سرفصل های مهم این مقاله:
در تمامی نیروگاه‌های حرارتی بخش بخار کشور به جز مواردی که در موقعیت ساحلی دریای خزر و خلیج فارس قرار دارند- جهت
سیستم خنک‌کن سیکل بخار از سیستم‌های خشک مستقیم و غیرمستقیم (ACC & Heller) استفاده می‌شود که در این خصوص آب
مورد نیاز جهت خنک‌کاری می‌بایست از طریق منابع آب زیرزمینی و خصوصاً چاه‌های عمیق نزدیک محل نیروگاه تامین گردد. بر
اساس آمارگیری سالیانه استفاده از منابع آب زیرزمینی در بخش صنعت کشور، میزان استفاده از سال ۱۳۵۱ الی ۱۳۹۴ به شرح جدول ۱
می‌باشد.
جدول ۱- مقدار مصرف بخش صنعت از آب زیرزمینی در سنوات مختلف
انواع سیستم خنک‌کن نیروگاه‌های حرارتی
سیستم‌های خنک‌کن نیروگاه‌های حرارتی را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم‌بندی نمود:
1- سیستم آب تازه (Fresh Water) یا سیستم Once Through
منابع قابل استفاده در این سیستم برای خنک کردن عبارتند از: آب دریا، رودخانه، آب دریاچه و آب دریاچه طبیعی؛ در این روش آب
خنک‌کن به طور مستقیم از یک سمت وارد لوله‌های تجهیز کندانسور شده و پس از اینکه بطور غیرمستقیم عمل کندانس بخار خروجی
توربین با کاهش ۴۰ درجه سانتی‌گرادی بخار آب به آب مایع را باعث گردید، از سمت دیگر با درجه حرارت ۵ الی ۱۰ درجه سانتی‌گراد
بیشتر از آب ورودی، خارج شده و به دریا، رودخانه و یا دریاچه برمی‌گردد (تصویر 1).
سیستم فوق در کشور در نیروگاه‌هایی همانند نکا، پره سر مورد استفاده قرار گرفته است.
تصویر 1- سیستم خنک‌کن Once Through با استفاده از آب دریا
2- سیستم چرخشی (Recirculating System)
این سیستم به دو قسمت تقسیم می‌گردد:
۲-1 سیستم باز یا فرآیند خنک‌کن تر (Wet Cooling System)
در این سیستم آب سیکل بخار توسط افشانک‌هایی بصورت اسپری پاشش می‌شود که به جهت برخورد هوای تازه با آب و عمل تبخیری که صورت می‌پذیرد، دمای آب کاهش می‌یابد؛ همانگونه که از عملکرد این سیستم مشخص است، به علت تبخیر آب حین عملیات خنک‌کاری به آب جبرانی و تغذیه پیوسته سیستم نیاز دارد که باعث می‌گردد مصرف آب بسیاری در این سیستم وجود داشته باشد.
سیستم فوق در کشور در نیروگاه رامین استفاده قرار گرفته است.
۲-2 سیستم بسته یا فرآیند خنک‌کن خشک (Dry Cooling System)
در این نوع برج‌ها هوا با آب در تماس نیست، بلکه با یک سری مبدل‌های حرارتی که حرارت آب یا بخار را به بیرون منتقل می‌کند در
تماس است و به دو قسمت تقسیم می‌گردد
۲-۲-1 برج خشک غیرمستقیم، Indirect Dry Cooling Tower
در این روش حجمی از آب سیستم (جدای از آب سیکل اصلی) که بعنوان آب خنک‌کن در کندانسور جهت خنک‌کاری بخار آب سیکل
خروجی از توربین مورد استفاده قرار می‌گیرد، پس از عملیات کندانس بخار و خروج از کندانسور گرم شده، به طرف برج خنک‌کن
(Heller) هدایت شده و از میان یکسری کویل یا مبدل‌های حرارتی عبور می‌نماید و توسط هوای آزاد یا اجباری (با فن) خنک
می‌گردد. آب خنک شده از مبدل‌های حرارتی برج خارج شده و مجدداً بطرف کندانسور می‌رود. از عمده مزایای این سیستم این
می‌باشد که بعلت در تماس نبودن هوا و آب، تبخیری وجود ندارد که در نتیجه آب کمتری مصرف می‌گردد (تصویر 2).
سیستم فوق در کشور در نیروگاه‌هایی همانند دماوند، سنندج، یزد صدوق و شیروان مورد استفاده قرار گرفته است.
تصویر 2- برج خنک‌کن خشک غیرمستقیم (Heller)
۲-۲-2 برج خشک مستقیم، (Air Condenser) Direct Dry Cooling Tower
در این سیستم بخار مستقیماً از توربین وارد یکسری المان‌های حرارتی می‌گردد که توسط هوا بخار را خنک و کندانس می‌کند؛ به این
علت که در این سیستم کندانسور و برج یکی است بنام کندانسور هوایی نامگذاری شده است تصویر 3).
در این خصوص لازم به توضیح است که کارکرد سیستم‌های خنک‌کن خشک به گونه‌ای است که حین تغییر فاز بخار آب خروجی از
توربین به آب مایع، کاهش درجه حرارت سیال به میزان حدود ۴۰ درجه سانتی‌گراد و همچنین کاهش میزان آنتالپی سیال از حدود
۲۳۰۰ کیلوژول بر کیلوگرم به حدود ۲۰۰ کیلوژول بر کیلوگرم را شاهد هستیم. در سیستم‌های خنک‌کن اشاره شده هزینه سرمایه‌گذاری
سیستم خنک‌کن خشک بیشتر از سیستم تر می‌باشد اما در مکان‌هایی که منابع آب به اندازه کافی در دسترس نباشد و یا تهیه آب
بسیار گران باشد استفاده از سیستم‌های خنک‌کن خشک ضروری می‌گردد.
سیستم فوق در کشور در نیروگاه‌های همانند زواره، چادرملو، کهنوج، سیرجان و بهبهان مورد استفاده قرار گرفته است.
تصویر 3- برج خنک‌کن خشک مستقیم (ACC)
مقایسه سیستم‌های خنک‌کن خشک مستقیم (ACC) و خشک غیرمستقیم (Heller) در مصرف آب نیروگاه حرارتی بخش بخار
میزان آب مصرفی تامین شده توسط منابع آب زیرزمینی در یک واحد نیروگاه بخار با سیستم‌های خنک‌کن خشک مستقیم و غیرمستقیم بصورت ذیل می‌باشد:
1- یک واحد نیروگاه بخار ۱۶۰ مگاواتی با سیستم خنک‌کن خشک مستقیم (ACC)، دارای مصرف آب حدود ۳ مترمکعب بر ساعت می‌باشد که در بخش‌های زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- Steam cycle make-up
- Deluging of auxiliary cooling system
- Closed circuit cooling water system make-up (negligible)
- Demineralization plant internal usage .
- Auxiliary boiler
- Chemical dosing and sampling system
- HVAC filling and make-up
- CPP Pre-coating System (negligible)
2- یک واحد نیروگاه بخار ۱۶۰ مگاواتی با سیستم خنک‌کن خشک غیرمستقیم (Heller)، دارای مصرف آب حدود ۶۰ مترمکعب بر ساعت در بخش‌های زیر می‌باشد.
- Steam cycle make-up
- Deluging of auxiliary cooling system
- Main cooling system make-up
- Closed circuit cooling water system make-up
- Main cooling deluge water
- Demineralization plant internal usage
- Auxiliary boiler
- Chemical dosing and sampling system
- HVAC filling and make-up
- CPP regeneration System (negligible)
همانگونه که در لیست بخش‌های مصرف‌کننده آب نیروگاه بخار مشاهده می‌گردد، تنها تفاوت موجود در سیستم‌های نیروگاهی مورد
نظر، در بخش خنک‌کن اصلی (Main Cooling System) می‌باشد و سایر سیستم‌ها مشابه یکدیگر و یا قابل صرف‌نظر کردن در
مبحث مصرف آب می‌باشد.
مقایسه کارکرد و مشخصات فنی سیستم‌های خنک‌کن ACC و Heller
بر اساس جداول شماره ۳، ۴ و ۵، مشخصات عملکرد و خروجی انرژی سیستم‌های خنک‌کن خشک مستقیم و خشک غیرمستقیم
تحت شرایط مختلف ارائه می‌گردد؛ طی این بررسی مشخص می‌گردد که توان خروجی سیستم خنک‌کن ACC نه تنها در شرایط
مختلف از سیستم Heller کمتر نمی‌باشد بلکه در شرایط پیک (حداکثر) بار نیز دارای عملکرد مناسب و با بهره‌وری بالاتر می‌باشد که
در صورت بالانس مزایا و معایب کلی دو سیستم، انتخاب سیستم خنک‌کن ACC با امتیاز حفظ منابع غیر قابل بازگشت آب زیرزمینی
در کوتاه مدت در نواحی دارای کمبود آب و دارای خشک‌سالی، نسبت به مزایای نسبی سیستم Heller امری مهم و دارای اولویت محسوب می‌گردد.
جدول ۳- مقایسه کیفی سیستم‌های خنک‌کن ACC و Heller
جدول ۴- قدرت خروجی سیستم‌های خنک‌کن ACC و Heller در فصول مختلف
جدول ۵- قدرت خروجی سیستم‌های خنک‌کن ACC و Heller در ساعات پیک بار
حجم مصرف آب نیروگاه حرارتی قابل اجرا در چشم‌انداز پیش رو
با توجه به اینکه بر اساس نیاز صنعت برق و انرژی کشور جهت ایجاد پایگاه‌های توزیع برق در سراسر نقاط کشور، احداث نیروگاه در
استان‌های کم آب مرکزی، شرقی و جنوبی کشور متمرکز می‌باشد و نیز با توجه به سیستم‌های خنک‌کن نقاط مذکور که از نوع خشک
مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌توان طبق پیشرفت اخیر و با توجه به جدول شماره ۶ و بر اساس نیروگاه‌های گازی در حال مطالعه
(جمعاً حدود ۱۰ هزار مگاوات) جهت احداث بخش سیکل ترکیبی بخار (با میانگین واحدهای ۱۶۰ مگاواتی رایج)، بیش از ۳۰ واحد بخار
قابل اجرا در این مناطق را پیش‌بینی نمود که در این صورت و با بکارگیری سیستم خنک‌کن نیروگاهی از نوع خشک مستقیم (ACC)،
کاهش میزان مصرف آب خام از منابع زیرزمینی، سالیانه بالغ بر ۸ میلیون مترمکعب خواهد بود که این میزان در چشم‌اندازی سی‌ساله
می‌تواند از هدر رفت حجمی بیش از ۷۰۰ میلیون مترمکعب از منابع آب زیرزمینی پیشگیری به عمل آورد.
این مورد در حالی است که با بررسی تکمیلی جدول شماره ۶ و در صورتی که نیروگاه‌های احداث شده پیشین دارای سیستم خنک‌کن
Heller با جایگزینی سیستم خنک‌کن ACC (در نواحی کم آب) می‌بود همانند استان‌های یزد، اصفهان، کرمان، تهران، سیستان و
بلوچستان، هرمزگان، خراسان، خوزستان، مرکزی، به میزان ۱۲ میلیون مترمکعب در سال شاهد کاهش مصرف و حفظ منابع آب
زیرزمینی در آن مناطق بودیم.
جدول ۶- نیروگاه‌های حرارتی برق احداث شده، در حال اجرا و در دست مطالعه کشور تا سال ۱۳۹۵
