مقدمه:
امروزه انرژی الکتریکی یکی از منابع مهم انرژی بوده که با هدف تولید برق روز به روز نیروگاهها، گسترش یافته است. تولید و مصرف انرژی یکی از شاخص‌های برجسته و گویای میزان توسعه صنعتی کشورها است.
افزایش روزافزون جمعیت جهانی و استفاده بشر از منابع کره خاک در تولید انرژی و توسعه عوامل تخریبی را به وجود آورده‌اند که محیط زیست انسان را در معرض خطر جدی قرار داده است.
پیشرفت و توسعه جوامع بشری با بکارگیری انرژی بیشتر و تقویت سیستم تولید مدرن میسر گردیده است. انرژی زیربنای قوی و اولیه جهت پیشرفت اقتصادی میباشد. روند روزافزون مصرف انرژی توسط انسان خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و فرهنگی محیط زیست را دگرگون ساخته است. تولید، انتقال و مصرف انرژی اثرات زیست محیطی مهمی را در اکوسیستم زمین برجای می‌گذارد. امروزه سیاستهای تولید و بکارگیری انرژی در مسایل زیست محیطی محلی و منطقه‌ای نقش عمده‌ای، را بر عهده دارند. بنابراین ضرورت تعیین رابطه پیچیده مسایل زیست محیطی با انرژی بیش از پیش ملموس شده است.
استفاده از منابع انرژی در عین آن که تسهیلات فراوانی را برای جوامع بشری به ارمغان آورده است. مشکلاتی از قبیل تغییر شرایط اقلیمی، اثرات گلخانه‌ای، گرمایش جهانی داشته است. در این راستا انسان در عین آنکه تغییرات سریعی را در اکوسیستم جهانی ایجاد می‌کند حجم عظیمی از آلودگیهایی را که به آسانی در داخل سیستم جذب نشده و یا قابل با چرخش می‌باشند را به محیط اطراف خود تحمیل می‌کند. بدین ترتیب آلودگی یکی از اثرات جنبی زیانبار بکارگیری فزاینده انرژی در تمدنهای مدرن میباشد.
در سال 1400 جمعیت کشور با احتساب نرخ رشد 2/2 درصد به 108 میلیون نفر خواهد رسید. برای تامین حداقل انرژی برق چنین جمعیتی حداقل معادل 100 درصد نیروگاههای موجود، به نیروگاه جدید نیاز است. از آنجا که با دو برابر شدن جمعیت، مصرف انرژی 3 تا 4 برابر افزایش خواهد داشت. بنابراین برآورد، روشن است که میزان آلودگی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی در نیروگاهها چه بر سر محیط زیست ما خواهد آورد. بدین ترتیب مقدار کل مواد آلوده کننده هوا که از دودکش نیروگاهها به جو تخلیه خواهد شد، لااقل 2 تا 4 برابر میزان کنونی خواهد بود. بنابراین بررسی مسایل زیست محیطی باید با فرآیند توسعه همراه باشد، زیرا که در این صورت است که حفظ توازن مناسب میان توسعه اقتصادی، رشد جمعیت، استفاده منطقی از منابع و حفظ محیط زیست را در بر خواهد داشت. فرضاً اصل مکانیابی (Land use) و ارزیابی اثرات زیست محیطی (Environmental Impact statement) آن شیوه‌ای است که ناشی از اینگونه توسعه میباشد.
کلیات
انواع نیروگاه های مولد برق
نیروگاه محل تبدیل انرژی سوخت (شیمیایی) به انرژی الکتریکی میباشد. اساس نیروگاههای حرارتی بر مبنای تبدیل انرژی حرارتی حاصل از سوخت زغال سنگ، نفت، مازوت، گازوئیل، گاز و یا انرژی حرارتی ناشی از فعل و انفعالات هسته‌ای به انرژی الکتریکی قرار دارد.
نیروگاههای ایران با توان تولیدی 26571 مگاوات در اکثر نقاط کشور فعال بوده و بخش مهمی از سوخت های فسیلی را مصرف می‌کنند. سهم نیروگاههای کشور از کل سوختهای مصرفی معادل 37 درصد گاز طبیعی و 13 درصد فرآورده‌های نفتی (84 درصد مازوت) عمداً نفت و گاز و نفت کوره میباشد.[1]
نیروگاههایی که جهت تولید نیروی برق در کشورمان استفاده می‌شوند متنوع بوده و شامل نیروگاههای برقابی دیزلی گازی بخاری و سیکل ترکیبی میباشد.
چنانکه جدول صفحه قبل نشان می‌دهد با توجه به روند کنونی توسعه نیروگاهها در کشور و اهمیت بیشتر نیروگاههای بخاری و سیکل ترکیبی، نقش بخش بخاری بیش از پیش می‌شود.
موقعیت جغرافیایی و اقلیمی قزوین
شهرستان قزوین در دشت وسیعی در جنوب رشته کوههای البرز بین مدار طول شرقی عرض شمالی و در شرق رشته کوه قانلاکوه قرار دارد. حداکثر درجه حرارت محیط 41+ درجه سانتیگراد، حداقل درجه حرارت محیط 19- درجه سانتیگراد، میانگین درجه حرارت محیط 5/14+ درجه سانتیگراد، ارتفاع از سطح دریا 1300 متر حداکثر سرعت بار 42 متر بر ثانیه در 10 متر ارتفاع رطوبت نسبی 46% و ضریب زلزله g24% برای شتاب افقی گزارش شده است.
موقعیت جغرافیایی نیروگاه شهید رجایی قزوین
این واحد بزرگ صنعتی در 25 کیلومتری جاده قزوین تهران و در حد فاصل بین اتوبان و جاده قزوین کرج در زمینی به مساحت 25 هکتار احداث گردیده است.
اطلاعات عمومی نیروگاه بخاری شهید رجایی
در اوایل دهه 60 به منظور تامین برق مورد نیاز منطقه تهران و مصارف صنعتی، کشاورزی، خانگی مقرر شد که یک نیروگاه به قدرت 2000 مگاوات در اطراف تهران با توجه به اهداف انتقال و ارتقاء دانش طراحی و تکنولوژی ساخت دانش نصب و راه‌اندازی و دستیابی به مدیریت اجرایی تولید برق و تقلیل هزینه‌های ارزی، آموزش‌های مختلف برای کادرهای طراحی، نظارت و بهره‌برداری و یک نواختی در سفارش و تهیه تاسیسات و پروژه‌های جانبی نیروگاه احداث شود. پس از بررسی و با توجه به جمیع امکانات منطقه قزوین انتخاب و در ابتدا قرار داد این طرح برای 1000 مگاوات در تاریخ 28/12/62 با شرکت صنایع سنگین میتسوبیشی ژاپن به امضاء رسید که نیروگاه بدون بویلر رادربر می‌گرفت.
از طرف دیگر طرح توسعه شرکت ماشین‌سازی اراک که بعدها به شرکت آذر آب تغییر نام یافت، با همکاری نزدیک شرکت توانیر مذاکراتی در خصوص خرید تکنولوژی بویلر شروع کرد تا که سرانجام شرکت I.H.I ژاپن انتخاب و قرارداد خرید تکنولوژی بویلرهای نیروگاه بین شرکت توانیر و پیمانکار شرکت ژاپنی در 28 فروردین 64 امضاء و مبادله شد همزمان با بررسی پیشنهادهای مربوط به نیروگاههای بدون بویلر مذاکراتی بین شرکت توانیر و شرکت E.G.I و ترانس الکترو از مجارستان جهت خرید و انتقال دانش فنی طراحی و ساخت برج خنک‌کن خشک نوع هلر در ایران انجام گرفت که نهایتاً در تاریخ 28/9/62 قرارداد مزبور به امضاء رسیدن و مبادله شد و پس از آن شرکت اتمسفر به عنوان سازنده سیستم خنک‌کننده معرفی شد. و قرارداد این بخش از نیروگاه در تاریخ 18/6/63 بین توانیرو اتمسفر مبادله شد. ازآنجایی که اجرای طرح به صورت غیرکلیدی در دست برای اولین مرتبه در وزارت نیرو انجام می‌گرفت. احداث این نیروگاه طی دو مرحله پیش‌بینی شده است. در فاز نخست 4 واحد 250 مگاواتی نصب گردید و فاز بعدی بهمین منوال اجرا گردید و در نتیجه قدرت نهایی نیروگاه بالغ بر 2000 مگاوات خواهد بود.
مشخصات فنی نیروگاه شهید رجایی
ظرفیت تولیدی بالغ بر 2000 مگاوات که در هشت واحد هر کدام بظرفیت تولیدی 250 مگاوات میباشد. نیروی لازم جهت راه‌اندازی نیروگاه از طریق شبکه سراسری خواهد بود.
نوع سوخت: سوخت اول نیروگاه گاز طبیعی و سوخت دوم آن مازوت 2000 یا 1100 میباشد.
آب مصرف نیروگاه: آب مصرفی از هفت حلقه چاه تامین میگردد.
انتقال برق: انرژی تولیدی این نیروگاه بوسیله 5 خط 400 کیلوولت به پستهای رود شوره زیاران و زنجان ارتباط دارد.
مواد اولیه تهیه بخار آب
مواد اولیه تهیه بخار آب عبارتند از: آب، سوخت و هوا
آب: آب مورد نیاز نیروگاه توسط 7 حلقه چاه به عمق 150 تا 200 متری تامین می‌شود. 5 حلقه در خارج از محوطه نیروگاه بخار و در محوطه نیروگاه توربین گاز قرار دارند و 2 حلقه چاه دیگر در محوطه نیروگاه بخار قرار دارند. آب نیروگاه پس از گذراندن مراحل تصفیه که توسط بخش شیمی انجام می‌شود مورد استفاده سیکل قرار می‌گیرد.
سوخت: سوخت نیروگاه بخاری شامل گاز طبیعی، مازوت و گازوئیل میباشد. که مصرف عمده آن گاز طبیعی و مازوت میباشد.
سوخت گاز: گاز طبیعی مصرفی توسط انشعابی از خط لوله اصلی بوسیله دو لاین و به ازای هر واحد از مخازن تأمین می‌شود. مصرف گاز طبیعی هر واحد تقریباً 50000 لیتر میباشد. برای تست حریق از گاز نیتروژن (N2) استفاده می‌کنند بدینگونه که ابتدا خط را تخلیه کرده و با تزریق N2 در رفع نشتی و افت فشار مورد بهره‌برداری قرار می‌دهند چون N2 یک گاز بی‌خطر است.
گاز از مسیر اصلی توزیع با فشار 17 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع وارد واحد شده در مسیر ابتدا یک والوموتوری قرار دارد سپس فیلتر شده و بعد از فیلتر والودستی قرار دارد و در ادامه مسیر، گاز در دو مسیر وارد سیستم می‌شود: 1 مسیر اصلی گاز 2 اگنایتور
1 مسیر اصلی گاز: در مسیر اصلی ابتدا والودستی قرار دارد سپس گاز بوسیله Press. Reducing valve فشار آن از 17 به 10 تقلیل می‌یابد. بعد فلوکنترل والو وجود دارد. همچنین در مسیر کنتور وجود دارد بعد vent گاز وجود دارد که اگر احتیاج به گاز نداشته باشیم گاز به اتمسفر برود. بعد shut off valve قرار دارد که اگر واحد مشکل داشته باشد بسته شود.
در مسیر گاز ورودی به مشعل دو عدد shut off valve قرار دارد و بین آنها یک vent قراردارد. مادامی که گاز به مشعل میرسد. Shut off والوها باز می‌باشند، گاز به مشعل میرسد و vent بسته میباشد. موقعی که احتیاج به گاز نداشته باشیم shut off والوها را بسته vent را باز می‌کنیم.
2 مسیر اگنایتور: گاز در مسیر اگنایتور از دو خط تامین می‌شود: 1 خط اصلی (متان) 2 کپسول Bottled
در مسیر اگنایتور (Ignition) ابتدا چک والو بعد والو سه راهی و سپس کنترل والو داریم که نهایتاً فشار به 2 کیلو میرسد و اگر فشار زیاد باشد بوسیله لاینی به اتمسفر می‌رود. بعد Leak CK header وجود دارد در مسیر اگنایتور shut off valve وجود ندارد.
گازهای پروپان مایع میباشد درآن را بوسیله بخار گرم می‌نمایند. (هیدرکمکی) و وارد والوسه راهی کرده بعد ادامه مسیر را داریم.
سوخت مازوت
سیستم سوخت رسانی مازوت و گازوئیل از دو قسمت تشکیل شده است: TPH[2], UPH[3]
در قسمت UPH دارای دو ایستگاه تخلیه که یکی مربوط به واگن‌ها و دیگری ایستگاه تخلیه کامیونها میباشد (برای مازوت) تقسیم شده است. در UPH 5 مخزن زیرزمینی (Under ground) مازوت داریم که هر مخزن دارای یک هیتر گرمایش و کندانسور مربوطه و همچنین یک لوله برای تخلیه باقی مانده مازوت میباشد. عمل تخلیه توسط سه پمپ زیمس آلمان انجام می‌گیرد. که بعنوان عامل انتقالی (Transfer) به قسمت TPH نیروگاه میباشد.
در قسمت UPH یک مبدل حرارتی برای گرم نمودن آب برای شستشوی ایستگاه های واگن‌ها و کامیونها دارد. که هر مخزن زیرزمینی دارای یک فن برای خروج گازهای اضافی مخازن میباشد. ایستگاه واگن‌ها و کامیونها هر کدام دارای تک لنسر بخار برای گرمایش واگن‌ها و کامیونها میباشد. و همچنین دارای شلنگ‌های تخلیه واگن‌ها و کامیونها میباشد. در پمپخانه مازوت یک تانک کندانیست برای جمع‌آوری آبهای کندانس شده هیترها وجود دارد که دارای دو پمپ کندانیست برای انتقال آبهای موجود به طرف TPH میباشد.
در UPH یک عدد جدا کننده مازوت از آب وجود دارد که مازوت به سمت مخازن زیرزمینی انتقال داده می‌شود و آب به چاههای حفر شده در UPH سرازیر می‌شود.
همچنین پمپخانه گازوئیل مستقر در UPH دارای 2 مخزن میباشد که یک مخزن بزرگ هوایی برای گازوئیل است. که این مخزن زیرزمینی گازوئیل حاصل از تخلیه کامیونها را جمع‌آوری نموده و بوسیله دو پمپ موجود در پمپخانه گازوئیل به طرف تانک هوایی هدایت نموده و در آنجا ذخیره می‌شود و برای مصرف توربین گاز از آن استفاده می‌کنند. تانک هوایی دارای یک سیستم گرمایش میباشد که آب کندانس شده از آن توسط تانک کندانیست ذخیره شده و توسط دو پمپ کندانیست ترانسفر به طرف تانک انتقالی TPH، انتقال داده می‌شود.
در TPH چهار عدد تانک داریم که از 5 مخزن زیرزمینی UPH به آنها پمپاژ شده و نیز 8 عدد پمپ مازوت و سه عدد پمپ گازوئیل وجود دارد. مازوت از UPH به TPH انتقال داده می‌شود مقداری آبی که ته مخزن‌ها جمع می‌شوند (بخار برای گرمایش) توسط جدا کننده جدا می‌شود آب بوسیله کانالی برای مصارف کشاورزی به پائین دست سرازیر می‌شود. در قسمت غرب TPH یک حوضچه برای جداکردن نهایی مازوت از آب برای اطمینان بیشتر احداث گردیده است که باقی مانده روغن در آنجا جمع می‌شود.
دمای مازوت در خروجی TPH به سمت واحدها 55 تا 60 درجه سانتیگراد میباشد. برای گرمایش از بویلر اصلی استفاده می‌شود اگر افت بخار و فشار داشته باشیم از بویلر کمکی TPH استفاده می‌شود برای گرمایش همچنین در قسمت TPH ایستگاه تخلیه گازوئیل وجود دارد که ماشین گازوئیل را در مخزن زیرزمینی تخلیه کرده و از آنجا به مخزن هوایی پمپاژ شده و از مخزن هوایی به سمت واحدها انتقال (پمپاژ) می‌یابد.
گازوئیل در واحد فیلتر شده که اگر احتمالاً در مازوت انتقالی ناخالصی وجود داشته باشد بوسیله فیلتر گرفته شود. تعداد فیلتر دو عدد بوده که یکی از آنها در مدار قرار گرفته و یکی بصورت رزرو میباشد فشار در این مرحله 76 کیلو میباشد و از آنجا وارد پمپ high pressure Ressi dual oil pumps می‌شود فشار در اینجا به 30 کیلو و دمای مازوت به 60 درجه سانتیگراد میرسد. در این قسمت هر دو پمپ در مدار می‌باشند. اگر فشار خروجی پمپ خیلی بالا باشد بوسیله لاین Pressure Relief line مازوت به تانک ذخیره مازوت انتقال داده می‌شود در ادامه مسیر Pressure control line کنترل می‌شود همچنین مقدار مصرفی توسط کنتور موجود در مسیر نشان داده می‌شود به وسیله هیتر بخار گرم شده و دمای مازوت در این مرحله به 90 درجه سانتیگراد میرسد. بعد از هیتر Pressure Relief line وجود دارد که اگر فشار در این مرحله زیاد باشد عمل می‌نماید و مازوت را انتقال می‌دهد به تانک ذخیره مازوت انتقال می‌دهد.