محولات الجهد العالي في محطات توليد الطاقة الحرارية: تعزيز الكفاءة وتقليل الانبعاثات

تظل الطاقة الحرارية ضرورية في خليط الطاقة العالمي، ومع ذلك تواجه الأنظمة التقليدية تحديات استهلاك الطاقة العالي والانبعاثات، مما يتطلب الابتكار لتحقيق عمليات أكثر صداقة للبيئة. توفر المعتقات ذات الجهد العالي، من خلال تنظيم سرعة المحرك، حلًا فعالًا لتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتقليل الانبعاثات في محطات الطاقة.

1 نظرة عامة على المعتقات ذات الجهد العالي

تحكم المعتقات ذات الجهد العالي في المحركات والمحوّلات ذات الجهد العالي عن طريق تعديل التردد، مما يسمح بتحقيق وفورات في الطاقة وتحسين الكفاءة وتمديد عمر المعدات. تتكون النظام من المعتقات ومفاتيح الدائرة والفصل والترانزستورات، تعمل بشكل متناسق لتحقيق أداء مستقر. تعتبر المعتقة، وهي العنصر الأساسي، تقوم بتعديل الديناميكي للجهد والتردد لتلائم متطلبات الحمل، مما يحسن الأداء. هذا يقلل من استهلاك الطاقة ويحد من الأضرار الناجمة عن التشغيل المتكرر أو الإفراط في الحمل، مما يمدد عمر المعدات.

تحمي مفاتيح الدائرة من الإفراط في الحمل والدوائر القصيرة؛ تضمن مفاتيح الفصل السلامة أثناء الصيانة. تمكن الترانزستورات من السيطرة الدقيقة على التيار، مما يعزز دقة الأداء. هذه المكونات الموثوقة تدعم الاستخدام الواسع للمعتقات ذات الجهد العالي في قطاعات الطاقة والنفط والكيماويات والميتالورجيا لتشغيل المراوح والمضخات والضغط الهوائي بكفاءة.

2 قيمة التطبيق في إنتاج الطاقة الحرارية
2.1 تحسين كفاءة الغلاية

تعتبر الغلايات مركزية في تحويل الطاقة، وتؤثر مباشرة على كفاءة المحطة والانبعاثات. تحسن المعتقات ذات الجهد العالي أداء الغلايات عن طريق تمكين التحكم في السرعة بدون خطوات للمضخات المغذية والمراوح المرغمة والمراوح الشفط. هذا يسمح بالتعديل الديناميكي بناءً على الحمل واحتياجات الاحتراق، مما يحافظ على تدفق المياه والهواء والغازات المداخنة الأمثل. يقلل التحكم الدقيق من هدر الطاقة بسبب الإفراط في التزويد ويمنع الاحتراق غير الكامل بسبب نقص الهواء، مما يعزز الكفاءة الحرارية والاستقرار. كما يقلل من التآكل الميكانيكي والاهتزاز، مما يمدد عمر المعدات ويقلل من تكاليف الصيانة.

2.2 تقليل الخسائر الحرارية في التوربينات

تعتبر التوربينات البخارية حيوية لتحويل الطاقة، ولكن الخسائر الحرارية تقلل من الكفاءة وتزيد من التكاليف. تخفف المعتقات ذات الجهد العالي من هذا الأمر عن طريق إدارة دقيقة لتدفق البخار وتنظيم السرعة. على عكس السيطرة الثابتة على الصمامات، تقوم المعتقات بتعديل تدفق البخار في الوقت الحقيقي لتلائم متطلبات الحمل، مما يحافظ على التوربينات في نطاقات الكفاءة القصوى. كما تسهل انتقالات السرعة أثناء بدء التشغيل والإيقاف والتغيرات في الحمل، مما يقلل من هدر الطاقة والتوتر الميكانيكي، وبالتالي تحسين الموثوقية والأداء الاقتصادي.

2.3 تقليل استهلاك الطاقة في المحطة

يستخدم المعدات المساعدة مثل المضخات والمراوح كمية كبيرة من طاقة المحطة، مما يؤثر على الإنتاج الصافي والاقتصاد. تقلل المعتقات ذات الجهد العالي من هذا الأمر عن طريق تمكين التحكم في سرعة المحرك بدون خطوات، وتعديل الطاقة لتلائم احتياجات الحمل الفعلية. هذا يتجنب مشكلة "المحرك الكبير"، مما يقلل من استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، تقوم المعتقات على مضخات التبريد والمراوح بتعديل التدفق بناءً على الطلب، مما يقلل من الهدر. كما تزيد من كفاءة المعدات المساعدة وتقلل من التآكل الناجم عن التقلبات، وتمدد العمر وتقلل من تكاليف الصيانة وإيقاف العمل.

3 تطبيقات محددة في الطاقة الحرارية
3.1 في أنظمة الغلايات

بeyond التحكم الأساسي في السرعة، تدعم المعتقات ذات الجهد العالي تحسين الغلايات المتقدمة. مع تكامل المستشعرات وتحليل البيانات، تمكن من التحكم الذكي في الاحتراق عن طريق مراقبة درجة حرارة اللهب والغازات المداخنة ومحتوى الأكسجين، وتعديل الوقود والهواء لتحقيق الكفاءة القصوى والانبعاثات المنخفضة من NOx وSOx.

كما تحسن قدرة متابعة الحمل. باستخدام الخوارزميات التنبؤية، تقوم المعتقات بتعديل إنتاج الغلاية في توقع الطلب على الشبكة، مما يعزز المرونة ويقلل من الخسائر الناجمة عن التقلبات في الحمل. التكامل العميق مع DCS و SIS يتيح التحكم المنسق مع التوربينات والمولدات، مما يحسن الكفاءة العامة للمحطة والاستجابة من خلال مشاركة البيانات والتخطيط الموحد، مما يدعم التحول الذكي والفعال للمحطة.

3.2 في أنظمة مضخات المكثفات

تعمل مضخات المكثفات التقليدية بسرعات ثابتة، مما يؤدي إلى هدر الطاقة. تحل المعتقات ذات الجهد العالي هذه المشكلة من خلال تمكين التحكم الدقيق في السرعة بناءً على تدفق المكثفات (الشكل 1). تتباطأ المضخات عند الأحمال المنخفضة لتوفير الطاقة وتتسارع عند الأحمال العالية للحفاظ على التزويد، مما يضمن الاستقرار.

يقوم النظام بمراقبة درجة حرارة المحرك والتيار والجهد في الوقت الحقيقي، باستخدام الحماية المدمجة لمنع الإفراط في الحمل والأعطال، مما يمدد عمر المعدات. يتم التكامل مع سيطرة الغلايات والتوربينات لتحسين دورة البخار والماء، مما يحقق الكفاءة القصوى. يمكن المراقبة عن بعد وتشخيص الأعطال من الكشف المبكر عن المشكلات، مما يمنع التوقف غير المخطط له. تساعد تحليل البيانات على تحسين العمليات بشكل أكبر، مما يكشف عن وفورات إضافية في الطاقة ويعزز الأداء الاقتصادي.

3.3 تطبيق المعتقات ذات الجهد العالي في أنظمة إزالة الغبار

يقدم تطبيق المعتقات ذات الجهد العالي في أنظمة إزالة الغبار حلًا جديدًا لتحسين الأداء البيئي وكفاءة الطاقة في محطات الطاقة الحرارية. مع التحكم المرن في السرعة والتنسيق الذكي والفوائد البيئية الكبيرة، أصبحت المعتقات ذات الجهد العالي خيارًا رئيسيًا لترقية وتحسين أنظمة إزالة الغبار.

وبشكل محدد، يشمل عملية التحكم بالمعتق ذو الجهد العالي في نظام إزالة الغبار في محطة الطاقة خطوات رئيسية مثل ضبط وضع الرمح، حساب الانحراف، السيطرة بواسطة PLC، تنظيم السرعة بتغير التردد، وأخيرًا تحسين التغذية الراجعة، كما هو موضح في الشكل 2. يعتبر موقع رمح الأكسجين حاسمًا لفعالية إزالة الغبار. تستخدم الطرق التقليدية الضبط الثابت، وغير قادرة على التعديل في الوقت الحقيقي بناءً على تركيب الغازات المداخنة وأداء إزالة الغبار. على الجانب الآخر، تقوم المعتقات ذات الجهد العالي بتضمين مستشعرات عالية الدقة لمراقبة تركيز الغبار ومحتوى الأكسجين في الغازات المداخنة في الوقت الحقيقي، وحساب موقع الرمح الأمثل بشكل ديناميكي باستخدام الخوارزميات المحددة مسبقًا. في هذه العملية، لا يقوم المعتق فقط بدفع التحكم في سرعة المحرك، ولكنه يشارك أيضًا في التغذية الراجعة المغلقة لضبط الموقع، مما يضمن الاستجابة الدقيقة والسريعة لأوامر التوضع.

يعمل جهاز التحكم المنطقي البرمجي (PLC)، باعتباره الوحدة الأساسية للتحكم، على تنسيق تشغيل جميع مكونات النظام. يتيح التكامل الوثيق بين المعتق ذو الجهد العالي وجهاز التحكم المنطقي البرمجي (PLC) تحقيق التحكم الدقيق في كل جزء من نظام إزالة الغبار. من خلال استلام إشارات التحكم من PLC، يقوم المعتق بضبط السرعة بدقة لمروحة إزالة الغبار لتتوافق مع تدفق الغازات المداخنة الحالي وتركيز الغبار. تساهم استراتيجية التحكم في السرعة التي تعتمد على البيانات في الوقت الحقيقي في تحسين فعالية إزالة الغبار بينما تتجنب هدر الطاقة والأضرار الناجمة عن النفخ الزائد.

يتجاوز تطبيق المعتقات ذات الجهد العالي مجرد التحكم في السرعة، حيث يمكّن من تحسين مستمر لاستراتيجيات التحكم من خلال آليات التغذية الراجعة. من خلال مراقبة المؤشرات الرئيسية مثل تركيز انبعاثات الغبار وشفافية الغازات المداخنة في الوقت الحقيقي، يقوم المعتق بضبط تلقائي للمعلمات التحكمية بناءً على بيانات التغذية الراجعة، مما يحقق التنظيم التكيفي. يعزز هذا التحسين المستمر بشكل كبير من استقرار النظام وموثوقيته بينما يقلل من تكاليف التشغيل والصيانة.

4 الخلاصة

باختصار، يظهر التطبيق الواسع للمعتقات ذات الجهد العالي في إنتاج الطاقة الحرارية - بما في ذلك إدارة الغلايات الذكية وتحكم المضخات المكثفة بكفاءة وإزالة الغبار المحسنة بيئيًا - قيمتها وقدراتها الهائلة. من خلال التنظيم الدقيق للسرعة والتحسين الذكي للنظام والتحكم بالتغذية الراجعة في الوقت الحقيقي، لا تحسن المعتقات ذات الجهد العالي فقط كفاءة استخدام الطاقة والأداء البيئي، بل تعزز أيضًا مرونة واستقرار النظام، مما يوفر الدعم الفني القوي لتشغيل محطات الطاقة بشكل مستمر وكفوء وآمن.