آشنایی مختصر با دیزل ژنراتورها

قانون بقای انرژی

قانون بقای انرژی که همان قانون یا اصل اول ترمودینامیک است از ثبات انرژی صحبت می‌کند. این قانون بیان می‌کند که میزان کلی انرژی در دنیا همواره مقدار ثابتی است. بر طبق این اصل، انرژی نه خلق می‌شود و نه از بین می‌رود بلکه از حالتی به حالت دیگر تغییر می‌یابد.

اما بر اساس قانون دوم ترمودینامیک در تبدیل انرژی از حالتی به حالت دیگر همواره مقداری از آن به گرما تبدیل می‌شود. یعنی نمی‌توانیم انتظار داشته باشیم 100 درصد انرژی از حالتی به حالت دیگر تبدیل گردد و یا به بیان ساده‌تر راندمان 100 درصدی وجود ندارد.

ژنراتور

ژنراتورها نوع خاصی از مبدل‌های انرژی هستند که انرژی حاصل از یک سوخت معمولاً فسیلی را به انرژی الکتریکی (برق) تبدیل می‌کنند. در این دستگاه نیز قانون اول ترمودینامیک حاکم است یعنی به ازای همان مقدار انرژی درونی سوخت، در خروجی انرژی معادل حاصل می‌شود.

این در حالی است که بنابر اصل دوم ترمودینامیک، در راه تبدیل این انرژی‌ها همواره مقداری از این انرژی‌ها به گرما تبدیل شده و به همین دلیل همواره ژنراتورها راندمانی کمتر از 100 درصد دارند. ژنراتورها دستگاه‌های مبدل انرژی هستند که وظیفه‌ی تأمین برق تحت شرایط خاص در نقاط مختلف را بر عهده دارند. این دستگاه قادر به تولید برق از 1 کیلووات تا 2000 کیلووات (2mva) است و بنابر نوع استفاده به‌صورت زیر تقسیم بندی می‌شوند:

1-ژنراتور با کاربرد مولد اضطراری (Standby): نوعی ژنراتور که وظیفه‌ی تأمین برق در شرایط اضطراری یا در زمان قطع برق را بر عهده دارد. معمولاً در انواع بزرگ که در کارخانه‌ها و مراکز بزرگ تجاری و صنعتی به کار می‌رود، به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که به محض قطع برق به صورت خودکار وارد مدار شده و جریان برق را برقرار می‌کنند.

البته این مکانیزم با ایجاد یک مدار کنترلی در مسیر ژنراتورهای کوچک و خانگی هم قابل اجرا است. برای این نوع ژنراتورها، می‌توان شرایط خاص را تعریف کرده و آماده‌ی سرویس‌دهی کرد. مثلاً با تعریف اینکه با کاهش 10 درصدی از جریان و یا ولتاژ برق مدار، به‌صورت خودکار وارد مدار شود.

2- ژنراتور با کاربرد مولد پایه (Prime): این نوع ژنراتورها برای کاربردهای مسافرتی و موقتی طراحی شده‌اند. به‌طور مثال ژنراتورهای مورد استفاده در اردوگاه‌های تفریحی از این نوع هستند.

3- ژنراتور با کاربرد مولد متوالی (Continuous): این نوع ژنراتورها به‌عنوان منبع اصلی برق به کار می‌روند. به‌طور مثال در مناطق دورافتاده که امکان دسترسی به برق شبکه سراسری وجود ندارد از این نوع ژنراتورها به‌عنوان منبع تولید جریان برق استفاده می‌شود. ژنراتورهای مورداستفاده جهت تولید برق در نیروگاه‌های برق نیز از این نوع هستند.

4-ژنراتور با کاربرد مولد چندمنظوره: این نوع ژنراتورها برای هر دو قابلیت منبع اصلی و منبع اضطراری تنظیم می‌شوند. البته پیشنهاد می‌شود که از ژنراتور با این شرایط استفاده نشود چون نیاز نیست که مثلاً در یک مبدل که جهت تولید برق دائمی استفاده می‌شود تابلو قطع و وصل اضطراری نصب شود. به هر حال فرض را بر این می‌گیرند که اگر یک مبدل در حالت موقت و یا اضطراری بر روی 1000 کیلووات تنظیم می‌شود، در حالت متوالی برای جریان 800 تا 850 کیلووات مناسب است.

ژنراتورها از سوخت‌های متفاوتی استفاده می‌کنند و معمولاً شرکت‌های تولیدکننده و یا فروشنده به مانند شرکت تجارت و صنعت سعدی انواع متفاوتی از آن را به بازار ارائه می‌دهند.

ژنراتورها بر اساس نوع برق تولیدی می‌توانند تولیدکننده‌ی برق تک فاز و یا سه فاز صنعتی باشند. از طرفی همان‌طور که قبلاً هم ذکر شد، بخشی از انرژی سوخت داده شده به دستگاه در مسیر تبدیل به انرژی الکتریکی، به گرما تبدیل می‌شود که برحسب مورد، معمولاً‌ ژنراتورها با هوا یا آب خنک می‌شوند. سوخت مصرفی در ژنراتورها معمولاً از نوع سوخت‌های فسیلی است. این نوع مبدل‌های الکتریکی برای استفاده با بنزین، گازوئیل، مازوت و یا حتی از زغال سنگ طراحی می‌شوند. در تعدادی از این ژنراتورها همزمان از چند نوع سوخت استفاده می‌شود و یا گاهی قابلیت استفاده از چند نوع سوخت را به صورت انفرادی دارند. نوع گازوئیل سوز ژنراتور به دیزل ژنراتور معروف است.

دیزل ژنراتور

دیزل ژنراتورها که به موتور برق نیز معروف هستند با بهره‌گیری از گازوئیل به‌عنوان سوخت، انرژی الکتریکی تولید می‌کند. دیزل ژنراتور معمولاً از دو قسمت اصلی ژنراتور الکتریکی و موتور دیزلی تشکیل می‌شود. دیزل ژنراتورهای تک فاز معمولاً جهت تولید برق‌های با توان پایین‌تر ساخته می‌شوند درحالی‌که دیزل ژنراتورهای سه فاز که معمولاً ساختار ظاهری بزرگ‌تر داشته و بسیار قوی‌تر هستند، توان تولید برق زیادی دارند. این ژنراتورها گاهی برق یک کارخانه عظیم را تولید می‌کنند و گاهی برای تولید برق یک شهر طراحی می‌شوند.

برحسب اینکه چه میزان خروجی برق برای یک ژنراتور طراحی شود و یا اینکه تک فاز و یا سه فاز باشد، قیمت دیزل ژنراتور هم متفاوت است. از طرفی مصرف سوخت در دیزل ژنراتور برحسب توان خروجی آن تعریف می‌شود. ازنظر تئوری تقریباً به ازای هر کیلووات ساعت برق تولیدی، بین 200 تا 240 گرم گازوئیل مصرف می‌شود. 

بنابراین در خرید یک دیزل ژنراتور باید دقت کرد و قبل از خرید، از توان مورد نیاز مطمئن شویم. زیرا با خرید یک موتور برق با توان بالاتر، جدا از آن که مبلغ بیشتری را هزینه می‌کنیم، باید سوخت بیشتری را هم بسوزانیم. به‌طور مثال قیمت یک دیزل ژنراتور پرکینز، با توان تولید برق 88 کیلووات حدود دو برابر قیمت دیزل ژنراتور پرکینز، با توان تولید برق 50 کیلووات است و این در حالی است که میزان سوخت مصرفی در دیزل ژنراتور پرکینز 88 کیلوواتی حدود 30 درصد بالاتر است.

بنابراین در یک برآورد اشتباه، خریدار مجبور است 50 درصد بیشتر سرمایه‌گذاری کند و از طرفی 30 درصد بیشتر سوخت بسوزاند. از این رو اغلب شرکت‌های بازرگانی و فروشندگان دیزل ژنراتورها به مانند شرکت تجارت و صنعت سعدی، برای راهنمایی خریداران از گروه متخصص و مشاور بهره می‌گیرند تا مشتریان بتوانند بهترین گزینه را برای شرایط خاص خود انتخاب کنند.

از طرفی طریقه‌ی مصرف، شرایط نگهداری و بهره برداری از دیزل ژنراتورها بسیار اهمیت داشته و حتی می‌تواند در میزان مصرف سوخت هم تأثیرگذار باشد.

شرایط آب و هوایی و محل قرارگیری دیزل ژنراتورها بسیار اهمیت دارد. به همین دلیل است که معمولاً شرکت‌هایی مثل شرکت تجارت و صنعت سعدی برای آشنایی خریداران از کاتالوگ‌های مخصوص برای هر دستگاه استفاده می‌کنند که ضمن روشن کردن مشخصات دقیق دستگاه برای مشتریان دیزل ژنراتور، شرایط استفاده صحیح و هرگونه اطلاعات دقیق دیگر را در آن قید می‌کنند.

معمولاً دستگاه‌های دیزل ژنراتور در دو کلاس مختلف با دور 1500 دوران در دقیقه برای تولید برق با فرکانس 50 هرتز و یا با دور 1800 دوران در دقیقه جهت تولید برق با فرکانس 60 هرتز ساخته می‌شوند. همانطور که می‌دانیم برق با فرکانس 50 هرتز مربوط به کشورهای اروپایی و برق با فرکانس 60 هرتز مربوط به کشورهای آمریکایی هست. از طرفی با توجه به اینکه ایران نیز از برق با فرکانس 50 هرتز بهره می‌برد، لذا اغلب، ژنراتورهایی مثل دیزل ژنراتور پرکینز که محصول کشور انگلستان بوده و یا در بازار مشترک اروپا تولید می‌شود، بدون اعمال تغییرات خاصی در کشور ما قابل استفاده هستند. 

امروزه کشورها برای کاهش مصرف سوخت ژنراتورها، پروژه‌های بسیاری تعریف می‌کنند و اهمیت مصرف سوخت فسیلی را بر اساس استانداردهای مختلف برای تولیدکنندگان دیزل ژنراتورها به کرات گوشزد می‌شوند. این امر از این نظر اهمیت دارد که یک دیزل ژنراتور در 24 ساعت کاری ممکن است میزان بالایی سوخت مصرف نکند ولی زمانی که این مقدار در تعداد روزهای مصرفی سال و تعداد ژنراتورهای فعال در یک کشور ضرب شود، عمق فاجعه بیشتر قابل درک است.

امروزه با توجه به مطرح شدن موضوع گازهای گلخانه‌ای و اهمیت استفاده کمتر از سوخت، پیمان‌نامه‌های متعددی تدوین شده که از کشور مختلف جهان می‌خواهد تا به جمع کشورهای حامی طبیعت بپیوندند.

برای کاستن از سر و صدای دیزل ژنراتورهای بزرگ سه فاز اغلب برای آن‌ها اتاق‌هایی ساخته می‌شود و این دیزل ژنراتورها در داخل آن‌ها قرار می‌گیرند.

این امر سبب می‌شود از صدای این دستگاه‌ها به طور قابل توجهی کاسته شده و از طرفی شرایطی برای کنترل آلودگی آن‌ها هم فراهم شود. به این صورت که در مسیر خروجی دود این دیزل ژنراتورها دودکش‌های مخصوص طراحی می‌شود تا جریان آلوده کننده را مهار کرده و تحت کنترل درآورد. ضمن این که شرایطی را هم به وجود می‌آورد که در مسیر خروج دود از اتاقک فیلترهای مخصوصی نصب گردد.