راهکارهای افزایش راندمان توربین های گازی
در طي چندين سال گذشته تغييرات بسيار زياد و اساسي و تحولات وسيعي در صنعت توليد توان به وقوع پيوسته است.کاهش حد ذخيره و دمای بسيار زياد هوا منجر به توجهات توليد_عملکردی اقتصادی برای دارندگان نيروگاههای کنونی و توسعه دهندگان نيروگاههای جديد شده است.
افزايش مستمر در مدت ماکزيمم ديماند توان در تابستان و افزايش نرخ پيک انرژی(Kwh/$) دارندگان نيروگاههای موجود و توسعه دهندگان نيروگاهها را به جستجوي روشهائي براي افزايش توان و بهينه كردن عمليات و ايجاد منبع درآمد تشويق مي‌كند. روشهاي مختلفي جهت بهبود عملکرد نيروگاههاي سيكل تركيبي در زمان طراحي اوليه كارخانه و يا در مراحل بعدي وجود دارد.
اصلاحات زيادی در خروجی نيروگاهها و راندمان توسط دمای بخار بيشتر؛ سطوح فشار _بخار مختلف يا سيکل های ري هيت (reheat) ميتوان انجام داد. به طور مثال نصب گرمازاي سوخت گاز روي سيكلهاي تركيبي نيروگاهها براي بهبود كارائي مسأله‌اي عادي است. علاوه بر آن مدخل هواي سرد به توربينهاي گازي براي افزايش خروجي توربين گاز و بازدهي سيكلهاي تركيبي موثر است.
يك نكته قابل توجه براي افزايش كارائي سيكلهاي تركيبي وجود دارد. مقاله موجود يك شرح تكنيكي از راه‌حل‌ها و روشهائي براي افزايش منافع و كارائي و بحث پيرامون ارزيابي اقتصادي پتانسيل روشها و اجزاء اين روشهاست.
افزايش خروجي كارخانه به دو طبقه كلي تقسيم مي‌شود:
- خنك‌كاري هواي ورودي توربين گاز
- افزايش قدرت.
خنك‌كاري هواي ورودي توربين گاز
جهت كاربردهائي كه توليد انرژي مهم است و بالاترين قيمت را داراست مثلاً در ماههاي گرم، خنك سازي هواي ورودي به توربين گاز جهت افزايش خروجي حائز اهميت است. خنكسازي هواي ورودي توربين گاز باعث افزايش خروجي به وسيله بهتر شدن مشخصه‌هاي توربين گاز از جمله مقدار جريان هواي بيشتر و در نتيجه كاهش دماي ورودي كمپرسور مي‌شود. توربينهاي گازي صنعتي كه دور ثابت دارند ماشينهاي حجم، فلو ثابتي هستند.
حجم مشخصي از هوا نسبت مستقيم با دما دارد. به جهت اينكه هواي سرد شده چگالتر است باعث بهره بيشتر چگالي جريان هوا و فشار مي‌شود و در نتيجه افزايش خروجي را در پي خواهد داشت نيز در كاربردهاي سيكل تركيبي بهبودهاي اندكي در راندمان گرمائي بوجود آمده است.
شكل زیر نشان مي‌دهد كه يك كاهش Fْ10 در دماي خشك ورودي به توربين گاز در حدود 2.7% خروجي سيكل تركيبي را بهبودي مي‌بخشد. تغييرات واقعي با روشهاي بكارگيري خنكسازي كندانسور توربين گاز در ارتباط است. سيكل ساده خروجي بصورت درصدي افزايش پيدا مي‌كند.
چند روش براي كاهش دماي ورودي توربين گاز وجود دارد. براي سيستمهاي فعلي دو روش عمده خنك‌كاري استفاده مي‌شود.
روش اول و نيز گسترده، پذيرفته شده توسط سيستمها ،روش خنك‌كاري تبخيري است. خنك‌كننده‌هاي تبخيري از بخاركردن آب براي كاهش دماي ورودي توربين گاز بهره مي‌برند.
سيستم دوم روشهاي مختلفي را براي سردكردن هواي ورودي به كار مي‌گيرند در اين سيستم واسط خنك‌كاري در يك مبدل گرمائي در كانال ورودي براي گرفتن هواي گرم از هواي ورودي نهاده شده است خنك‌كاري تبخيري بوسيله حباب تر محدود مي‌شود.
بنابراين استفاده از روش سردسازي مي‌تواند دماي ورودي را سرد كند كه كمتر از دماي حباب تر است در نتيجه خروجي بيشتري بدست خواهد آمد البته با كمي هزينه بيشتر. بسته به سوخت و ساز و سيستم كنترل، خنك‌كاري تبخيري انتشار، Nox را مي‌تواند كاهش دهد.
خنكسازي تبخيري
خنكسازي تبخيري روش اقتصادي و مؤثري است براي افزايش ظرفيت ماشين در خلال هواي گرم وقتي كه پيك بار به سيستمها ضربه وارد مي‌كند مشروط بر اينكه نسبت رطوبت خيلي بالا نباشد.
روشهاي خنكسازي تبخيري
كار خنك‌كاري تبخيري براساس كاهش دماي جريان هوا بوسيله بخار آب است. فرايند تبديل آب از مايع به بخار نيازمند انرژي است. اين انرژي از جريان هوا كشيده مي‌شود نتيجه حاصله سردتر و هرچه بيشتر مرطوب شدن هوا است.
شكل رطوبتي (شكل زیر) براي كاوشهاي نظري و محدوديتهاي عملي در جهت خنكسازي تبخيري مفيد است. به طور نظري حداقل دمائي كه مي‌تواند بوسيله اضافه شدن آب به هوا بدست آيد برابر است با محدودة دمائي حباب تر.
در عمل اين سطح از خنك‌كاري مشكل بدست خواهد آمد. فهميدن و درك افت واقعي دما تابعي است جهت طراحي تجهيزات و وضعيت اتمسفري- ديگر عوامل ثابت هستند.
تأثير كولرهاي تبخيري معمولاً 85% و سيستمهاي مه‌پاشي كمي بيشتر از 90 تا % 95 مي‌باشند. افزايش صحيح در قدرت موجود يك توربين گاز بخصوص، در نتيجه خنك‌كاري هوا همانطور كه به مدل ماشين و ارتفاع از سطح دريا وابسته است به همان ميزان به محدودة دما و رطوبت نيز وابستگي دارد. بنابراين اطلاعات نمايش داده شده در شكل زیر در استفاده از برآورد اين مزيت جهت كولرهاي تبخيري به كار مي‌رود بعنوان مثال بعد از اين بيشترين بهبود در هواي گرم و خشك پيش‌بيني مي‌شود.
كولرهاي تبخيري از نوع كند و شكل نمناك
كولرهاي تبخيري از نوع پوشالي (مديا) مرسوم از يك شئي واسط شبيه به كندو عسل و نمناك جهت خنكاري و به حداكثر رساندن سطح بخار استفاده مي‌كنند. براي توربينهاي گازي ضخامت اين واسط 12 و بالاتر است و تمام كانال محل عبور هوا يا فيلتر داخلي را مي‌پوشاند. مديا و قطره‌گير باعث كاهش فشار هوا در كانال ورودي هوا مي‌شود.اين مقادير معمولاً به طور تقريبي يك اينچ از ستون هوا هستند
افزايش افت فشار ورودي باعث كاهش خروجي و راندمان دستگاه در دو محدودة دمائي و بار حتي زمانيكه سيستم خاموش است مي‌شود نتيجه كاهش بار اصلي به ميزان 0.35% در توربين گاز و 0.3% در خروجي سيكل تركيبي است. اثر فوق در خروجي سيكل تركيبي كمتر است. بدليل اينكه كاهش جريان هواي توربين گازي تأثير متقابل اندكي مطابق با افزايش كم دماي خروجي توربين گاز دارد متوسط افزايش مقدار گرما 0.2% و 0.04% براي توربين گازي و نيز سيكل تركيبي است.
البته نتيجه هميشه به اين شكل نيست چرا كه دلخواه كاربر داشتن حداكثر مقدار خروجي از ماشين يا دستگاه است .طرحي از يك فيلتر كولر تبخيري خود پاك شونده در شكل زیر نشان داده شده است.
آب از كف تانك پمپ شده، رو به بالا حركت كرده و از آنجا بروي پوشالهاي مديا پخش مي‌شود. اين پوشالها از لايه‌هاي موجدار و مواد اليافي شكل با كانالهاي داخلي شكل داده شده بين لايه‌ها ساخته شده‌اند.
دو دسته كانال يكي پس از ديگري در مديا نصب شده است كه يكي براي هوا و ديگري براي آب است. اين جداسازي جريان راهي است براي كاهش آبهاي انتقالي.
آب از بالا بوسيله كانالهاي تعبيه شده سوراخدار (Manifold) بروي پوشالها ريخته و به سمت پائين جريان پيدا مي‌كند آب مازاد بداخل تانك برمي‌گردد. سطح آب داخل تانك بوسيله فلوسوئيچ محدود مي‌گردد كه در صورت نياز آب اضافه خواهد شد.
كنترلري حداقل دماي خنك را تنظيم مي‌كند اين دما بايستي (15.6 C) 6.F يا بالاتر باشد اگر تبخير باعث شود كه دما خيلي پائين بيايد يخ‌زدگي سيستم را شاهد خواهيم بود. وقتي كه احتمال هوا ي سرد زير صفر (موجب يخ‌زدگي) داده شود در اين هنگام سيستم غيرفعال شده و جهت جلوگيري از آسيب‌ديدگي تانك و لوله‌ها، آب تخليه مي‌گردد و احتمال مسدودشدن خلل و فرج مديا با يخ وجود دارد.
Foggers – (مه پاشها)
در اواسط سدة 1980 مه‌پاشها براي اولين بار جهت خنكسازي هواي ورودي توربين گاز به كار گرفته شدند. قريب به 100 سيستم مه‌پاش در آمريكاي شمالي بروي توربينها نصب شده است. سيستمهاي مه‌پاش بوسيله پودر كردن آب و توليد قطرات بينهايت سطح زيادي از بخار را توليد مي‌كنند. قطر قطرات آب نقش مهمي را در رابطه با سطح آبي كه در معرض جريان هوا قرار مي‌گيرد، و در نتيجه سرعت بخار شدن بازي مي‌كند. به طور نمونه حاصل قطرات ده‌ميكروني به پودر تبديل شده آب ده‌برابر قطرات پودري 100 ميكروني با همان حجم مي‌باشد.
جهت خنك‌كاري تبخيري يا مرطوب سازي با پودر كردن آب مهم اينست كه مه( fog )به معني واقعي كلمه توليد شود نه هر مهي. براي يك هواشناس وقتي قطرات آب كمتر از 40 ميكرون در قطر باشند يك(fog) بدست آمده است در حاليكه سايز قطرات بيش از اين باشد آنها را مه مي‌نامند.
فاگهاي حقيقي بدليل جنبش زياد در پرواز مي‌مانند. تصادف اتفاقي مولكولهاي هوا بتدريج قطرات (فاگ) را نزول مي‌دهد. در صورتيكه مه‌ها به طور نسبتاً سريعي نزول مي‌كنند.
براي مثال در تقطير هوا قطرات ده‌ميكروني در محدودة تقريباً يك متري در 5 دقيقه و قطرات 100 ميكروني در محدودة يك متري در عرض 3 ثانيه به زمين مي‌افتند.
نازلهاي فاگر (شكل زیر) بايستي در قسمت پائين فيلترهاي ورودي هوا نصب شوند تعيين اينكه آيا نازلها بايست در قسمت پائين نصب شوند يا بالا بستگي به زمان بخار شدن كامل آب تا رسيدن هواي مرطوب به قسمت بعدي نصب شده سيستم دارد.
مقداري آب در كف كانال ورودي جمع خواهد شد براي جلوگيري از جمع شدن آب در كانال ورودي احتياج به يك خط تخليه‌اي كه در قسمت پائين نازلها نصب شود وجود دارد در طراحي يك سيستم فاگ بخصوص، بايستي نسبت به سوراخهاي نازل و نازلهاي فاگ جهت جلوگيري از شكسته‌شدن قسمتهاي ريز و بلعيده شدن توسط توربين توجه ويژه داشت. لرزش ناشي شده از جريان هوا از منافذ بايست به خوبي مورد ملاحظه قرار بگيرد اگر منافذ به طور صحيح طراحي نشده باشند يا اگر آنها خوب حمايت نشوند سرانجام لرزش باعث خرابي ساختار منافذ يا پايه آن مي‌گردد.
جهت حداقل كردن رسوبات كمپرسور و گرفتگي نازلها، از آب تصفيه‌شده در سيستمهاي fog پرفشار استفاده مي‌شود نياز به آب همان مسئله‌ايست كه در سيستمهاي با تزريق آب در توربين گاز داشتيم. گزارشاتي مبني بر رسوبات كمپرسور و گرفتگي نازلها فقط از مناطقي بوده است كه يا از آب تصفيه‌شده استفاده نكرده‌اند و يا از سيستم آب مناسب بهره‌مند نبوده‌اند. براي بهره‌گيري از استيل ضدزنگ با كيفيت بالا لازمست كه آب تصفيه‌شده جهت همه قسمتهاي نمناك شده استفاده شود.
معمولاً منافذ نازل لوله‌اي به قطر 0.5inch دارند كه كنار هم 12 تا 8 اينچ فضا را اشغال مي‌كنند به جهت اينكه شبكه گازي لوله‌هاي كوچك مانع از عبور جريان هوا نمي‌شود افت فشار نازل فاگ ناچيز است. چند روش مختلف براي پودركردن آب به كار مي‌رود. بعضي سيستمها از كمپرسور هواي توربين گاز براي پودركردن آب استفاده مي‌كنند. ديگر سيستمها آب را بوسيله پمپهاي فشار بالا تحت فشار قرار مي‌دهند كه آب از درون روزنة ريزي خارج مي‌شود. نازلهاي پودركنندة هوا نياز به فشار آب كمتري دارند اما توليد خروجي كمتري را هم بدست مي‌دهند به دليل خروج هوا از توربين گاز و گرماي ورودي از كمپرسور هوا .
معمولاً نسبت هوا به آب 0.6 تا 1 مطابق با جرم است ( 1 تا 500 مطابق با حجم ) نيروي بعضي از پمپهاي پرفشار باعث چرخش آب و خردشدن قطرات آب مي‌گردد. ديگر نيروها نيز باعث اصابت آب با پين مي‌شود كه همان اثر را دارد. در سيستمهائي كه آب را بصورت پودر درمي‌آورند سايز قطرات با جذر مربع فشار نسبت معكوس دارد. كوچكتر شدن قطرات در حدود %30 باعث دوبرابر شدن فشار عملياتي خواهد شد. فشار عملياتي براي پمپهاي پرفشار سيستمهاي فاگ بين 1000- 3000 psi است. يك سيستم فاگ معمولي شامل مجموعه‌اي از پمپهاي پرفشار، سيستم كنترل و آرايش لوله‌هاي حاوي نازلهاي فاگ مي‌باشد
به اين ترتيب هر پمپ و مجموعه نازلها به طور مجزا نماينده يك درجه از خنك‌كاري fog هستند پس پمپها به ترتيب روشن مي‌شوند در صورتيكه خنك‌كاري بيشتري مورد نياز باشد براي مثال با در دست داشتن چهار پمپ و افت فشاري معادل با 20F هر بخش 5P مي‌تواند مديريت شود ( يعني هر 5F يك پمپ وارد مدار مي‌شود)
توزيع نازلهاي فاگ به طور يكنواخت در هر مرحله براي گذر از كانال بطوريكه شيب دما به حداقل برسد حائز اهميت است. دقت در كنترل سيستم مه‌پاش يا فاگر نياز به جلوگيري از رسيدن آب به كمپرسور دارد.
در كارخانه‌هاي موجود بايستي ظرفيت دسترسي به آب تصفيه شده و ذخيره آن تسهيل گردد تا در هنگام نياز و تعريف پروژه‌هاي افزايش مصرف با مشكلي روبرو نشود.
مقایسه خنک سازی به روش مدیا و سیستم فاگ
خنك‌كاري با استفاده از روش مديا يا پوشال
مزايا
الف)نياز به آبي به كيفيت كمتر نسبت به سيستم فاگ
ب)ساده و قابل اطمينان
ج)پركاربرد.
معايب
الف)نياز به اصلاح اساسي مجراها و كانالها به طور مكرر.
ب)افت فشار بيشتر توربين گاز نسبت به سيستم فاگ كه باعث كاهش كارائي در زمان خاموشي سيستم مي‌شود.
ج)اثر خنكاري كمتر
خنك‌كاري با استفاده از روش مه پاشی (فاگ)
مزايا
الف)فشار ورودي توربين گاز نسبت به خنك‌كاري پوشالي كمتر افت مي‌كند و خروجي بيشتري را فراهم مي‌آورد.
ب)پتانسيل اثربخشي بيشتر نسبت به خنك‌كاري پوشالي.
ج)هزينه كمتر و نصب سريعتر كه باعث كمتر شدن اصلاح كانالها نسبت به خنك‌كاري پوشالي مي‌شود.
معايب
الف)نياز به آب تصفيه شده
ب)حادث شدن پارازيتهاي بيشتر نسبت به تبخير پوشالي بخاطر پمپهاي پرفشار سيستم.
ج)افزايش كمتر خروجي در سيستمهاي پودري هوا.
د)كنترل پيچيده‌تر.
چند نکته در مورد خنك سازي تبخيري
خنك سازي با تبخير كه سرما افشاني يا سرمايش نيز ناميده مي‌شود، مي‌تواند با تزريق عمدي مه به جريان هواي ورودي كه بيشتر از مقداري است كه مي‌تواند در شرايط معين آب و هوايي محيط تبخير شود، صورت پذيرد. جريان هوا قطره‌هاي تبخير نشده مه را به قسمت كمپرسور منتقل مي‌كند. دماهاي بالاتر در كمپرسور، ظرفيت رطوبت پذيري هوا را افزايش مي‌دهد. بنابراين قطره‌هاي مه كه در مسير هواي ورودي تبخير نشده‌اند، در كمپرسور تبخير مي‌شوند. زمانيكه مه تبخير مي‌شود، سرد شده و هوا را چگالتر مي‌كند.
اين موضوع افزايش حجم كلي جريان هواي عبوري از درون توربين گازي و كاهش كار نسبي تراكم را در پي دارد كه باعث افزايش توان مضاعفي مي‌شود. خنك سازي مه باعث مي‌شود كه عملگرهاي توربين، توان هاي تقويتي بدست بياورند كه از توان قابل حصول بوسيله سيستم خنك كننده تبخيري رايج، بيشتر است.
حدود خنك كنندگي به طور كامل بررسي نشده ولي مزاياي ذكر شده براي آن قابل توجه است. از لحاظ تئوري، مي توان با تزريق مه كافي، تواني به بزرگي توان بدست آمده از سرد كردن هواي ورودي تا زير دماي حباب خيس و با هزينه‌اي جزئي بدست آورد. اين موضوع هنوز مشاهده نشده‌است.
يك ايراد محتمل به خنك سازي وارد است:
اگر قطرات آب خيلي بزرگ باشند، احتمال ساييدگي پره‌هاي كمپرسور در تماس با مايع وجود دارد. بمباران سطح يك فلز با قطرات آب ممكن است به توسعه خراشهاي ريز در سطح فلز منجر شده و باعث تخلخل سطح شود.
خنك سازي مي‌تواند از طريق مه افشاني آب اتميزه شده بين قسمتهاي كمپرسور توربين هاي گاز، كه كمپرسورهاي فشار بالا و فشار پايين دارند، صورت پذيرد. سيستم GE LM6000 SPRINT نمونه‌اي از چنين سيستمي‌است. آب از طريق 24 لوله‌اي كه بين كمپرسورهاي پرفشار و كم فشار روي LM6000 دو محور قرار دارند،تزريق مي‌شود. (شكل زیر)
با استفاده از هواي پر فشار كه از مرحله هشتم سوختن بدست آمده، آب به صورت قطره هايي با قطر كمتر از 20 ميكرون پاشيده مي‌شود. تزريق آب دماي خروجي كمپرسور را به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌دهد و اين امر موجب مي‌شود تا توربين در حد كنترل طبيعي كه با دماي احتراق در ارتباط است كار كند نه در محدوده دماي خروجي كمپرسور. نتيجه خروجي بيشتر و بازده بهتراست. افزايش خروجي تا بيش از 20% و بازده تا 9/3% در روزها قابل حصول است. LM6000 در مقايسه با برخي از ماشنيهاي فريم دار، نسبت افت – نسبتي كه در آن خروجي با افزايش دماي هوا كاسته مي‌شود- تندتري دارد. بنابراين LM6000 معمولا در تكنولوژي چيلر بكار رفته است.
تكنولوژي اسپرينت اين اجازه را به اپراتور مي‌دهد تا بخش اعظم توان تلف شده در روزهاي گرم را بدون متحمل شدن بودجه و هزينه هاي عملياتي چيلرها بازيابي كند. كيت هاي بهبود يافته اسپرينت براي ماشينهاي LM6000 موجود، در دسترس است. تحقيقاتي در جريان است تا راهي براي استفاده از سرمايش افشانه اي در بخش كمپرسور كم فشار LM6000 پيدا شود.
قبل از اينكه بتوان از خنك سازي تبخيري استفاده كرد، محدوده‌هاي ماكزيمم بار توربين گازي تركيبي و الگوريتهاي كنترل جهت كسب اطمينان از عدم تجاوز از محدوده طراحي شده، بايد به دقت بازبيني شود. بررسي مشابهي نيز بايد در مورد ژنراتور، توربين بخار و سيستمهاي كمكي صورت پذيرد.
خنك كردن ورودي
سيستمهاي خنك سازي ورودي شامل دو دسته چيلرهاي مستقيم و ذخيره حرارتي مي‌باشند. سيستمهاي گاز مايع شده طبيعي (LNG) از منبع سوخت بهره برده و از اثر خنك كنندگي كه با تبخير گاز مايع در ارتباط است استفاده مي‌كنند. سيستم هاي ذخيره حرارتي از دوره هاي قطع پيك توان جهت انباشتن انرژي گرمايي به صورت يخ جهت خنك سازي ورودي در طي پريودهاي تقاضاي پيك توان استفاده مي‌نمايند. سيستمهاي خنك سازي مستقيم از خنك سازي مكانيكي يا جذبي استفاده مي كنند.
تمامي اين روشها براي نيروگاههاي جديد و بهبود نيروگاه كانديد هستند. همانند سرمايش تبخيري ، كاهش حقيقي دما از حلقه سرمايش، تابعي از طراحي تجهيزات و شرايط محيط است. بر خلاف كولرهاي تبخيري, حلقه‌هاي سرمايشي قادرند كه دماي حباب خشك ورودي را پايين تر از دماي حباب نمناك محيط بياورند
كاهش حقيقي دما فقط توسط ظرفيت وسيله خنك كننده، كارايي حلقه ها و حد قابل قبول دما/ رطوبت كمپرسور، محدود مي‌شود. شكل زیر چرخه سرمايش معمولي مبتني بر دماي حباب خشك محيط و 20 % رطوبت نسبي را نشان مي‌دهد. سرمايش اوليه از يك نسبت ثابت رطوبت پيروي مي‌كند.
زمانيكه هوا رو به اشباع مي‌رود، رطوبت شروع به تراكم و خروج از هوا مي‌كند. اگر هوا خنك تر شود، رطوبت بيشتري به مايع تبديل مي‌شود. هنگاميكه دما به اين حالت نزديك مي‌شود، گرماي بيشترو بيشتري از هوا گرفته شده كه جهت متراكم كردن آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين امر ظرفيت كاهش دما را كم مي‌كند. به دليل امكان تراكم آب، مهاركننده‌هايي بايد در چرخه ها قرار داده شود تا از فرو بردن آب زيادي بوسيله توربين هاي گاز جلوگيري به عمل آيد.
نقطه دقيقي كه در آن سرمايش بيشتر ديگر ميسر نيست، به خروجي مطلوب توربين گاز و ظرفيت سيستمهاي خنك كننده بستگي دارد. در نمودار شكل فوق به وضوح ديده مي‌شود كه هوا مي‌تواند پايين تر از دماي حباب مربوط به محيط خنك شود.
در اينجا يكي از مزاياي مهم سيستم چرخه سرمايشي نهفته است. گرچه بايد اشاره كرد كه حد پايين عمل خنك كننده، دماي ورودي كمپرسور با رطوبت نسبي 95% است. در دماهاي پايين تر از با چنين رطوبت نسبي بالايي، يخ زدگي كمپرسور و خطر خرابي قطعات وجود دارد.
سرمايش مستقيم
سرمايش مستقيم ، سرمايي فوري براي افزايش ظرفيت ارائه مي كند. بخشي از توان خروجي براي راه اندازي سيستم به كار مي‌رود. سيستمهاي سرمايش مستقيم بر اساس همان اصولي عمل مي‌كنند كه فرايند هاي صنعتي سرد و سيستمهايHVAC در ساختمان هاي بزرگ درساليان متمادي داشته‌اند. چيلرهاي مكانيكي بزرگ كه با برق كار مي‌كنند ممكن است در مبدلهاي گرما (حلقه‌هاي سرمايش) در ورودي توربين هاي گاز مورداستفاده قرار گيرند.
اين مبدلهاي گرما تقريبا يك اينچ آب به افت افشار ورودي اضافه مي‌كنند. اگر گرماي اضافي قابل دسترسي باشد،چيلرهاي جذبي كه از گرما به عنوان منبع انرژي استفاده مي‌كنند، جايگزين خوبي هستند. اين چيلرها معمولا بيشتر از چيلرهاي مكانيكي با همان ظرفيت هزينه دارد ولي هنگام كاركردن سربارهاي كمتري دارند. دماي هواي ورودي توربين گاز بسته به نقطه شبنم هواي محيط، گرماي اضافي موجود و سايز چيلرها ، مي‌تواند به 45 تا كاهش يابد. چيلرهاي مكانيكي مقدار زيادي توان مصرف مي‌كنند، بطوريكه گين خالص آنها كمتر از يك سيستم جذبي است.
سرماساز چيلر نياز به خنك شدن دارد. چيلرهاي آب سرد نيازبه يك برج خنك كننده دارند. چيلرهاي مكانيكي را هم ميتوان با هوا خنك كرد، در حاليكه چيلرهاي جذبي فقط به صورت مدلهاي آب سرد موجود است. براي انجام سرمايش مستقيم چند روش وجود دارد. اين روشها به دو نوع اصلي تقسيم مي شوند:انبساط مستقيم و سيستمهاي آب سرد.
سيستمهاي انبساط مستقيم از يك سرما ساز به طور مستقيم در چرخه خنك كننده استفاده مي‌كنند كه در مسير هواي ورودي قرار دارد. سيستمهاي آب سرد از يك سيال گرم كننده ثانويه در بين سرما ساز و هواي ورودي توربين استفاده مي‌كنند. اين سيال معمولا آب يا مخلوط آب و گليكول است.
به عنوان مثال خنك كردن هواي ورودي در يك واحد GE 7FA از حباب خشك، حباب مرطوب تا تقريبا به سرما سازي نياز دارد كه افزايش هزينه اي معادل 1/24 مگاوات خروجي برق توربين گاز با قيمت تقريبي 240 دلار براي هر كيلو وات را در بر دارد. با اين حال بايد توجه داشت كه اين سيستم فقط در روزهاي گرمتر باتمام ظرفيت كار مي‌كند و از صرفه آن با كاهش دماي محيط كاسته مي‌شود. همچنين اين سيستم ظرفيت توان خروجي را در روزهاي سرد به علت افزايش افت فشار ورودي توربين گاز كاهش مي‌دهد.
ذخيره انرژي گرمايي قطع پيك
وقتي بهاي بيشتري در طول ساعات پيك مصرف روز براي انرژي پرداخت شود، ذخيره انرژي گرمايي در زمان قطع پيك شايد جواب دهد. در طول ساعات قطع پيك و آخر هفته‌ها، يخ يا آب سرد با استفاده از چيلرهاي مكانيكي توليد و در تانكهاي بزرگي ذخيره مي‌شود.
افزايش ظرفيت فقط براي چند ساعت در روز ممكن است. در طي دوره‌هاي تقاضاي پيك توان، از آب سرد يا آب حاصل از ذوب يخ براي خنك كردن هواي ورودي توربين گاز استفاه مي‌شود. اين سيستم قادر است دماي هواي ورودي تورين گاز را به كاهش دهد. هر چند فضاي زيادي براي ذخيره يخ يا آب سرد لازم است.
مقايسه سرمايش مستقيم و ذخيره انرژي گرمايي
سرمايش مستقيم
مزايا:
- تامين هواي سرد در طول 24 ساعت شبانه روز
- ساده و قابل اعتماد است.
- عدم نياز به توان سربار در قطع پيك
- كارآمدي بالا
معايب :
- انرژي سربار بيشتري در اوج مصرف نياز دارد.
- هزينه را افزايش مي‌دهد زيرا تجهيزات سرماسازي به اندازه پيك بار است.
ذخيره انرژي گرمايي
مزايا:
- توان سرباري كمتري در زمان پيك نياز دارد.
- در پيك هايي كه كمتر از 8 ساعت طول بكشد نسبت به خنك سازي مستقيم ، هزينه كمتري در بر دارد.
معايب:
- نياز به توان قطع پيك بيشتر
- در پيك هايي كه بيشتر از 8 ساعت به طول بينجامد نسبت به خنك سازي مستقيم، هزينه بيشتري دارد.
- سيستم پيچيده تري نسبت به سرمايش مستقيم دارد.
- هواي سرد فقط در بخشي از شبانه روز موجود است.
تبخير كننده هاي گازي LNG/LPG
هرگاه از LNG يا گازهاي نفت مايع (LPG) استفاه شود، اين سوختها قبل از استفاده در توربين گاز بايد تبخير شوند. آنها معمولا در دمايي حول و حوش به سيستم سوخت توربين گاز وارد مي‌شوند. از هواي ورودي توربين گاز ميتوان جهت تبخير بيشتر سوخت و گرم كردن آن استفاده كرد.
از يك سيال واسط مثل گليكول استفاده مي‌شود. هواي ورودي توربين گاز گليكول را گرم كرده و خودش در اين فرايند سرد مي‌شود. گليكول سوخت را گرم مي كند. كاهش دماي هواي ورودي دراين سيستم معمول است. از آنجا كه سوخت بايدبه هر طريقي تبخير شود، سرد كردن هواي ورودي راهي براي تبديل بخش اعظم انرژي به توان قابل استفاده است.
افزايش توان
سه شيوه اصلي جهت افزايش توان وجود دارد:
- تزريق آب يا بخار
- احتراق مكمل HRSG
- اوج احتراق
تزريق آب/ بخار توربين گاز
تزريق بخار يا آب به انتهاي محفظه احتراق جهت كاهش Nox ، حجم جريان و متعاقب آن خروجي را افزايش مي‌دهد. معمولا مقدار آب محدود به مقدار مورد نياز Nox است، تا هزينه عملياتي را كاهش داده و روي دفعات بازديد موثر باشد.
