تحقیق مقاله برنامه ریزی برای ایجاد نیروگاه های جدید

مقدمه

ساخت یک نیروگاه معمولاً 5 تا 6 سال از زمان تصمیم گیری برای ساخت تا زمان بهره برداری از اولین واحد آن بطول می انجامد. بنابراین برنامه ریزی سالانه CEGB  شامل اقدام در مورد نیروگاه های جدیدی است که قرار است در مدت هفت الی نه سال آینده (که به این مدت اصطلاحاً سالهای پیاده سازی گفته    می شود) به مرحله بهره برداری برسند قبل از هر تصمیم جدی در مورد سفارش یک نیروگاه جدید CEGB  بایستی موافقت و زیر کشور را تحت بخش دوم از قانون روشنایی الکتریکی مصوب 1909 همراه با هر نوع رضایت و امتیاز مربوط به آن را کسب کرده و همچنین باید بطور جداگانه مجوز مالی را از طرف دولت دریافت نموده باشد. CEGB بایستی نیاز به ایجاد نیروگاهها را در پرتو وظایف قانونی خود بدقت بررسی کند . اوست که باید بررسی نماید که آیا نیاز به ظرفیت جدید به منظور تامین اطمینان از بابت دسترسی به برق کافی ، یا درآمد  بیشتر و یا ایجاد اطمینان در مورد تنوع در ذخیره سازی انواع سوخت وجود دارد یا نه علاوه بر آن ممکن است که ساخت یک نیروگاه جدید با ظرفیت مورد نظر به منظور زمینه سازی جهت منافع آتی توجیه پذیر باشد.

ملاحظات ظرفیتی

ظرفیت مورد نیاز بر اساس حداکثر تقاضای سالیانه برآورد می گردد. لذا اولین قدم در تخمین ظرفیت پیش بینی حداکثر تقاضا برای هر زمستان در طول سالهای برنامه  ریزی است.

در این پیش بینی فرض بر آنست که بار حداکثر عمدتاً در اثنای روزهای کاری هفته در ماههای دسامبر تا فوریه هنگامی که هوا از سردی با شدت متوسط برخوردارست ، روی   می دهد و لذا به آن میانگین تقاضای حداکثر زمستانی (ASC) گفته می شود . شرایط ASC بوسیله تحلیل آماری اطلاعات هواشناسی و تغییرات تقاضا که بر اثر تغییرات آب و هوا بوجود می آید تعیین می شود .

رعایت امور اقتصادی

پیش بینی ظرفیت جدید که تقاضای مورد نیاز را تامین نماید تنها دلیل و توجیه برای ساخت یک واحد تولیدی جدید نیست. ساخت و ساز جدید بایستی از لحاظ اقتصادی غیر قابل توجیه باشد و همچنین اجازه از کار اندازی بعضی از واحدهای قدیمی موجود را نیز بدهد.

در اصل یک واحد تا زمانی که از  نظر اقتصادی از یک واحد جدید با صرفه تر باشد در حال سرویس نگه داشته می شود. از انواع هزینه ها می توان هزینه قابل اجتناب خالص (NAC)  و هزینه موثر خالص (NEC) را نام برد.

شکل 1 1 دیاگرام مربوط به ترکیبی از واحدهای ممکن در آینده که در سال 1985 توسط CEGB    مد نظر قرار گرفته است را نشان می دهد .

مطالعات برنامه ریزی سیستم :

عمل برنامه ریزی اولیه با بررسی شدت بار سیستم و تشخیص میزان تولید آینده و نیازهای انتقال برق شروع می شود. در مراحل مقدماتی نوع و اندازه نیروگاه انتخاب می شود برای هر نیروگاه می توان ارزیابی فنی اولیه ، هزینه های کلی و برنامه ساخت را تهیه کرد.

هنگامی که این مطالعات کامل شد لیست نیروگاههای گوناگون تهیه شده و در برنامه توسعه اولویت بندی می گردد.

اخذ مجوز جهت تأسیس یک نیروگاه جدید :

مطالعات مربوط به مکان و طراحی نیروگاه تا آنجا که رضایت دولت را برای توسعه یک مکان جلب کند ادامه می یابد . سپس بر اساس روند قانونی کار ، طبق مقررات بخش 2 قانون روشنایی الکتریکی مصوب سال 1909 درخواست ساخت نیروگاه به وزیر ایالت داده می شود . علاوه بر رضایت نامه بخش 2 ، CEGB درخواست مجوز برنامه ریزی برای ساخت را بر اساس مقررات قانون برنامه ریزی شهر و منطقه مصوب 1971 داشته باشد. بخشی از این قانون به وزیر ایالت این اجازه را می دهد که مجوز برنامه ریزی را همزمان با رضایت نامه بخش 2 صادر نماید. در عین حال وزیر ایالت ممکن است شرایط اصلی را که بدنبال           رضایت نامه بخش 2 و همچنین مجوز مالی CEGB طراحی و ساخت پروژه را شروع می کند. شکل 3 1 یک نمونه از برنامه زمان بندی برای طراحی و ساخت مقدماتی نیروگاه را نشان می دهد.

قسمت عمده ای از برنامه مطالعاتی را مشاوره با مقامات مسئول وزارتی و ایالتی و همچنین مقامات قانونی دیگر مانند مسئولین آب تشکیل می دهد.

سند جزئیات توسعه نیروگاه همچنین شامل یک بخش فنی است که در رابطه با اتصالات سیستم انتقال و پارامترهای نیروگاه اصلی است ، بویژه ترانسفورماتور ژنراتور که باید بطور مناسب با سیستم انتقال متناسب باشد. جزئیات مربوطه شامل موضوعاتی از قبیل ضریب قدرت امپدانس سن کرون ، تنظیم فرکانس و عکس العمل دینامیکی واحد در مقابل تغییرات میزان تقاضای برق و همچنین راهنمای های لازم در مورد سیستم کمکی است که موجب می گردد که این شبکه دارای اطمینان کافی باشد.

تحقیق در انتخاب محل نیروگاه :

نیازهای اصلی محل نیروگاه

 یک نیروگاه به طور ساده کارخانه ایست که انرژی ذخیره شده در سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. بنابراین نیازهای اصلی یک نیروگاه مشابه کارخانجات دیگر است .

وجود منبع ماده خام اولیه (سوخت) با قیمت رقابتی.

دسترسی به بازار برای فروش محصولات (انتقال).

نیروی کارگر با میزان و کیفیت لازم.

در دست داشتن وسایل برای رفع نشتی ها و محصولات جانبی .

زمین لازم برای ساخت و عملیات .

ماده خام اولیه که از آن در یک نیروگاه حرارتی الکتریسیته بدست می آید می توان ذغال سنگ، نفت ، اورانیوم  و یا گاز طبیعی باشد. الکتریسیته بعنوان محصول اصلی از طریق سیستم انتقال و توزیع به مراکز مصرف فرستاده می شود. محصولات جانبی مانند خاکستر و یا پس مانده های سوخت اورانیوم و همچنین روش مقرون به صرفه ای برای رفع این فضولات اغلب از مسائل عمده هستند. نشتی های نیروگاه مقادیر بسیار زیاد حرارت می باشد که دفع آنها معمولاً نیازمند منابع بسیار زیاد آب است که بخاطر قیمت بایستی در نزدیکی محل نیروگاه در دسترس باشد. محصولات احتراق نیز که همراه گازهای سوخته شده با حجمهای زیاد خارج می شوند نیز باید به گونه ای به محیط داده شوند که با مقررات هوای پاک مغایرت نداشته و یا آلودگی جوی ایجاد نکند.

به نیازهای تکنیکی عمده برای جایگاه نیروگاههای هسته ای و ذغال سنگی همراه با اندازه نیروگاهی که هم اکنون مورد نظر هستند در جدول 1-1 آمده است.

طرح ریزی مقدماتی نیروگاه :

به منظور ارزیابی متناسب یک محل بخصوص برای نیروگاهی که مدنظر قرار می گیرد لازمست که طراحی مقدماتی نیروگاه انجام شود. این موضوع مشخص خواهد کرد که جای واحد اصلی و یا مجموعه واحدها در محوطه ساختمانهای نیروگاه کجا باشد. نتیجه این عمل تعیین شکل و اندازه ساختمانها و سپس دسته بندی تک تک آنها و همچنین موارد خارجی دیگر که به طراحی اقتصادی نیروگاه با کمترین مخارج و علاوه بر آن راحتی ساخت و عملکرد موثر نیروگاه و تعمیر و نگهداری آن مربوط می شود می باشد.

طرح ریزی مقدماتی نیروگاه کمک می کند که کارهای زمین شناسی بر روی منطقه انجام شود و ارزیابی بر روی بلندی نیروگاه ، جای واحد مناقصه کاران و مناطق ذخیره و موارد زیست محیطی صورت می گیرد.

طرح ریزی نیروگاه در مدت زمان مطالعه محل انجام می شود تا از مزیت ممکن و مناطق در دسترس و نقطه نظرات و توصیه های آرشیتکت ها و مشاوران محوطه سازی استفاده کامل برده شود.

مساحت مورد نیاز برای ساخت نیروگاهها :

مساحتی که توسط یک نیروگاه 1800 مگاواتی ذغال سنگی با برج خنک کن اشغال می شود ممکن است بالغ بر 100 هکتار شود. (صرفنظر از محل دفع خاکستر)

ساختمانهای نیروگاه فقط قسمتی از کل محل را در بر می گیرند. قسمت های باقیمانده بستگی به نیاز برای ذخیره ذغال سنگ و خطوط راه آهن مورد نیاز یک نیروگاه هسته ای 1200 مگاواتی 16تا 20 هکتار زمین به منظور عملیات لازم دارد.

مقدار زمین قابل توجهی در مدت زمان ساخت  ساز هر دو نیروگاه ذغال سنگی و هسته ای مورد نیاز است . بطور معمول 28 تا 34 هکتار برای محوطه کار به محوطه ذخیره سازی مقاطعه کاران و همچنین پارک نمودن اتومبیل ها و اتوبوسهای ساختمانی لازم است. بیشتر محوطه های موقتی ساخت و ساز برای یک نیروگاه ذغال سنگی احتمالاً برای ذخیره سازی ذغال سنگ مورد استفاده قرار خواهند گرفت ، گرچه مقدار زمین اضافی نیز ممکن است مورد نیاز باشد . این زمین اضافی برای نیروگاههای هسته ای جنبه موقتی دارند. بنابراین محل مناسب برای نیروگاه ذغال سنگی ممکن است 100 هکتار و برای نیروگاه هسته ای در حدود 60 هکتار باشد. بعضی زمینهای جنبی به منظور گلکاری و محوطه سازی نیز ممکن است لازم باشد.

شکل 6-1 بعنوان نمونه زمین مورد نیاز برای یکی نیروگاه با رآکتور آبی تحت فشار (PWR) که در نزدیکی یک نیروگاه هسته ای موجود قرار خواهند گرفت را نشان می دهد.

آب خنک کننده :

میزان آب خنک کننده CW لازم بستگی به ظرفیت نهایی نیروگاه مورد نظر دارد. بعنوان نمونه یک نیروگاه ذغال سنگی با توربینی به ظرفیت 900 مگاوات تقریباً به 24 متر مکعب بر ثانیه آب خنک کننده نیاز دارد. برای یک نیروگاه PWR با توربینی به ظرفیت 600 مگاوات تقریباً 23 متر مکعب بر ثانیه آب خنک کننده مورد نیاز است.

این بدین معنی است که با در نظر گرفتن موارد دیگری که به آن خنک کننده احتیاج دارند یک نیروگاه 1800 مگاواتی ذغال سنگی تقریباً به 52 متر مکعب بر ثانیه و یک نیروگاه PWR با ظرفیت 1200 مگاوات تقریباً به 50 متر مکعب بر ثانیه آب خنک کننده احتیاج دارد.

به تدریج که آب خنک کننده از درون لوله های کنداکتور عبور می کند دمایش بالا رفته و این افزایش دما بطور نمونه می تواند بین 8 تا 12 درجه سانتیگراد باشد. این آب گرم شده بایستی بنحوی خنک شود و یا مثلاً در مورد نیروگاههای که بطور مستقیم خنک می شوند با تخلیه آب به منبع آب و پخش آن در درون منبع به ظرفیتی که کمترین مقدار آن به لوله ورودی آب خنک کننده به کندانسور برگردد تا موجب افت و نوسان سیکل مجاز گردد.

استفاده از برج های خنک کن ایجاب می کند که مقدار مناسبی آب جبرانی مشخص شود که این مقدار بطور نمونه می تواند 2 تا 3% کل آب خنک کننده باشد. در حالیکه میزان واقعی آب خنک کننده           می تواند تحت تاثیر کیفیت آب مورد نیاز نیروگاه تغییر کند ولی معمولاً به اندازه دو سوم آب ورودی بایستی به منبع آب برگردانده شود تا غلظت آب در حد استاندارد سیستم خنک کننده باشد. این آب خروجی معمولاً 10 درجه سانتیگراد گرم تر از دمای آب محیط است.

اگر این چنین منبع آبی لازم باشد که از رودخانه گرفته شود آنگاه باید مطالعات لازم جهت تعیین میزان حداقل آب بر گرفته از رودخانه و تاثیر آن بر روی شرایط زیست محیطی رودخانه انجام شود.

در انگلستان سازمانهای مسئول آب ، رکورد شدت جریان آب رودخانه و میزان مجاز آب برگرفته از رودخانه را برای مدت طولانی نگه می دارند . در مورد رودخانه ها اغلب یک حداقل شدت جریان مجاز که در هر فصل نیز متغیر است اعمال می شود که هنگامی که شدت آب رودخانه از حد معینی پایین تر می آید از برداشت آب ممانعت بعمل آید.

از نظر دسترسی به آب خنک کننده محل مناسب برای یک نیروگاه بایستی کنار یک رودخانه بزرگ نزدیک مصب و یا ساحل دریا باشد تا بتوان حجم بزرگی از آب با حداقل دما را برداشت نمود. بنابراین یکی از مسایل عمده که در مقابل طراح سیستم خنک کننده وجود دارد اینست که بهترین مکان را برای برداشت آب و همچنین جداسازی محل برداشت آب و محل خروج آن را از سیستم معین نماید.

مسئله مهم دیگر آنکه سیستم طوری طراحی شود که کمترین تاثیر را بر روی اکولوژی داشته در این رابطه باید اطمینان حاصل شود که آب گرم خروجی بطور کافی پخش شود بطوری که هرگونه تاثیر مخربی بر روی زندگی موجودات آبی پرهیز شود. لذا جمع آوری اطلاعات مربوط به شدت آب و دمای آن در یک دامنه وسیع از دریا برای مطالعات مربوط به این نوع سیستم خنک کننده ضروری است.

مسئله مهم دیگر آنکه سیستم طوری طراحی شود که کمترین تاثیر بر روی اکولوژی دریایی داشته باشد . در این رابطه باید اطمینان حاصل شود که آب گرم خروجی به طور کافی پخش شود بطوری که از هر گونه تاثیر مخربی بر روی زندگی موجودات آبی پرهیز شود. لذا جمع آوری اطلاعات مربوط به شدت آب و دمای آن در یک دامنه وسیع از دریا برای مطالعات مربوط به این نوع سیستم خنک کننده ضروری است.

در یک سیستم خنک کننده مستقیم برداشت آب و برگرداندن آن به دریا و یا مصب رودخانه و نهایتاً دفع حرارت آن به آتمسفر یک پروسه طولانی است و در این مدت توزیع آب گرم خروجی از نیروگاه را به چند مرحله مجزا می توان تقسیم کرد.

اولین مرحله (مرحله نزدیک) بیانگر مخلوط شدن فوری آب گرم خروجی با آب دریاست پس از یک مدت مختصر گذرا مرحله میانی شروع می شود که در این مرحله جریان آب گرم وارد شده به عمق دریا بر اثر نیروی ارشمیدس بسمت سطح  آب کشیده می شود . شدت این کشش بستگی به جرم مخصوص آب گرم و آب دریا تاثیرات حرکتی و اثر جریان های امواج دارد.  این جریان نهایتاً می تواند صدها متر عرض داشته باشد و یک تا دو کیلومتر در جهت جریان امواج امتداد یابد. (شکل 7 1)