مقدمه
در دنیای امروز که وابستگی ما به انرژی الکتریکی هر روز بیشتر می‌شود، دسترسی به منابع تامین برق قابل اتکا و پایدار از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از راه‌حل‌های کارآمد و قابل اعتماد، استفاده از دیزل ژنراتورها است که می‌توانند در شرایط مختلف، از قطعی برق گرفته تا حمایت از شبکه‌های برق اصلی، انرژی الکتریکی مورد نیاز را تامین کنند.
دیزل ژنراتور چیست؟
یک دیزل ژنراتور (DG) ترکیبی از یک موتور دیزل و یک ژنراتور الکتریکی (معمولاً یک آلترناتور) است که برای تولید انرژی الکتریکی به کار می‌رود. این یک نمونه خاص از مولد برق است. موتور دیزل یک موتور احتراق تراکمی است که معمولاً برای کار با سوخت دیزل طراحی شده است، اما برخی انواع آن برای سایر سوخت‌های مایع یا گاز طبیعی (CNG) سازگار شده‌اند.
کاربردهای دیزل ژنراتور
دیزل ژنراتورها در مناطقی که به شبکه برق اصلی دسترسی ندارند یا به عنوان یک منبع تغذیه برق اضطراری در صورت قطع شبکه برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، آنها در کاربردهای پیچیده‌تری مانند کاهش اوج مصرف، حمایت از شبکه برق و صادرات به شبکه، نیز کاربرد دارند.
انتخاب اندازه مناسب دیزل ژنراتور
انتخاب اندازه مناسب دیزل ژنراتور برای جلوگیری از کم‌بار یا کمبود توان، بسیار حائز اهمیت است. این انتخاب با توجه به ویژگی‌های بارهای غیرخطی مدرن، به‌ویژه بارهای غیرخطی، پیچیده می‌شود. در محدوده توان حدود 50 مگاوات و بالاتر، یک توربین گازی چرخه باز در بار کامل نسبت به یک آرایه از موتورهای دیزلی، کارآمدتر و فشرده‌تر است و هزینه سرمایه‌گذاری مشابهی دارد؛ اما برای بارگذاری نامنظم، حتی در این سطوح توان، گاهی آرایه‌های دیزلی به دلیل کارایی برتر آنها نسبت به توربین‌های گازی چرخه باز، ترجیح داده می‌شوند.
انواع دیزل ژنراتور
دیزل ژنراتورها در اندازه‌های مختلفی از 8 تا 30 کیلووات (همچنین 8 تا 30 کیلوولت‌آمپر تک فاز) برای خانه‌ها، فروشگاه‌های کوچک و دفاتر، تا ژنراتورهای بزرگ‌تر صنعتی از 8 کیلووات (11 کیلوولت‌آمپر) تا 2000 کیلووات (2500 کیلوولت‌آمپر سه فاز) برای مجتمع‌های اداری، کارخانه‌ها و سایر تأسیسات صنعتی وجود دارند.
دیزل ژنراتورهای قابل حمل
یک دیزل ژنراتور 2000 کیلوواتی می‌تواند در یک کانتینر ایزو 40 فوتی (12 متری) با یک مخزن سوخت، سیستم‌های کنترلی، تجهیزات توزیع برق و تمام تجهیزات مورد نیاز برای عملکرد به عنوان یک ایستگاه برق مستقل یا یک برق اضطراری برای شبکه برق جای گیرد.
نیروگاه‌های کوچک با دیزل ژنراتور
این واحدها که به عنوان "ماژول‌های برق" شناخته می‌شوند، دیزل ژنراتورهایی بر روی تریلرهای بزرگ سه محور با وزن 85,000 پوند (38,555 کیلوگرم) یا بیشتر هستند. ترکیبی از این ماژول‌ها برای نیروگاه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند و ممکن است از یک تا 20 واحد برای هر بخش تولید برق داشته باشند. این بخش‌ها می‌توانند برای تشکیل نیروگاه‌هایی با صدها ماژول برق، با یکدیگر ترکیب شوند.
کاربردهای دیزل ژنراتور در حمایت از شبکه برق
علاوه بر نقش شناخته شده آنها به عنوان منابع تأمین برق در زمان قطعی برق، دیزل ژنراتورها به طور روتین در سراسر جهان از دو طریق متمایز، از شبکه‌های برق اصلی پشتیبانی می‌کنند:
حمایت از شبکه برق
در ایالات متحده و در گذشته نه چندان دور در بریتانیا، دیزل ژنراتورهای اضطراری، مانند آ
دیزل ژنراتور بعنوان پیک ریز مصرف
در بریتانیا، شرکت ملی برق (National Grid) می‌تواند معمولاً به حدود 2 گیگاوات کاهش مصرف مشتری از طریق دیزل ژنراتورهای پشتیبان که به صورت خودکار راه‌اندازی می‌شوند، در حدود 10 تا 40 ساعت در سال در زمان‌های اوج تقاضای ملی اتکا کند. شرکت ملی برق این دیزل ژنراتورها را کنترل نمی‌کند - آنها توسط مشتری برای اجتناب از هزینه‌های استفاده از سیستم شبکه انتقال (TNUoS) که فقط بر مصرف هر سایت، در سه نیم‌ساعت اوج تقاضای ملی اعمال می‌شود، راه‌اندازی می‌شوند.
افزایش استفاده از دیزل ژنراتورها در بریتانیا
استفاده از دسته‌های دیزل ژنراتور (موسوم به "مزارع دیزلی") در بریتانیا برای متعادل‌سازی تولید متغیر منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند نیروگاه‌های بادی، رو به افزایش است.
سیستم‌های مشابه در فرانسه
سیستمی مشابه با سیستم ذخیره عملیاتی کوتاه مدت بریتانیا، در فرانسه با نام EJP وجود دارد. در این سیستم، در زمان‌های تنش شبکه، تعرفه‌های ویژه‌ای می‌تواند حداقل 5 گیگاوات از دیزل ژنراتورها را فعال کند تا برای تغذیه شبکه برق در دسترس باشند.
هزینه تولید برق با دیزل ژنراتور
هزینه عملیاتی عمده دیزل ژنراتورها برای تولید برق، مصرف سوخت است، در حالی که هزینه سرمایه‌گذاری اولیه، نگرانی اصلی برای ژنراتورهای پشتیبان است. مصرف سوخت ویژه متغیر است، اما یک نیروگاه دیزلی مدرن در بار بهینه 65 تا 70 درصدی خود، حداقل 3 کیلووات ساعت بر لیتر (نسبت بازده سوخت حدود 30 درصد) تولید می‌کند.
رتبه‌بندی و اندازه‌گذاری دیزل ژنراتور
ژنراتورها باید توان الکتریکی مورد نیاز را به طور قابل اعتماد و بدون آسیب تأمین کنند و این امر با رتبه‌بندی یک یا چند رتبه به یک مدل خاص از دیزل ژنراتور توسط سازنده انجام می‌شود. یک مدل خاص از یک ژنراتور که به عنوان یک ژنراتور پشتیبان عمل می‌کند، ممکن است فقط چند ساعت در سال کار کند، اما همان مدل که به عنوان یک ژنراتور برق اصلی عمل می‌کند، باید به صورت مداوم کار کند.
تعاریف رتبه‌بندی ژنراتور
- رتبه آماده‌باش: برای تأمین برق اضطراری در طول قطع برق عادی مناسب است. هیچ ظرفیت بار اضافی پایداری برای این رتبه‌بندی وجود ندارد.
- رتبه اصلی (زمان اجرای نامحدود): نباید برای کاربردهای برق ساختمانی استفاده شود. خروجی با بار متغیر برای زمان نامحدود در دسترس است.
- رتبه بار پایه (مداوم): برای تأمین برق به صورت مداوم به یک بار ثابت تا حداکثر خروجی رتبه‌بندی شده برای ساعت‌های نامحدود مناسب است.
به عنوان مثال، اگر در یک دستگاه خاص، رتبه آماده‌باش 1000 کیلووات باشد، رتبه اصلی ممکن است 850 کیلووات و رتبه مداوم 800 کیلووات باشد. با این حال، این رتبه‌بندی‌ها بسته به سازنده متفاوت است و باید از برگه داده‌های سازنده گرفته شود.
انتخاب اندازه دیزل ژنراتور
معمولاً اندازه بار حداکثر و حداکثر افت ولتاژ قابل قبول است که اندازه دیزل ژنراتور را تعیین می‌کند، نه خود رتبه‌بندی‌ها. اگر دیزل ژنراتور برای راه‌اندازی موتورها مورد نیاز باشد، آنگاه باید حداقل سه برابر بزرگ‌ترین موتوری باشد که معمولاً اول راه‌اندازی می‌شود. این بدان معناست که احتمالاً در نزدیکی رتبه‌بندی‌های دیزل ژنراتور انتخاب شده کار نخواهد کرد.
بسیاری از سازندگان دیزل ژنراتور برنامه‌های نرم‌افزاری دارند که امکان انتخاب صحیح یک دستگاه را برای هر ترکیب باری داده شده فراهم می‌کنند. اندازه‌گذاری بر اساس شرایط محل و نوع وسایل، تجهیزات و دست
سوخت‌های قابل استفاده در دیزل ژنراتورها
سوخت دیزل از موتورهای دیزل نام گرفته است، نه برعکس؛ موتورهای دیزل صرفاً موتورهای احتراق تراکمی هستند و می‌توانند با انواع مختلفی از سوخت‌ها، بسته به پیکربند مکان، کار کنند. در جاهایی که اتصال به شبکه گاز وجود دارد، اغلب از گاز استفاده می‌شود، زیرا شبکه گاز تقریباً در تمام قطعی‌های برق تحت فشار باقی می‌ماند. این امر با معرفی گاز همراه با هوای ورودی و استفاده از مقدار کمی سوخت دیزل برای احتراق انجام می‌شود. تبدیل به عملکرد 100 درصد با سوخت دیزل می‌تواند به طور لحظه‌ای انجام شود.
در مناطق روستایی‌تر یا برای نیروگاه‌های با ضریب بار پایین، سوخت دیزل مشتق شده از نفت خام، یک سوخت رایج است؛ زیرا احتمال انجماد آن کمتر از روغن‌های سنگین‌تر است. دوام عملکرد توسط اندازه مخزن محدود می‌شود.
