ أيضًا بالملف الزمني المرتب حسب التسلسل الفعلي. يرتب منحنى المدة الأحمال ويفقد تسلسلها، لذا لا يمكنه إظهار نوافذ الطلب القصيرة المتكررة، أو الإيقاف الليلي، أو التوقيت اللازم لتقييم التخزين الحراري.

توافق درجات الحرارة يحدد مقدار الحرارة المستردة القابلة للاستخدام

لا تكون الحرارة الإجمالية القابلة للاسترداد مفيدة إلا إذا أمكن نقلها عبر المبادل الحراري وتلبية متطلبات الدائرة المستقبلة. وتخضع استعادة الحرارة من مياه تبريد غلاف المحرك واستعادتها من العادم لقيود مختلفة تتعلق بدرجة الحرارة. وينبغي بيان نواتجهما كلٌّ على حدة، مع تحديد الظروف التي يتاح فيها كل إسهام.

تترك دائرة التدفئة ذات درجة حرارة عودة مرتفعة فرقًا أقل في درجات الحرارة لنقل الحرارة. وقد يقلل ذلك الحرارة المنقولة أو يدفع دائرة تبريد المحرك نحو حد التشغيل. لذلك لا يمكن نقل التصنيف الحراري الاسمي، المقاس عند استخدام مياه عودة أبرد، مباشرةً إلى دائرة عمليات أكثر سخونة. وينبغي أن تشمل مواصفات تحديد الحجم درجة حرارة الإمداد المطلوبة، ودرجة حرارة العودة القصوى، ونطاق التدفق، وفرق درجة الحرارة التقريبي في المبادل الحراري.

عندما تتطلب العملية درجات حرارة تتجاوز قدرة دائرة المياه الساخنة المقترحة، احتسب فقط الحرارة التي يمكن لنظام الاسترداد المختار توفيرها في تلك الظروف. ولا تجمع كامل طاقة مياه تبريد غلاف المحرك والعادم في رقم واحد للحرارة القابلة للاستخدام من دون التأكد من الترتيب الهيدروليكي ومستويات درجات الحرارة.

يفصل المبادل الحراري أيضًا سائل تبريد المحرك عن دائرة المنشأة. ويؤثر فقد الضغط فيه، والسماح بتراكم الترسبات، والمواد المصنوع منها، وتوافق السوائل، في كل من نقل الحرارة ومتطلبات الضخ. وقد يجعل المبادل الأصغر من المطلوب محركًا محدد الحجم على نحو صحيح يبدو غير كافٍ حراريًا؛ أما تكبير المحرك فلن يعالج القيد الأساسي.

حوّل الطلب الحراري المستمر إلى قدرات كهربائية مرشحة

بعد تحديد ظروف الدائرة المستقبلة، اطلب بيانات الأداء للوحدات المرشحة ضمن نطاق القدرة الكهربائية من 18 إلى 150 كيلوواط. استخدم ناتج الحرارة المنقول عند نقطة الربط المتفق عليها في الموقع، لا الحرارة المتاحة قبل فواقد الأنابيب والمبادل الحراري. إذ تختلف العلاقة بين الحرارة والطاقة الكهربائية حسب تصميم المحرك، ومستوى التحميل، وتهيئة نظام الاسترداد؛ لذلك لا ينبغي استخدام نسبة ثابتة واحدة لتمثيل النطاق بأكمله.

العلاقة الأولية هي:

القدرة الكهربائية المرشحة = الطلب الحراري المستمر القابل للاستخدام ÷ نسبة الحرارة القابلة للاسترداد إلى القدرة الكهربائية عند نقطة التشغيل المقصودة.

يحدد هذا الحساب قدرة ابتدائية. ومع ذلك، يجب تقييم الوحدة المرشحة الناتجة وفقًا لمنحنى حملها الفعلي، والحد الأدنى لحمل التشغيل المستمر، وخفض القدرة بسبب ظروف الموقع. وينبغي إدراج تركيب الغاز وضغطه المتاح، ودرجة الحرارة المحيطة، والارتفاع، وظروف التبريد في أساس بيانات الأداء المقدمة، حيثما تؤثر في الناتج.

قارن الوحدات المرشحة على امتداد ملف الطلب الزمني. وفي كل فترة، تقتصر الحرارة المفيدة من CHP على الأقل من مقدار الحرارة المتاحة للاسترداد والطلب الحراري المتصل، مع التعامل مع التخزين على حدة. وسجّل أيضًا مساهمة الغلاية، والحرارة المهدرة، وتوليد الكهرباء، واستهلاك الأجهزة المساعدة، ومرات بدء التشغيل. ويكشف ذلك عن الوحدات الأكبر التي تنتج طاقة أكثر على الورق، بينما تقضي وقتًا طويلًا في خفض الإنتاج أو رفض الحرارة.

تتطلب مواصفات المنتجات تفسيرًا دقيقًا خلال هذه المقارنة. ويحدد إدراجمجموعات مولدات الغاز الحيوي بقدرة 30-90 كيلوواط الطراز AMC30GFJ-PZ بقدرة خرج اسمية تبلغ 30 كيلوواط (37.5 kVA)، وجهد 400 V، وتردد 50 Hz. وتصف هذه الأرقام التصنيفات الكهربائية؛ لكنها لا تثبت ملاءمة الوحدة للغاز الطبيعي أو مقدار حرارة CHP القابلة للاسترداد. ويجب التحقق بشكل منفصل من توافق الوقود والأداء الحراري قبل إدراج مثل هذه المواصفات في حساب تحديد حجم نظام CHP يعمل بالغاز الطبيعي.

عالج التشغيل عند الأحمال المنخفضة قبل زيادة القدرة

يحدد أداء الحمل الجزئي ما إذا كانت الوحدة المحددة لتلبية الطلب المستمر ستظل مفيدة عند انخفاض ذلك الطلب. احصل على بيانات الكفاءة الكهربائية، والناتج الحراري القابل للاسترداد، ودرجات الحرارة المسموح بها، والحد الأدنى لحمل التشغيل المستمر عبر نطاق التشغيل المقترح. فبيانات الكفاءة عند الحمل الكامل لا تقدم إرشادات كافية لآلة يُتوقع أن تعمل جزءًا كبيرًا من وقتها بقدرة منخفضة.

إذا انخفض الطلب مرارًا إلى ما دون الناتج الحراري القابل للاستخدام للوحدة عند الحد الأدنى للحمل، تشمل الخيارات العملية الإيقاف المجدول، أو التخزين، أو استخدام وحدة أصغر، أو تركيب عدة وحدات. ويؤدي تكرار بدء التشغيل إلى فترات إحماء ويغير العلاقة بين ساعات التشغيل والطاقة المنقولة. وينبغي أن يدرج نموذج التشغيل هذه الفترات بدلًا من افتراض استرداد الحرارة فور الوصول إلى حالة مستقرة.

يناسب التخزين الحراري حالات عدم التوافق الزمني عندما يمكن استخدام الحرارة الفائضة لتلبية طلب لاحق. حدّد سعة التخزين القابلة للاستخدام انطلاقًا من فائض الطاقة المتراكم خلال فترة الشحن ونطاق درجات الحرارة المسموح به. ولا يكفي حجم الخزان وحده؛ إذ يحدد كل من التطبق الحراري، والحد الأدنى لدرجة حرارة التفريغ المفيدة، وقدرة الشحن مقدار الطاقة المخزنة التي تصل إلى الحمل. ولا يمكن للتخزين معالجة فائض موسمي مستمر من دون طلب حراري لاحق.

تتيح عدة وحدات أصغر تدرجًا في القدرة عند تفاوت الطلب على نطاق واسع. وتتوقف فائدتها على الحد الأدنى لحمل كل وحدة، والترتيب الهيدروليكي، ومنطق التسلسل. قارن هذا الترتيب بوحدة واحدة باستخدام بيانات الطلب نفسها، مع احتساب الأحمال المساعدة ومساحة التركيب المتاحة.

قد تغير القيود الكهربائية الاختيار القائم على الحمل الحراري

طابق الطلب الكهربائي في الموقع مع جدول التشغيل الحراري المقترح. عندما لا يتاح تصدير الكهرباء أو يكون مقيدًا، قد يؤدي انخفاض الطلب الكهربائي إلى إجبار وحدة CHP على خفض إنتاجها حتى عندما يظل الطلب الحراري مرتفعًا. ولا يكشف منحنى مدة الحمل الكهربائي وحده هذه المشكلة، لأنه لا يوضح ما إذا كانت الكهرباء والحرارة مطلوبتين في الوقت نفسه.

ميّز بين خرج أطراف المولد وصافي الكهرباء المتاحة للمنشأة. إذ تستهلك المضخات والتهوية وأنظمة التحكم وغيرها من الأجهزة المساعدة للطقم الطاقة. وقارن صافي الخرج بحمل الموقع، وحدد استجابة وحدة التحكم عند انخفاض الطلب الكهربائي: تعديل القدرة، أو الإيقاف، أو التصدير المسموح به، أو وضع تشغيل آخر متفق عليه.

يتطلب التشغيل القائم على الحمل الحراري أيضًا تحديد استجابة واضحة عندما تتوقف الدائرة المستقبلة عن قبول الحرارة. وقد يتطلب الحفاظ على تبريد المحرك مسارًا لتصريف الحرارة، لكن يجب استبعاد الحرارة المرفوضة من حسابات الطاقة المفيدة. وينبغي أن يواكب تشغيل الغلايات بدء تشغيل CHP وحالات التوقف، من دون التسبب في عدم استقرار درجات حرارة العودة أو التشغيل المتزامن غير الضروري.

حدّد الأداء عند نقطة الربط بالموقع

يتضمن مقترح تحديد الحجم القابل للمراجعة القدرة الكهربائية المختارة، إلى جانب ضمان نقل الحرارة عند درجات حرارة إمداد وعودة محددة، وظروف وقود ومستويات تحميل معلومة. كما يحدد الحد الأدنى للتشغيل المستقر، واستهلاك الأجهزة المساعدة، وأولويات التحكم، والحد الفاصل بين معدات الطقم وأنابيب الموقع.

ينبغي أن تستخدم قياسات التشغيل التجريبي الحدود نفسها: صافي الخرج الكهربائي، والحرارة المنقولة، ومدخل الوقود، ودرجات حرارة الدائرة المستقبلة تحت حمل ممثل لظروف التشغيل. وإذا كان نقل الحرارة المقاس أقل من المطلوب، فإن التدفق وأداء المبادل ودرجة حرارة العودة وتحميل المحرك تقدم تفسيرات مختلفة. وينبغي ألا تزداد القدرة إلا بعد وجود دليل على أن المحرك نفسه أصغر من المطلوب، لا لمجرد التعويض عن قيد في نقل الحرارة أو التحكم.