پمپ معکوس یکی از مهم ترین موارد مورد توجه در جهت تولید انرژی پاک است. با توجه به توسعه روز افزون تولید انرژی های تجدید پذیر، میزان استفاده از پمپ معکوس در صنایع نیروگاهی افزایش بسیار زیادی داشته است. در این مقاله به بررسی نقش پمپ معکوس در تولید برق خواهیم پرداخت.
تأمین منابع موردنیاز برای تأمین مصرف روزافزون انرژی در سرتاسر دنیا یکی از چالش‌های اساسی پیش روی بشر در قرن حاضر است. افزایش جمعیت کره زمین از سویی و رشد صنعت در جوامع مدرن بخصوص پس از انقلاب صنعتی از عوامل اساسی رشد تقاضای مصرف انرژی می‌باشند. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی در بین سال‌های 1974 تا 2016 مصرف خالص الکتریسیته در دنیا از TWh 6298 به TWh 25082 با نرخ متوسط سالیانه 3.3 % افزایش پیداکرده است و در این سال به ترتیب سه کشور چین، ایالات‌متحده آمریکا و هند بیشترین مصرف انرژی را داشته‌اند.
این رشد روزافزون مصرف انرژی اگرچه از سمتی نشان‌دهنده گسترده‌تر شدن صنعت و پیشرفته‌تر شدن ادوات کاری برای تأمین رفاه بشر است و از سمت دیگر چالش تأمین منابع موردنیاز خود را به همراه دارد. راهکاری که از دیرباز توسط انسان برای تولید انرژی مورداستفاده قرارگرفته استفاده از سوخت‌های فسیلی است.
چالش های استفاده از سوخت های فسیلی
سوخت‌های فسیلی که از سنگواره‌ها به دست می‌آیند شامل زغال‌سنگ، نفت و گاز می‌باشد و از گذشته تاکنون نقش اصلی را در تولید انرژی بر روی کره زمین داشته‌اند. این سوخت‌ها دارای یک ویژگی مشترک هستند و آن قدمت بسیار بالای آن‌ها می‌باشد. آن‌ها صدها میلیون سال قبل و پیش از حضور دایناسورها (و از زمان پلانکتون‌ها) در جهان به وجود آمده‌اند.
بیشتر دانشمندان معتقدند نفت از انباشته شدن بقایای جانوران و گیاهان در کف دریاهای قدیمی به وجود آمده است. این مواد بین لایه‌های رسوبی قرارگرفته و بر اثر گرما و فشار زیاد و تغییرات شیمیایی طی میلیون‌ها سال به نفت تبدیل شده‌اند. در سال 2016 انرژی تولیدی حاصل از سوخت‌های قابل اشتعال بالغ بر % 67.3 کل تولید انرژی الکتریکی گزارش شده است .
منابعی که سالیان سال در اعماق زمین انباشت شده بودند به‌سرعت توسط بشر در حال مصرف شدن هستند و ادامه این روند تصویری مبهم را برای آینده تأمین انرژی دنیا در ذهن متبادر می‌سازد چراکه منابع سوخت‌های فسیلی هرچقدر هم که فراوان باشد روز به روز کمتر می‌شود و در نقطه‌ای در آینده به پایان خود خواهد رسید و آنجا درست همان نقطه ایست که مصرف انرژی بیشتر از هر زمان دیگری شده است.
مسئله متناهی بودن باعث شد تا ایده جستجو برای استفاده از منابع دیگر انرژی شکل بگیرد، منابعی که برخلاف سوخت‌های فسیلی پایدار باشند و بتوان برای آینده روی بهره‌برداری از آن‌ها حساب کرد. در کنار این موارد عامل دیگری که زنگ هشدار را برای استفاده از سوخت‌های فسیلی به صدا درآورد پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از سوزاندن این سوخت‌ها بود.
تغییرات آب و هوایی کره زمین و تغییرات محسوس به سمت افزایش دمای آن و همچنین گسترش پخش گازهای گلخانه‌ای بخصوص کربن دی‌اکسید در اتمسفر، مسئله پیدا کردن انرژی‌های جایگزین را بیش‌ازپیش جدی و مهم کرد.
نوبت انرژی های تجدیدپذیر است
انرژی‌های تجدید پذیر توسط محققین به‌عنوان یکی از منابع مطلوب تأمین انرژی توسط محققین شناخته شدند که هم در یک چرخه دائمی توسط طبیعت بازتولید می‌شوند و هم تولید آلودگی نمی‌کند.
با شناخت این انرژی استفاده از انواع مختلف آن و راهکارهای بهبود بهره‌برداری از آن‌ها به‌سرعت در جهان مورد توجه قرار گرفت چراکه به نوعی با آینده بشر گره خورده است به گونه ای‌که بر طبق آمار در سال 2016 حدود 33 درصد از کل انرژی تولیدی در دنیا توسط منابع انرژی تجدید پذیر تولید شده است.
انرژی تولیدی از طریق منابع تجدید پذیر در سال 2016 نسبت به سال قبل خود % 6.7 و نسبت به سال 2012، 31 % افزایش داشته است. انرژی تجدید پذیر دارای انواع مختلفی است که عبارت‌اند از : آبی، بادی، خورشیدی، زمین‌گرمایی، زیست‌توده، جذر و مد و غیره که از بین آن‌ها انرژی آبی با 70 درصد و بادی با 16 درصد بیشترین سهم را در تولید الکتریسیته داشته‌اند.
آسیا در بین قاره‌ها بیشتری تولیدکننده انرژی خورشیدی و برق‌آبی هست، در انرژی خورشیدی اروپا بیشترین مقدار تولید را داشته و در بهره‌برداری از انرژی زمین‌گرمایی نیز آمریکای شمالی پیشتاز می‌باشد.
نیروگاه های برق آبی (تولید برق از طریق آب)
نیروگاه‌های آبی برای تولید برق از نیروی جاذبه‌ی زمین و نیروی خورشید به کار می‌روند. آب در اثر گرمای محیط که عمده‌ترین علت آن خورشید است بخار می‌شود و در اتمسفر صعود می‌کند. سپس به‌صورت باران و برف فروریخته می‌شود. آبی که روی ارتفاعات ریخته به‌صورت نهر های کوچک و سپس به سمت رود های بزرگ‌تر جاری می‌شود آنگاه پس از طی نمودن مقداری از مسیر انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود.
در نیروگاه‌های آبی یا حالت بالا به‌صورت طبیعی وجود دارد یا اینکه با ایجاد سد و تجمع آب و افزایش ارتفاع آن پشت سد این حالت ایجاد می‌شود.
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 آب به درون رودخانه کشیده شده و به‌آرامی حرکت می‌کند تا بالاخره به دریا برسد. توربین‌های هیدرولیکی در آغاز قرن 19 گسترش یافتند البته چرخ‌های آبی آن‌ها بسیار سنگین و کند بوده و بازدهی ناچیزی داشتند.
ظرفیت تولید برق
سیستم‌های برق‌آبی به‌صورت بزرگ، متوسط، کوچک، مینی و میکرو بر اساس ظرفیت نصب‌شده تولید برق خود طبقه‌بندی می‌شوند که در آن ها قدرت برق در واحد وات (W)، کیلووات (kW) و یا مگاوات (MW) اندازه‌گیری می‌شود.
یک سیستم میکرو برق‌آبی، با داشتن ظرفیت تولید کمتر از 100 کیلووات طبقه‌بندی می‌شود. سیستم‌های که دارای قابلیت نصب و راه‌اندازی بین 100 کیلووات تا 1000 کیلووات (MW 1) هستند، به‌عنوان نیروگاه‌های مینی و ظرفیت بین MW 1 تا MW 10 را نیروگاه‌های کوچک می‌نامند. بر اساس نظرسنجی‌های جدید، افزایش تقاضا برای انرژی به‌ویژه انرژی از منابع تجدید پذیر و پایدار، توسعه نیروگاه‌های آبی کوچک را برانگیخته و موجب تشویق سرمایه‌گذاری در آن‌ها شده است.
با توجه به بحران انرژی در مقطع کنونی، ضرورت یافتن جایگزین برای منابع مرسوم تولید انرژی اهمیت پیداکرده است. در بین جایگزین‌ها، نیروگاه برق‌آبی کوچک یکی از مطمئن‌ترین و مهم‌ترین‌هاست. طرح‌های احداث نیروگاه برق‌آبی کوچک در سطح دنیا به دلیل اینکه امکان تأسیس حتی در موقعیت‌های وجود مقادیری کم از منابع آبی را داراست، موردنیاز است. مشکل هزینه نسبتاً زیاد، راه‌اندازی همواره کاربری طرح این دسته از نیروگاه‌ها را در مسیر جریانات آبی موجود در مناطق روستایی و دورافتاده نظیر جنگل‌ها و مناطق کوهپایه‌ای را تحت شعاع قرار داده است.
پمپ معکوس، یک ابزار متفاوت
تاریخ دقیق شروع استفاده از پمپ معکوس مشخص نیست. در سال 1931 توما و کیترج که روی پمپ‌ها آزمایش‌هایی به‌منظور به دست آوردن مشخصات آن‌ها انجام می‌دادند به‌طور اتفاقی متوجه شدند که پمپ‌ها در حالت توربینی عملکردی با بازدهی بالا دارند. در دهه‌های 50 و 60 میلادی مفهوم نیروگاه‌های پمپ مخزنی باظرفیت‌های بین MW 50 تا MW 100 در کشورهای توسعه‌یافته به‌منظور تأمین انرژی پیک بار شکل گرفت.
نمونه نیروگاه برق آبی پمپ معکوس
استفاده از پمپ‌های سانتریفیوژ در حالت معکوس یک راه بسیار مؤثر برای کاهش هزینه‌های تجهیز در طرح‌های نیروگاه‌های کوچک برق‌آبی است. امروزه به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه به‌واسطه عدم دسترسی به تکنولوژی ساخت توربین و سهولت استفاده از پمپ‌های تجاری موجود، که به مقدار فراوان و قیمت مناسب به بازار عرضه می‌گردند، اهمیت تحقیقات در این زمینه دوچندان شده است.
اصولاً تمامی پمپ‌ها می‌توانند به‌عنوان توربین بکار گرفته بشوند اما دلیل استفاده از پمپ هزینه کمتر نسبت به استفاده از توربین است. به‌عنوان یک چارچوب اولیه می‌توان گفت، کاربرد پمپ‌ها به‌عنوان توربین در محدوده قدرت‌های 2 تا 500 کیلووات قابل‌بررسی بوده و در این محدوده قیمت نیروگاه پمپی کمتر از نصف نیروگاه توربینی است که سرمایه‌گذاری اولیه می‌تواند در عرض کمتر از دو سال مستهلک گردد.
اما در این محدوده نیز انتخاب مناسب در عملکرد پمپ و کمتر شدن هزینه نهایی بسیار مهم بوده و نیاز به‌دقت فراوان دارد. با انتخاب درست و مناسب پمپ، تنها سه تا پنج درصد کاهش در راندمان پمپ در هنگام کارکرد به‌عنوان توربین دیده می‌شود. همچنین توجه به پتانسیل آبی موجود و چگونگی انتخاب پمپ با هزینه‌های آن رابطه مستقیم دارد.
پمپ سانتریفیوژ
پمپ سانتریفیوژ وسیله ایست که برای انتقال مایعات از طریق افزایش فشار استفاده می‌شود. افزایش فشار در پمپ‌های سانتریفیوژ 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 جریان انتقال می‌یابد. بعد از پروانه سرعت جریان در دیفیوزر کاهش‌یافته که باعث افزایش فشار می‌شود.
دسته‌بندی پمپ‌ها بر اساس انواع مختلف طراحی آن‌ها صورت می‌پذیرد که یکی از متداول‌ترین آن‌ها طراحی بر اساس جهت ورود و خروجی جریان اشاره کرد که شامل : شعاعی ، جریان مختلط و محوری می‌باشد.
مسیر ورود و خروج جریان سیال در پمپ معکوس
پمپ معکوس پمپی است که به‌عنوان توربین مورداستفاده قرارگرفته است. به بیان دیگر منظور از پمپ معکوس پمپی است که با عکس کردن جهت جریان ، جهت چرخش یک سری تغییرات ساختاری از آن به‌عنوان توربین استفاده می‌کنند. همه توربوپمپ‌ها می‌توانند به‌صورت مؤثری به‌عنوان توربین مورداستفاده قرار بگیرد.
موارد استفاده از پمپ معکوس به‌صورت زیر می‌باشد:
1- در کارخانه‌ها و کارگاه‌های کوچک صنعتی ، PAT ها به‌منظور تولید انرژی الکتریسیته به‌صورت متصل به شبکه سراسری و یا مجزا مورداستفاده قرار می‌گیرند. در این کارخانجات که به‌نوعی امکان دسترسی به پتانسیل آبی کوچک وجود دارد، استفاده از نیروگاه‌های PAT گزینه مناسبی می‌باشد. همچنین در برخی موارد در پارک‌ها و اماکن عمومی و خصوصی مناطق تفریحی شیلات و پایین‌دست سدها و شبکه‌های آبیاری که به‌نوعی امکان کاربرد باشد.
2- در روستاها و مناطق دوردست از شبکه سراسری به‌طور عمده برای تولید انرژی الکتریسیته به‌منظور روشنایی و گرمایش منازل مسکونی و در بسیاری از کشورهای در حال پیشرفت در مواردی که در بالاترین مقدار بار مصرفی شبکه برق قطع می‌گردد PAT ها استفاده زیادی دارند. در مناطقی که بنا به دلایلی نظری صعب‌العبور بودن ، امکان انتقال برق شبکه و یا سوخت لازم جهت مصارف روشنایی و حرارتی وجود ندارد، PAT ها گزینه مناسبی می‌باشند.
3- در مواردی که نیاز به انرژی الکتریسیته دائمی نیست، نظیر استفاده به‌منظور شارژ باتری در برخی مناطق جنوب شرقی آسیا خصوصاً سری‌لانکا بسیاری از خانه‌ها الکتریسیته موردنیاز خود را توسط باطری‌های سرب-اسید تأمین می‌کنند. در این مناطق نیاز دائم و وافر به شارژ باطری وجود داشته و معمولاً ساکنین برای شارژ باطری‌های خود مجبور به طی مسافت زیادی بوده که می‌توان با ایجاد یک نیروگاه PAT شارژ باطری ساکنین را انجام داد.
4- موارد دیگری که نیاز به برق دائمی نبوده مثلاً تأمین انرژی موردنیاز برای تولید یخ در یخچال و یا دستگاه‌های خشک‌کن محصولات که در مواقعی خاص صورت می‌گیرد نیز قابل‌ذکر است.
در همین خصوص بخوانید: آموزش سالیدورک
مزایای استفاده از پمپ معکوس
پمپ‌ها به علت تولید انبوه و در دسترس بودن مزایای زیادی نسبت به توربین‌ها دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
1- 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.
2- پمپ‌ها برای دامنه مختلف ارتفاع و دامنه آب موجود مورداستفاده قرار می‌گیرند.
3-در اندازه‌های استاندارد متنوع در دسترس می‌باشند.
4- قیمت ارزان پمپ و نیروگاه پمپی تمام‌شده نسبت به نیروگاه توربینی (در حدود نصف) که در دامنه ظرفیت توان 5 الی 500 کیلووات هزینه مصرف‌شده حداکثر در مدت‌زمان کمتر از 2 سال قابل بازگشت است.
5- سریعاً در دسترس بوده و بدون صرف زمان یا هزینه اضافی طراحی، ساخت و حتی حمل‌ونقل، قابل‌اجرا است.
6- قطعات یدکی پمپ مانند بلبرینگ، واشر، آب‌بند و غیره به وفور و با قیمت ارزان در بازار یافت می‌شود.
7- نصب سریع با استفاده از اتصالات استاندارد موجود در بازار.
8- 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. پمپ‌ها در کنار تمام مزایای اقتصادی و همچنین صرفه زمانی، یک نقطه‌ضعف مهمی نسبت به توربین دارند.
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.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.