عدد المساهمات : 59 تاريخ التسجيل : 25/02/2010 العمر : 31
موضوع: محرك الديزل و توليد الطاقة الكهربائية 26/7/2010, 12:32
محرك الديزل و توليدالطاقة الكهربائية
محرك الديزل هو محرك احتراق داخلي اخترعهالمهندس الالماني رودلف ديزل عام 1892 وذلك بعد خمسة اعوام من اعمال البحثوالتطوير. لقد كان محرك الديزل منذ نشأته الاولى، وعلى امتداد القرن العشرين بأسره،حلا جذابا للكثير من التطبيقات الصناعية المدنية والعسكرية، حيث رأى فيه رجالالاعمال ضالتهم المنشودة في الحصول على مصدر للطاقة عملي، وموثوق، ورخيص الكلفة. والان وفي ضوء المتغيرات الكثيرة التي لحقت بقطاع الطاقة على امتداد القرن، فان هذاالمحرك سيجتاز الخط الفاصل بين القرنين العشرين والحادي والعشرين وهو اكثر تفاؤلابمستقبله في خدمة الانسان. ان محرك الديزل يستطيع ان يلعب دورا رئيسيا في محطاتتوليد الطاقة المستقبلية. ولكن قبل ان يحدث ذلك لابد من تطوير محركات الديزل بحيثيتم التحكم بغازات العادم المنطلقة منها، بالاضافة الى التصدي الى التحديات الشديدةوالكثيرة التي تواجه صانعي هذا النوع من المحركات.
ومع ان محرك الديزل،شأنه شأن محرك البنزين، مستعمل في السيارات منذ عقود كثيرة، الا ان الاختلافات بينالمحركين عديدة، وهذه الاختلافات هي التي أهلت وتؤهل محرك الديزل الى دور حضاريمتميز في القرن القادم. ان محرك الديزل على عكس محرك البنزين المستعمل في السياراتالصغيرة، لا يشعل الوقود اعتمادا على طاقة حرارية خارجية، مثل شمعات الاشتعال وماتتطلبه من دارة كهربائية ذات جهد عال لتأمين الشرارة وتقطيعها بواسطة البلاتين،ولكنه يستعمل الحرارة المتولدة عن انضغاط الهواء لاشعال خليطة الهواء - الوقود فياسطوانته.
وبغية الوصول الى درجة الحرارة العالية اللازمة للاحتراق فإننسبة الانضغاط اللازمة في محركات الديزل يجب ان تكون عالية تصل الى 1:16 وهي النسبةالاكثر استعمالا. وعند نسبة الانضغاط هذه فإن درجة الحرارة ترتفع الى 500 درجةمئوية كما يرتفع الضغط الى 40كلغ سم2، علما بان نسبة انضغاط الهواء في محرك البنزينالعادي تقع في المجال 4:1 و10:1.
التشغيل محرك الديزل يمكن ان يكوناما بدورة ذات اربعة اشواط او ذات شوطين. بالنسبة للدورة ذات الاشواط الاربعة فإنالمكبس يتحرك أولا نحو الاسفل بينما تكون فتحة الدخول مفتوحة (مرحلة الامتصاص). وهذه المرحلة تؤدي الى امتلاء الاسطوانة بالهواء ثم تنغلق فتحة دخول الهواء، وعندمايبتدىء المكبس مرحلة الصعود الى الاعلى حيث يضغط الهواء في الاسطوانة (شوطالانضغاط) وقبل ان يصل المكبس الى ذروة ارتفاعه يتم حقن الوقود عبر فوهة خاصة. عندها يمتزج الوقود مع الهواء المضغوط ويشتعل المزيج بتأثير درجة الحرارة الناتجةعن الانضغاط الشديد. وهكذا يندفع المكبس بشدة نحو الاسفل بتأثير انفجار مزيج الهواءفى الوقود (شوط التمدد او شوط الطاقة). بعدها يرتفع المكبس من جديد حيث يكون صمامالطرد مفتوحا هذه المرة حيث يدفع امامه غازات الاحتراق بأسرها (شوط التفريغ). وهكذاتبدأ العملية من جديد باستقدام هواء جديد بينما يبدأ المكبس شوطا جديدا للامتصاص.
ان محرك الديزل ذا الشوطين مماثل لنظيره ذي الاشواط الاربعة باستثناء انغازات الافلات تطرد من الاسطوانة بواسطة طارد خاص عندما يكون المكبس في وضعية الحجمالاعظمي تقريبا. وفي الوقت ذاته فان مروحة الطرف تقدم امدادا جديدا من الهواء لمزجهمع الوقود عندما يصل المكبس الى وضعية الحجم الاعظمي. في هذا المحرك فان الاحتراقيحدث كل دورة، بينما يحدث كل دورتين بالنسبة للمحرك رباعي الاشواط، كما ان معظممحركات الديزل الكبيرة تستعمل الدورة ذات الشوطين.
رسم يوضح الأشواطالأربعة في محرك الديزل
ان تشغيل محركات الديزل اقتصادية نظرا لأن هذهالمحركات تستخدم وقودا ارخص من البنزين وهي تقدم طاقة اكبر. كما انها ابسطميكانيكيا وهي ليست بحاجة الى نظام الاشعال المعقد ولا تحتاج الى الكاربويتور (المفحم) الموجود في محركات الاحتراق الداخلي العادية. الا انها اثقل - لأن جدرانالاسطوانة اسمك كي تكون اقوى لتتحمل الضغط العالي المطلوب - فهي تستعمل عمومالتزويد السيارات بالطاقة. وهي تلاقي تطبيقا واسعا مع ذلك في الشاحنات الضخمة،والاتوبيسات، عربات الجر في القطارات، والسفن، وفي المعدات الصناعية ذات الاداءالعنيف حيث تتطلب الامور استطاعات تصل الى 5000 حصان بخاري. وفي هذه الحالة فانهاالأكفأ أداء من المحركات الأخرى.
لقد مضى اكثر من قرن منذ ان نجح رودلف ديزلبابتكار المحرك المعروف باسمه، ذي الاستطاعات المتدرجة، القادر على استعمال انواعالوقود المحلية المتوفرة. وقد شكل هذا الاختراع نقطة التفاف مصيرية حاسمة في مجالاستعمال الطاقة عموما، والكهرباء خصوصا، في الصناعة.
ولكن ديزل كانسيصعب عليه التعرف على محركه اليوم، على الجيل الجديد من محركات الديزل. فمحركالديزل الآن لا يزال اكثر انواع المحركات كفاءة ضمن جميع انواع محركات الاحتراقالداخلي، والشيء الذي تغير هو سلسلة التطويراتوالتحسينات في تكنولوجيا هذا المحركفي غضون هذا القرن، مع حقن الوقود وعنفات (توربينات) الدورة المشتركة التي ادت الىزيادة المردود بشكل كبير في الوقت الذي انقصت ضمنه كمية الغازات الضارة المنطلقةالى الجو. واصبحت محركات الديزل المشتركة مع الغاز المحركات الرئيسية في سوق محطاتتوليد الطاقة، مع حصة مشتركة في السوق تبلغ حوالي 10% من محطات التوليد جميعها التيتبنى سنويا حول العالم.
وبما ان المجتمع الحديث يعتمد كليا وبشكل مستمر علىالطاقة الكهربائية فان مجموعة مختلفة من الصانعين تنتج الان انواعا من الديزل فيتشكيلة واسعة من احجام المحركات وذلك لتلبية احتياجات متنوعة بشكل هائل منالتطبيقات المؤقتة والدائمة على السواء. ونظرا لمردود المحرك، ووثوقيته، وتكاليفهالتأسيسية المنخفضة، فان محركات الديزل الصغيرة (ذات الاستطاعة الاقل من 1 ميغاوات) والمتوسطة (باستطاعة تتراوح بين 1 - 30 ميغاوات) تستعمل غالبا في الدول النامية مناجل اغراض التغذية الكهربائية الرئيسية، وكذلك في العالم المتقدم كمصدر داعمللاستطاعة او كبديل منافس للاستطاعة المستجرة من الشبكة العامة (القومية). ولكن يرىبعضهم في الدول المتقدمة ان هناك امكانية كبيرة لاستعمال محرك الديزل في توليدالحمولة الأساسية.
ان مجموعات التوليد المتوسطة والكبيرة ذات الاستطاعةالاكبر من 30 ميغاوات المصممة من اجل توليد الكهرباء يمكن ان يبلغ مردودها 50 - 55بالمائة. كما ان وحدات الديزل الكبيرة قابلة للمقارنة (حسب سعر وحدة الكيلووات) معمحطات توليد الكهرباء العاملة بالفحم الحجري. وتتميز بالعمر الطويل وتقدم حلا بديلااقتصاديا في التطبيقات حيث لا يمكن اللجوء الى انشاء محطات للتوليد كبيرة.
محطات الديزل الكهربائية كانت معامل توليد الكهرباء بواسطة محركاتالديزل هي المعامل السائدة في سوريا الى عهد قريب. ولا تزال معظم البلدان الصغيرةوالقرى تعتمد اعتمادا كليا على محركات الديزل في توليد الكهرباء. كما ان المعاملالصناعية في سوريا كانت تستخدم مجموعات الديزل الكهربائية لتوليد القدرة اللازمةلأغراضها الصناعية. وقد بدأ استخدام محطات التوليد البخارية في كل من دمشق وحمصوحلب بعد ان زادت الاستطاعة المطلوبة عن الحدود العملية التي تصلح لها مجموعاتالديزل. وبعد ان تم استكمال شبكة التوتر العالي التي تصل المدن السورية بعضها ببعض،فان الاعتمادات على محركات الديزل قلت بالتدريج، كما هي الحال الان في البلدانالصناعية. وسوف تبقى لمجموعات الديزل الكهربائية اهميتها في المناطق البعيدة التيسيتأخر ربطها بالشبكة العامة.
وعلى النطاق العالمي العام تستخدم محركاتالديزل في توليد الكهرباء على الاشكال التالية:
1 - وحدات توليد متنقلةيمكن تحريكها من مكان الى اخر حيثما تكون القدرة الكهربائية ضرورية.
2 - وحدات احتياطية لا تعمل في الاحوال العادية، تجهز بها المنشآت التي يسبب انقطاعالكهرباء عنها خطرا او خسارة لا تعوض، كالمستشفيات وبرادات الاغذية وغيرها. وهذهالمجموعات تنطلق للحركة تلقائيا فور حدوث عطل ما في الشبكة الكهربائية العامة.
3 - وحدات توليد رئيسية في المحطات الخاصة بالبلدان الصغيرة او المصانع اوالمؤسسات الاخرى المستقلة، التي لا تستطيع ان تستمد القدرة من شبكة الارتباطالعامة.
وعندما تستخدم محركات الديزل في معامل التوليد الثابتة فانها تتصلمع المولدات الكهربائية وتتراوح السرعة المستعملة بين 250 - 1500 دورة في الدقيقة. وهي تحتاج عادة الى مولدات كهربائية كبيرة القطر من النوع ذي الاقطاب البارزة وطولمحوري قصير. ان المجموعات البطيئة ثقيلة لكنها متينة وهذا ما يجعل هذه المجموعاتمفضلة لتوليد الكهرباء في المحطات المركزية على الرغم مما تتطلبه هذه المجموعات منرأس مال كبير، يزيد كثيرا على تكاليف المجموعات السريعة.
كما ان محركالديزل من افضل انواع المحركات لتوليد الكهرباء في الاستطاعات التي تصل حتى 5000حصان، وهناك العديد من المزايا التي يتمتع بها هذا المحرك، كمحرك رئيسي في معاملالتوليد وهي:
1 - الكلفة المنخفضة نسبيا لوقود محركات الديزل.
2 - سرعة اقلاعه وأخذ الحمل كاملا في أقل من دقيقة.
3 - المردود العاليللمحركات مهما كانت استطاعاتها.
4 - بساطة تكوين المعمل.
5 - عدمالحاجة الى مقادير كبيرة من الماء.
ومن الناحية الأخرى هناك مساوىءلاستخدام محركات الديزل في توليد الكهرباء منها:
1 - الكلفة العاليةللتجهيزات التأسيسية بالنسبة للكيلوواط.
2 - مساحة المعمل اللازمة تصبحكبيرة.
3 - كما أن رأس المال المطلوب يصبح باهظا عندما تزيد الاستطاعة،بحيث ان هناك حدا اقتصاديا يقف عنده استخدام هذه المحركات، وتحدد هذه الاستطاعةالاجمالية في المحطة الواحدة عادة بمقدار 15 - 20 ميغاوات.
king المدير العام
عدد المساهمات : 2604 تاريخ التسجيل : 05/02/2010 العمر : 35 الـبلد : الوطن العربي
موضوع: رد: محرك الديزل و توليد الطاقة الكهربائية 29/12/2010, 18:58