برق یا انرژی الکتریکی یکی از انواع انرژی است که زندگی در دنیای کنونی، بدون آن، بی‌اغراق، غیرممکن است. از همین روی است که روزبه‌روز بر تعداد نیروگاه‌ها و روش‌های تولید انرژی الکتریکی افزوده می‌شود؛ از نیروگاه‌های کوچک و پراکنده (Distributed Generation) گرفته تا نیروگاه‌های چند گیگاواتی.
دیزل ژنراتور چیست؟
دیزل ژنراتور ترکیبی از یک موتور دیزلی و یک ژنراتور است که با استفاده از انرژی شیمیایی سوخت، به تولید انرژی الکتریکی می‌پردازد. دیزل ژنراتور را می‌توان ترکیبی فوق‌العاده از مهندسی برق و مهندسی مکانیک دانست که اختراع آن مدیون دو تن از نوابغ بی‌نظیر دنیا یعنی مایکل فارادی و رودولف کارل دیزل است. مایکل فارادای یکی از فیزیکدانان برجسته تاریخ بشر تا کنون است که با قانون فارادی او، صنعت برق تحولی شگرف را تجربه نمود. رودولف کارل دیزل نیز مهندس مکانیک اهل آلمان بود که موتور دیزلی را اختراغ نموده و حرکتی عظیم در صنعت جهان به وجود آورد. موتور دیزلی انرژی جنبشی لازم جهت روتور ژنراتور را فراهم نموده و در نتیجه با تکیه بر قوانین حاکم در مهندسی برق، انرژی الکتریکی تولید می‌شود.
موتور دیزلی و نحوه عملکرد آن
موتور دیزلی (Diesel Engine) نوعی موتور احتراق داخلی است که در مجموعه دیزل ژنراتور وظیفه تولید انرژی جنبشی لازم جهت چرخش ژنراتور را بر عهده دارد. با وجود شباهت‌های فراوان بین موتورهای دیزلی و موتورهای بنزینی ولیکن موتورهای دیزلی نسبت به موتورهای بنزینی ساده‌تر بوده و در چرخه تولید انرژی جنبشی نیز تفاوت‌هایی با هم دارند. در موتورهای دیزلی برخلاف موتورهای بنزینی نیازی به جرقه الکتریکی وجود ندارد. در این موتورها ابتدا سوخت وارد سیلندر شده و سپس توسط پیستون فشرده می‌شود ولیکن مقدار این فشردگی بسیار بیشتر از موتور بنزینی است به صورتی که در موتور بنزینی مخلوط هوا و سوخت حدود ۱۰ برابر حجم اصلی فشرده می‌شوند در حالیکه در موتور دیزلی هوا در حدود ۱۴ تا ۲۵ برابر فشرده می‌شود. این فشردگی بسیار بالا منجر به افزایش چشمگیر دمای هوا گردیده و معمولا به حدود ۵۰۰ درجه سلسیوس نیز می‌رسد. در این هنگام سوخت به داخل سیلندر پاشیده شده و با توجه به دمای بسیار بالای هوا، سوخت بلافاصله منفجر و شعله‌ور می‌شود. انرژی آزادشده ناشی از این انفجار، باعث حرکت پیستون شده و توان جنبشی تولیدی، انرژی لازم برای چرخش ژنراتور را تامین می‌نماید. به هنگام برگشت پیستون، گازهای تولیدی از اگزوز خارج شده و این سیکل به صورت مرتب تکرار می‌شود.
ژنراتور
ژنراتور (Generator) وسیله‌ای است که با دریافت انرژی مکانیکی به عنوان ورودی، انرژی الکتریکی در خروجی تحویل می‌دهد. ژنراتورها بر اساس قانون فارادی عمل می‌کنند که در سال ۱۸۳۱ میلادی توسط فیزیکدان انگلیسی به همین نام کشف شد. ژنراتورها در حالت کلی به دو دسته ژنراتورهای جریان برق مستقیم (DC) و ژنراتورهای جریان برق متناوب (AC) تقسیم می‌شوند. ژنراتورها دارای یک قسمت متحرک تحت عنوان روتور و یک قسمت ثابت تحت عنوان استاتور هستند.
سایر اجزای اصلی دیزل ژنراتور ها
به جز موتور و ژنراتور، اجزای اصلی دیزل ژنراتور ها عبارتند از:
سیستم سوخت‌رسانی:
سیستم سوخت‌رسانی خود شامل مخزن سوخت، لوله‌های رابط، پمپ سوخت، فیلتر سوخت، تزریق‌کننده سوخت و … است.
رگولاتور ولتاژ:
رگولاتور ولتاژ برای تنظیم ولتاژ خروجی و قرار دادن در محدوده مطلوب (مثلا بین ۲۱۰ تا ۲۳۰ ولت) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم های خنک کننده:
بسیار واضح است که چنانچه دیزل ژنراتور برای مدت زمان طولانی روشن باشد؛ گرم شده و نیاز به کاهش دما از طریق سیستم‌های خنک‌کننده دارد. در ژنراتورهای کوچک از آب برای خنک‌کاری استفاده می‌شود ولیکن هیدروژن نیز راهکاری مناسب برای خنک‌کاری ژنراتورهای با ظرفیت بالا بوده و در جذب گرما، بهتر از آب عمل می‌نماید.
سیستم اگزوز:
گازهای تولیدی ناشی از احتراق باید به نحو مناسبی خارج شوند چراکه برخی از آن‌ها سمی بوده و می‌تواند برای جان پرسنل بهره‌بردار خطرناک باشد از همین روی سیستم اگزوز برای مدیریت این گازها طراحی می‌گردد.
سیستم های روانکاری:
دیزل ژنراتور دارای قطعات مکانیکی فراوانی ست که اصطکاک برای آن‌ها چندان خوشایند نیست. روانکاری این قطعات باعث کاهش اصطکاک، کاهش فرسودگی، افزایش طول عمر و … خواهد شد. سیستم روانکاری دارای مخزنی است که سطح روان‌کننده موجود در آن باید به صورت مرتب چک شود.
باتری شارژر:
عملکرد نادرست باتری شارژر، استارت دیزل‌ژنراتورها به شدت مختل خواهد نمود از همین روی باید دقت بسیار کافی اولا در انتخاب نوع و ظرفیت باتری و دوما در انتخاب باتری شارژر داشت.
کنترل پنل:
عملکرد ژنراتور در این قسمت کنترل می‌شود و بی‌شک، خطا در این سیستم کنترلی، خروجی ژنراتور را به شد تحت تاثیر قرار خواهد داد.
مجمع اصلی / قاب (شاسی دیزل ژنراتور )
انواع دیزل ژنراتور
دیزل ژنراتورها را از دو دیدگاه کلی می‌توان تقسیم نمود:
سوخت مصرفی
نوع بهره‌برداری
بر اساس سوخت مصرفی دیزل ژنراتور به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:
- دیزل‌ژنراتورهای گازوئیل سوز (Diesel Gensets)
- دیزل‌ژنراتورهای گازسوز (Gas Gensets )
- دیزل‌ژنراتورهای دوگانه سوز (Dual Duel Gensets)
بر اساس نوع بهره‌برداری نیز ژنراتورها به ۴ دسته کلی تقسیم می‌شوند:
- اضطراری (Standby):
همانطور که از اسمشان نیز مشخص است این ژنراتورها در شرایط اضطراری یعنی به هنگام قطعی برق شبکه سراسری، روشن و وارد مدار می‌شوند. میزان ساعات روشن بودن این ژنراتورها دقیقا به قابلیت اطمینان شبکه برق سراسری وابسته بوده و در یک شبکه با قابلیت اطمینان بالا، حتی شاید ساعات روشن بودن این ژنراتورها به چند ساعت نیز نرسد. این ژنراتورها عمدتا در مراکزی نظیر بیمارستان‌ها، کارخانجات، ساختمان‌های بزرگ (جهت تامین روشنایی حداقلی …) و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- پایه (Prime):
این ژنراتورها عمدتا در مواردی استفاده می‌شود که محلی، برای مدتی موقت، نیاز به برق دارد. به عنوان مثال یک معدن را در نظر بگیرید که مدت زمان بهره‌برداری آن یکسال است؛ در این موارد استفاده از دیزل ژنراتور Prime امری مرسوم است. این ژنراتورها باید قادر باشند ۱۰۰ % توان مورد نیاز را و برای مدت زمان طولانی تامین نمایند. علاوه بر این ژنراتورها به نحوی طراحی می‌شوند که در حدود ۱۰ % اضافه بار را نیز البته برای مدت زمان کوتاهی تحمل و تامین نمایند.
- دائم (Continuous):
ژنراتورهای دائم‌کار در نیروگاه‌ها و برای تولید انرژی الکتریکی جهت تزریق به شبکه برق سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای این نوع ژنراتورها عملا اضافه‌باری تعریف نشده است و در مواقع پیک بار شبکه باید ژنراتورها دیگری به مدار وارد و به پایدار ماندن شبکه کمک نمایند.
- چند منظوره:
این ژنراتورها نیز می‌توانند چندین قابلیت را با هم دارا بوده و بسته به نیاز مورد استفاده قرار گیرند.