پمپ به عنوان توربین (PAT)
پمپ به عنوان توربین (Pump As Turbine ) در نیروگاه Leliefontein
پمپ به عنوان توربین (Pump as Turbine(PAT))
مقدمه
نیروگاه های برق آبی یکی از روش های تولید برق می باشد که این روش به عنوان منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی، پتانسیل قابل توجهی در دنیا دارد و امروزه با روند افزایشی مصرف انرژی، بهره برداری از آن ها ضروری میباشد. به‌منظور تولید برق از حجم عظیمی از آب در مسیری که آب‌های جاری از سطوح بالاتر به سطوح پایین‌تر حرکت می کنند از یک توربین استفاده می‌شود. آب ناشی از بارندگی در دریاچه‌های پشت سد، در ارتفاعات بلند جمع‌آوری می‌شوند. پس از تولید برق به درون رودخانه کشیده شده و به‌آرامی حرکت می‌کند تا بالاخره به دریا برسد. فشار آب پشت سد به صورت طبیعی ایجاد می شود اما هنگام پمپ کردن آب شهری نیز فشار مصنوعی تولید می شود که در نزدیکی مصرف کننده باید کاهش یابد. کاهش فشار در نزدیکی مصرف کننده به وسیله سیستم های فشار شکن اعمال می شود. یک نیروگاه برق آبی می تواند به عنوان یک فشار شکن نیز عمل کند و با کاهش فشار مصنوعی آب، برق تولید کند.
پمپ گریز از مرکز
پمپ گریز از مرکزوسیله ایست که برای انتقال مایعات از طریق افزایش فشار استفاده می‌شود. افزایش فشار در پمپ‌های گریز از مرکز بر اساس فرآیندهای هیدرولیکی بین پروانه و سیال به وقوع می‌پیوندد. این پمپ متشکل از تعدادی پره چرخان بوده که درون یک محفظه بسته قرارگرفته‌اند. سیال به سمت پروانه حرکت کرده و انرژی از پروانه به سیال انتقال می‌یابد. پمپ با صرف انرژی برق، اختلاف فشار در خروجی جریان ایجاد می کند. این فرایند می تواند به صورت معکوس استفاده شود و با داشتن اختلاف فشار، برق تولید شود که به ان پمپ معکوس یا پمپ به عنوان توربین گفته می شود.
پمپ گریز از مرکز برای پمپ به عنوان توربین (PAT)
پمپ به عنوان توربین
پمپ به عنوان توربین (Pump as Turbine(PAT)) یک نیروگاه برق آبی کوچک است که با تعویض خروجی و ورودی جریان پمپ، برق تولید می کند. پمپ به عنوان توربین در کاربرد هایی با توان پایین (یک الی ۵۰۰ کیلووات) مورد استفاده قرار می گیرد وعمر کمتری دارد اما با توجه به ساختمان پیچیده توربین های هیدرولیکی، استفاده از پمپ به عنوان توربین توجیه پذیر است. ساخت و نگه داری پمپ با توجه به قطعات کمتر و ساده تر، مقرون به صرفه نیز می باشد. از این رو با توجه به هزینه های منابع تجدید پذیر دیگر در مقیاس کوچک بازگشت سرمایه بیشتری دارد.
پمپ به عنوان توربین (Pump As Turbine ) در یک نیروگاه کوچک برق آبی
مزایای پمپ به عنوان توربین
پمپ‌ها به علت تولید انبوه و در دسترس بودن مزایای زیادی نسبت به توربین‌ها دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
- پمپ و موتور را می‌توان به‌راحتی جهت جایگزینی توربین و ژنراتور خریداری نمود. تولید انبوه و در دسترس بودن و درنتیجه قیمت ارزان این دو تجهیز خصوصاً در کشورهای درحال‌توسعه یکی از اصلی‌ترین مزایای استفاده از PAT میباشد. درحالی‌که توربین به‌صورت سفارشی خرید می‌گردد و قابل دسترسی آسان نیست.
- پمپ‌ها برای دامنه مختلف ارتفاع و دامنه آب موجود مورداستفاده قرار می‌گیرند.
- در اندازه‌های استاندارد متنوع در دسترس می‌باشند.
- قیمت ارزان پمپ و نیروگاه پمپی تمام‌شده نسبت به نیروگاه توربینی (در حدود نصف) که در دامنه ظرفیت توان ۵ الی ۵۰۰ کیلووات هزینه مصرف‌شده حداکثر در مدت‌زمان کمتر از ۴ سال قابل بازگشت است.
- سریعاً در دسترس بوده و بدون صرف زمان یا هزینه اضافی طراحی، ساخت و حتی حمل‌ونقل، قابل‌اجرا است.
- قطعات یدکی پمپ مانند بلبرینگ، واشر، آب‌بند و غیره به وفور و با قیمت ارزان در بازار یافت می‌شود.
- نصب سریع با استفاده از اتصالات استاندارد موجود در بازار.
- امکان بهره‌برداری توسط افراد عادی که در این صورت نیازی به استخدام فرد متخصص نیست.
- یک پمپ خوب با انتخاب مناسب در دبی و ارتفاع مشخص، توربین خوبی خواهد بود. هرکدام از پمپ‌های موجود در بازار با توجه به پتانسیل آبی در دسترس (ارتفاع خالص و دبی آب موجود و توان خروجی لازم) می‌توانند توربین مناسبی باشند.
- در مجموع پمپ معکوس به عنوان یکی از تکنولوژی های موجود برای استفاده در نیروگاه های آبی وارد فضای رقابتی که سال ها در اختیار توربین های کلاسیک بوده، شده است و با توجه به هزینه های پایین تر برای سرمایه گذاران این عرصه در توانهای تولیدی پایین دارای جذابیت است و روز به روز به گستره استفاده از آن افزوده می شود.
- مطالعه موردی: نیروگاه برق آبی روی لوله آب شهری
- استحصال انرژی در قالب بازیافت انرژی خط لوله آب شهری به عنوان راهکاری برای افزایش بهره‌وری بخش‌هایی از شبکه های لوله کشی خطوط توزیع آب که فشار اضافی آن بایستی توسط شیر فشار شکن (PRV) و یا مخازن شکست فشار (BPT) مدیریت شود.
با بهره گیری از این تغییر رویکرد در استفاده از نیروگاه های برق آبی مقیاس کوچک روی خط لوله سامانه های فشار شکن متداول می تواند علاوه بر مدیریت فشار خطوط انتقال ضمن کاهش و یا حذف هزینه های نصب و بهره برداری از سامانه های متداول، درآمد قابل توجهی را به صندوق شرکت بهره بردار خطوط لوله برگرداند.
-
پمپ به عنوان توربین (Pump As Turbine ) در نیروگاه Leliefontein
پمپ به عنوان توربین (Pump As Turbine ) در نیروگاه Leliefontein در افریقای جنوبی
