پارک انرژی سبز سانیو در ژاپن
2016-08-03
سیستم میکرو برق-آبی
2016-08-06

مبانی کاربرد CHP در بیمارستان

گردآورنده: فریبا فرجی
مردادماه ۹۵

نیروی توزیع شده (DG) و تولید همزمان برق و حرارت (CHP)

Kendall_Station_from_Charles_River

تولید نیروی توزیع شده (DG):

.تولید پراکنده، تولید نامتمرکز، انرژی نامتمرکز یا انرژی پراکنده که در زبان انگلیسی به اختصار (DG) نامیده می‌شود که مخفف (Distributed Generation) است به تولید برق از منابع کوچک انرژی گفته می‌شود.

یک ژنراتور الکتریکی که در مناطق توزیع برق  و یا در نزدیکی یک ساختمان واقع شده است، حداقل بخشی از برق مورد نیاز ساختمان را فراهم می کند. مجموعه ژنراتور اضطراری مورد استفاده در بیمارستان گونه ای از DG است­­­.

(تولید همزمان برق و حرارت CHP):

تولید همزمان گرما و برق معروف به CHP، یکی از مهم‌ترین کاربردهای تولید پراکنده است؛ که عبارت است از تولید همزمان و توأم ترمودینامیکی دو یا چند شکل انرژی از یک منبع ساده اولیه.

مقالات مربوط به :CHP 

احتراق مستقیم:

نمودار گرما و قدرت ترکیب شده-احتراق مستقیم

فف

  • بهره وری تولید انرژی الکتریکی در حدود ۳۵ درصد (به اندازه قدرت ایستگاه مرکزی) می باشد.
  • حدود ۵۰ درصد از انرژی سوخت ورودی را می توان برای مقاصد انرژی حرارتی مفید بازیافت کرد.
  • اگر نرم افزار دارای قابلیت استفاده همزمان از برق و بازیافت انرژی حرارتی باشد، سیستم CHP می توانست به بازده ۸۰ تا ۸۵ درصد برسد.
  • ساعات طولانی عمل جراحی در بیمارستان نیاز به مقدار زیادی انرژی حرارتی دارد.

بهره وری کل سیستم (الکتریکی و حرارتی) سیستم CHP در یک بیمارستان برای رسیدن به پتانسیل لازم دارای راندمان ۷۰  تا ۸۰ درصد در مقابل راندمان ۴۰ و  ۵۵ درصد هنگام استفاده از سیستم های انرژی متعارف است.

  • به طور معمول سیستم انرژی با بهره وری بالاتر، مصرف پایین تر انرژی ، کاهش انتشار کربن از بیمارستان و کاهش منبع کلی تولید گازهای گلخانه ای را نتیجه می دهد

احتراق غیر مستقیم:

نمودار حرارت و قدرت ترکیب شده احتراق غیرمستقیم

فعا

سوخت برای تولید فشار بخار قوی از طریق یک دیگ بخار، مورد استفاده قرار میگیرد (بازده دیگ بخار~۸۰٪ تا۸۵٪ HHV)

بخار برای بارهای حرارتی بیمارستان و راه اندازی سیستم CHP مورد استفاده قرار می­گیرد.

با افت فشار بخار از طریق توربین بخار، سیستم CHP ابزار درجه برق را تعیین می­کند.

بخار خروجی از توربین قادر به تامین بارهای حرارتی بیمارستان می باشد.

عملیات پیکربندی معمولی:

(سیستم­ های CHP) ­ ،به طور معمول به صورت موازی با شبکه برق ­رسانی نصب می­شود CHP و جایگزین شبکه نمی ­شود

سیستم CHP و شبکه هر دو برق را به مصرف­ کننده عرضه می­کنند.

گرما بازیافت­ شده از عامل محرک کل برای گرم کردن فضا (بخار و یا چرخه آب گرم) ، خنک کننده فضا (جذب چیلر) ، روند حرارت و خنک کننده (ممکن است در بیمارستان شامل تجهیزات استرلیزه سازی ، لباس های شسته شده ، آشپزخانه ، آب گرم عمومی و غیره باشد) و رطوبت زدایی(خشک سازی) استفاده می شود.

با ارزیابی الزامات تسهیلات حرارتی CHP ، اکثر اوقات نیازمند به اطمینان از میزان انطباق حرارت و برق می باشیم که باعث بالاترین بهره وری سیستم CHP  می شود.

بخش دوم: سیستم های انرژی در بیمارستان ها

سیستم انرژی معمولی برای بیمارستان ها:

انرژی الکتریکی:

از تجهیزات محلی (بازار تنظیم شده) یا از تجهیزات یا ارائه دهنده الکتریکی رقابتی ( بازار غیر تنظیم شده) خریداری شده است.

برق در نیروگاه ایستگاه مرکزی تولید می شود.

معمولا در حدود ۳۰ درصد راندمان انرژی تولید می شود

۷۰ درصد از سوخت انرژی از دست رفته در حالت گرما به جو تخلیه می شود.

حرارتی(گرمایشی):

به طور معمول با چند نوع گاز طبیعی و یا توسط دیگ ­های بخار در همان محل تولید می­شود.

چرخه ی آب گرم و چرخه ­ی بخار

دیگ­های بخار­آب و یا آب گرم را در راندمان انرژی بین ۶۰ تا ۸۰ درصد تولید می کنند.

برودتی(سرمایشی):

چیلرهای الکتریکی با چرخه آب سرد ( با برق عرضه شده از تجهیزات محلی کار می کند.)

کاربرد چیلرهای جذبی ( دستگاه مرکزی سرمایشی و گرمایشی یا سیستم های کوچکتر واقع در ساختمان­های خاص) در رابطه با چیلرهای الکتریکی برای جبران زمان اوج مصرف انرژی الکتریکی استفاده می شود.

چیلرهای جذبی احتراق مستقیم ( گاز طبیعی سوخت) و یا احتراق غیر مستقیم با استفاده از آب گرم و یا بخار تولید شده از دیگ های بخار کار می کنند.

سیستم متعارف صرفه جویی در انرژی است:

بهره وری سیستم بستگی به نسبت برق و حرارت دارد.

راندمان سیستم معمولی طیف وسیعی از ۴۰ تا ۵۵ درصد می باشد.

مجموعه ژنراتور­های اضطراری:

بیمارستان به انواع مدار های «ذخیره مواقع بحرانی» نیاز دارد تا با نیاز های ژنراتور اضطراری ذکر شده در استانداردهای انجمن ملی حفاظت آتش (NFPA) منطبق شود.

بسیاری از بیمارستان ها در حال افزایش ظرفیت و تعداد مجموعه ژنراتور اضطراری نصب شده در مرکز خود هستند تا قادر به تامین بارهای فراتر از آن طبقه بندی به عنوان «ذخیره ی مواقع بحرانی» باشند. برای ضمانت از عملکرد کل تسهیلات در شرایط احتیاج به انرژی اضطراری لازم است.

بیشتر مجموعه ­های ژنراتور اضطراری بر پایه­ ی سوخت دیزل هستند، که توانایی تمدید مستمر عملیات را ندارند و به طور معمول در محل تاسیسات به اندازه مصرف چند روز سوخت دارند.

تنظیمات معمولی سیستم هایCHP بیمارستان:

CHP-Hospital-eSankey-Sample

ظرفیت سیستم CHP برای بیمارستان ها به طور معمول در محدوده­­­­ ی از چند صد کیلووات تا چند مگاوات (معمولا زیر ۱۰ مگاوات) بسته به مقدار امکانات موجود است.

محرک­ های اولیه در سیستم هایCHP بيمارستان به طور معمول عبارتند از موتورهای رفت­ و برگشتی که با گاز طبیعی کار می کنند، توربین گاز طبیعی و یا توربین های بخار (برپایه ­ی بخار تولید شده توسط گاز طبیعی ، روغن ، یا دیگ های بخار زغال سنگ کار می کنند).

بیمارستان با چرخه بخار و یا ظرفیت الکتریکی چند مگاوات اغلب از توربین های گاز با ژنراتور­های بخار بازیابی حرارت استفاده می کنند.

بیمارستان­ ها همراه با چرخه آب گرم اغلب اوقات از موتور رفت­ و برگشتی استفاده می کنند.

بیشتر سیستم های CHP بیمارستان نیازمند تامین بار حرارتی کافی هستند، از برق تولید شده برای جبران قدرت برق خریداری شده از تجهیزات شبکه استفاده می­ شود وهنگام تولید برق بیش از مقدار مورد نیاز در بیمارستان، می توان برق اضافی را به فروش رساند و به تجهیزات برگردد.

سیستم CHP جایگزین احتیاج مجموعه ژنراتور اضطراری برای مواجه با مواقع بحرانی بیمارستان نمی شود، اما آنها می توانند تعداد و ظرفیت ژنراتور اضطراری مورد نیاز را کم کنند در حالی که توانایی تکیه کردن به جریان الکتریکی کل برای بیمارستان را افزایش می­دهند.

بخش سوم: یک ترکیب خوب ازCHP و بیمارستان

عوامل کلیدی برای جذابیت مالی CHP:

انطباق خوب بین بارهای الکتریکی و حرارتی

صرفه ی اقتصادی بسیار بالا

عملیات آن بلند مدت است (سالیانه بیش از ۳۰۰۰ ساعت)

اهمیت بالای ضمانت و کیفیت در قدرت نیروی الکتریکی

عمده نوسازی ساختمان ، تعویض دستگاه سرمایشی/گرمایشی مرکزی ، ساخت و ساز جدید می باشد که مجوز مقایسه دیفرانسیل هزینه در صورت نصب و عدم نصبCHP (کوچکتر، با کیفیت بالا، بهتر) را می دهد.

انطباق خوب بار الکتریکی و حرارتی:

سوالاتی که مورد مطالعه و بررسی هستند عبارتند از:

بیمارستان گرما را هم زمان با برق نیاز دارد ؟

بیمارستان چقدر گرما ( (Btu/hr و برق (kwh) هم زمان نیاز دارد ؟

چه چیز باید در گرفتن بهترین استفاده از انرژی حرارتی در نظر گرفته شود ؟

زمستان:

گرم سازی محیط

گرم کردن آب

روند گرم کردن(البسه های نشسته، استرلیزه کردن، احتیاجات آزمایشگاه، دیگر نیاز های بیمارستان)

تابستان:

گرم کردن آب

روند گرم سازی

سرمایش محیط

رطوبت زدایی محیط(اتاق عمل)

بهار/پاییز:

گرم کردن

روند گرم سازی

توانایی برای استفاده از هر مقدار در دسترس از اگزوز انرژی حرارتی از عامل محرک اولیه در طول سال پس انداز و بازگشت سرمایه از سیستم CHP را بالاتر و سریعتر می سازد.

دیفرانسیل هزینه بین برق و سوخت CHP :

امروزه رایج ترین سوخت مورد استفاده در دستگاه CHP بیمارستان گاز طبیعی است. به همین دلیل ، مثال زیر با فرض اینکه گاز طبیعی، سوخت منتخب برای سیستم CHP باشد برای محاسبه گسترش جرقه انجام می شود. با این حال ، اگر سوخت­های دیگر یا ترکیبی از سوخت ها برای سیستم CHP استفاده شود، از یک رویکرد مشابه می توان برای مقایسه هزینه برق MMBtu (میلیون واحد انرژی حرارتی سیستم انگلیسی ) با هزینه های سوخت CHPبرحسب MMBtu قابل اجرا، استفاده کرد.

هزینه سیستم های CHP بیمارستان فقط در طول دوره اوج تقاضا الکتریکی (حدود ۱۰ تا ۱۲ ساعت در روز ، ۵ تا ۷ روز در هفته، بیشتر از۳,۰۰۰ ساعت در سال) می­ توانند قابل توجه باشد. تفاوت قابل توجه در انرژی برق و هم تقاضای شارژ شدن برق در در دوره اوج در مقابل دوره کاهش تقاضا در روز مورد نظر می باشد.

ضمانت­ پذیری و کیفیت برق:

۳۳۳

برق اضطراری مورد نیاز بیمارستان برای ذخایر «مواقع اظطراری » نمی تواند با یک سیستم CHP جایگزین شود (به احتمال زیاد شروع «سریع» CHP را کمتر از ۸ تا ۱۰ ثانیه برآورده نمی کنند).با این حال ، مجموعه ژنراتور اظطراری برای اجرا پیوسته طراحی نشده است ، بنابراین قطع برق طولانی می تواند باعث تعطیلی بیمارستان شود.

CHP ضمانت اضافی به این سایت ها می باشدکه مجبور به تامین برق اضطراری توسط موارد زیر هستند :

کاهش تعداد و ظرفیت ژنراتور اضطراری با مجوز ذخایر مواقع غیر بحرانی عرضه شده توسط سیستم CHP

کاهش نیاز برای شروع ژنراتور اضطراری ، زیرا سیستم CHP عرضه طبیعی برق را فراهم می کند ، که به نوبه خود توسط تجهیزات شبکه پشتیبان می شود.

کاهش بیشتر نیاز برای شروع ژنراتور اضطراری ، زیرا شبکه الکتریکی باید de-energized ( قطع برق) شود ، سیستم CHP برای تامین برق برای بیمارستان می­تواند کارکند. مجموعه ژنراتور اظطراری پشتیبان گیری می شود و ضمانت اضافی را نتیجه می­دهد.

اجازه شارژ شدن بیشتر به ذخایر بحرانی تجاری داده می شود، تا در طول قطع برق یا نوسانات جریان برق، تجهیزات شبکه کار کنند.

خنک کننده (خنک کننده «اضطراری») هنگام قطع برق تجهیزات ، کار می کند.

اگر به پشتیبانی برق نیاز باشد ، سیستم های CHP به طور کلی با احتیاجات مواجه می شوند، همانطورکه آنها قادر هستند در عرض چند دقیقه آغاز شوند.

کیفیت :

از آنجایی که بسیاری از سیستم های CHP در موازات شبکه هستند، سیستم CHP و تجهیزات شبکه یکدیگر را تا ارائه بهتر کیفیت برق پشتیبانی می­کنند. اگر در شبکه اختلال وجود دارد ، عامل محرک کل CHP برای کاهش آن تنظیم خواهد شد؛ اگر در سیستم برق خودی (مثلا از شروع موتور آسانسور) اختلال وجود دارد شبکه به کاهش اختلال کمک خواهد کرد.

بیمارستان­ها بسیار مستعد ابتلا به « افت ولتاژ» یا قطع برق آنی شبکه هستند. این شرایط می تواند موجب اشتباه تجهیزات تشخیصی پزشکی شود که منجر به تاخیر رسیدگی به بیمار و از دست دادن درآمد می­شود. سیستم CHP در هنگام بسیاری از افت ولتاژها یا قطع آنی شبکه برق ، با ارائه بهتر قدرت کیفیت ، ضمانت و مزیت مالی کار خواهد کرد.

منبع:

www.thegreenage.co.uk

یک دیدگاه