محمد سجاد حبیب اللهی کارشناس پژوهش و فناوری شرکت بهینه سازی مصرف سوخت
رشد و توسعه هر کشوری نیازمند استفاده بیشتر از منابع انرژی برای ایجاد زیرساخت‌های توسعه بوده و در این راستا مقتضی است دولت‌ها سیاست‌های مشخصی برای کنترل شدت مصرف با هدف حفظ منابع کشور و کاهش شدت انتشار آلاینده‌های زیست محیطی در پیش گیرند. در کشور ما به دلیل وفور منابع انرژی به ویژه انرژی های فسیلی و در دسترس بودن آن به علاوه تخصیص یارانه‌های دولتی برای مصرف کنندگان، میزان شدت مصرف این منابع در سالیان اخیر افزایش فزاینده داشته است. اکثر کشورهای پیشرفته در دنیا نظیر آلمان، آمریکا، اوکراین، روسیه و فرانسه به سمت تولید انرژی های پاک و یا بازیافت انرژی از منابع موجود تولید انرژی رفته اند که تولید برق از توربین های انبساطی با راندمان بالا یکی از موارد استفاده از بازیافت انرژی در ایستگاه های تقویت/تقلیل فشار گاز با دبی بالا در کشورهای دارای شبکه سراسری انتقال و توزیع گاز طبیعی میباشد.
استفاده از توربین‌های انبساطی می‌تواند منجر به صرفهجویی در مصرف سوخت و به تبع آن کاهش گازهای آلاینده حاصل از احتراق سوخت های هیدروکربنی شده که انرژی تولیدی در این فناوری از طریق یک تغییر فیزیکی(کاهش فشار گاز طبیعی)در ایستگاه های تقلیل فشار گاز حاصل می شود.
ایستگاه تقلیل فشار گاز طبیعی در ورودی شهرها، شهرک‌های صنعتی، نیروگاه‌ها،پتروشیمیها و پالایشگاهها و... یکی از اجزای کلیدی در مجموعه شبکه انتقال گاز طبیعی است.
کاهش فشار گاز خط لوله سراسری معمولاً با استفاده از یک شیر فشار شکن (Regulator Valve) انجام میشود که به نوعی هدر رفت انرژی محسوب می گردد ولی با استفاده از این روش نوین میتوان با جایگزین کردن یک توربین انبساطی، از تغییرات فشار جریان گاز طبیعی (Natural Gas) ، برق جریان متناوب تولید کرده و به شبکه سراسری برق متصل نمود.
اساس کار توربین انبساطی:
اساس کار توربین انبساطی بر مبنای تبدیل انرژی پتانسیل سیال گازی به انرژی الکتریسیته با استفاده از توربین انبساطی و ژنراتور به صورت همزمان است. توربواکسپندر انرژی پتانسیل جریان گاز فشار بالا را به انرژی دورانی تبدیل کرده که با ترکیب و اتصال به یک ژنراتور می توان انرژی دورانی را تبدیل به انرژی برق متناوب نمود.
یکی دیگر ازکاربردهای مهم توربواکسپندرها در صنایع نفت،گاز و پتروشیمی، برای ایجاد تبرید در فرآیندهای جداسازی گازها دردماهای بسیار پایین از جمله فرآیند جداسازی گازهای اتان،پروپان و بوتان از گاز طبیعی یا مایع‌سازی گازها (مانند اکسیژن، نیتروژن، هلیوم، آرگون و کریپتون) و ... می باشد.
توربواکسپندر (Turbo Expander)یا توربین انبساطی، انواع متنوعی دارد که بر مبنای مسیرجریان گاز عبوری و میزان تغییر فشار گاز در قبل و بعد از هر ایستگاه تقلیل فشار گاز،طراحی و انتخاب میگردد که برای توربین های انبساطی با سایز کمتر از 5 مگاوات ، توربین های جریان شعاعی (Radial) با فناوری پیشرفته توصیه میشود. با توجه به این که میزان برق تولیدی در توربواکسپندرها به علت نوسانات در مقدار گاز طبیعی عبوری از ایستگاه در فصول مختلف سال متفاوت می باشد، این فناوری نوین قابلیت این را دارد که با بهره گیری از دستگاه اینورتر(مبدل فرکانس)، برق تولیدی غیر یکنواخت حاصل از سرعت های متغیر توربین انبساطی ناشی از نوسانات ایجاد شده در مقدار جریان گاز در طول شبانه روز و فصول مختلف سال را به برق متناوب با فرکانس ثابت (50 هرتز) تبدیل نموده و برق تولیدی را به شبکه برق سراسری کشور انتقال دهد.
اهمیت بومی سازی و تولید بار اول این مدل از تجهیزات با فناوری نوین زمانی آشکار میشود که ضرورت نصب این تجهیزات در ایستگاه های تقلیل فشار گاز ، در بند ت ماده 2 قانون اصلاح الگوی مصرف انرژی به صراحت بیان شده است.
برآورد پتانسیل بازیافت انرژی حاصل از استفاده نصب این تجهیزات نوین در ایستگاه های تقلیل فشار گاز در فصول گرم سال حدود (1000-800) مگاوات و در فصول سرد سال حدود (3000 - 2000 ) مگاوات میباشد.
هزینه نصب مدل خارجی مابین 1200 تا 1500 دلار به ازای هر کیلووات انرژی برق تولیدی از توربین انبساطی است که در صورت بومی سازی و تولید انبوه یک مدل از توربین انبساطی هدف با سایز مابین 300 تا 600 کیلووات، هزینه سرمایه گذاری اولیه تجاریسازی این محصول نوین ،حدود 30 تا40 کاهش یافته و دوره بازگشت سرمایه را کمتر از 3 سال خواهد نمود.
اجرا و بهره برداری:
به علت آنکه مالکیت ایستگاه‌های تقلیل فشار متعلق به شرکت ملی گاز ایران بوده و تجهیزات انتقال برق تولیدی از توربین های انبساطی متعلق به وزارت نیرو است، لذا به دلیل تضاد منافع مابین وزارت نیرو و شرکت ملی گاز ایران به صورت یک پروژه ملی، تاکنون تولید بار اول، نصب و بهره برداری از این تجهیزات به صورت فراگیر،معلق باقی مانده است کما اینکه این عدم تفاهم مابین وزارت نیرو و وزارت نفت منجر به شکست در بهره برداری از اولین پروژه پایلوت توربواکسپندر در ایستگاه تقلیل فشار نیروگاه نکا در سال های گذشته شده. ضمانت تحقق موفقیت آمیز اجرای این پروژه صرفه جویی در مصرف انرژی ، تنها با عزم ملی، همکاری و تفاهم دو وزارتخانه نیرو و نفت میسر خواهد ش.
استحصال انرژی برق به این روش در کشور برای میانگین تولید 2000 مگاوات از ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز منجر به صرفه جویی حدود 13.7 میلیون مترمکعب گاز طبیعی در روز گردیده که این میزان گاز، معادل با 55 درصد از تولید یک فاز پالایشگاه گاز پارس جنوبی می باشد.
از آن جایی که تولید گاز در کشور درسال 1400 به حداکثر ظرفیت تولید خود خواهد رسید لذا پس از توسعه این فناوری نوین توسط شرکتهای دانش بنیان در کشور می توان با استفاده از ماده 12 قانون رفع موانع تولید رقابت پذیر و ارتقاء نظام مالی کشور و درصورت خرید تضمینی برق استحصال شده از توربین های انبساطی با نرخهای نزدیک به قیمت برق صادراتی، توسعه، تولید انبوه و بهره برداری از این تجهیزات را به کمک سرمایهگذار بخش خصوصی به سرانجام رساند.
