بلک استارت و بلک اوت در نیروگاه

بلک استارت یک مقوله بسیار مهم در نیروگاه‌ها می‌باشد که در واقع عملیات پشتیبانی را انجام می‌دهد، اکثر افراد تصور می‌کنند که بلک استارت جهت راه‌اندازی صفر نیروگاه هست این طرز تفکر صحیح می‌باشد ولی وجود مقوله Black Start تنها به اینجا ختم نمی‌شود چراکه نیازهای مهم‌تری نیز می‌باشد که احتمال رخداد آنها به‌مراتب بسیار بیشتر از حالت اول است.

دانلود فیلم معرفی بلک استارت و بلک اوت – Full HD | با حجم 80 مگابايت

حالت اول:

در حالت کار عادی یک واحد گازی، همهٔ دستگاه‌ها به صورتی کاملاً هماهنگ و محافظت شده با هم در تعامل می‌باشند، اما در هنگام قطع ناگهانی برق به هر دلیلی، شاهد خسارات بسیار سنگینی خواهیم بود، در ابتدا لازم می‌دانم توضیحی در مورد قسمت‌های بسیار مهم یک واحد گازی ارائه بدهم؛

در ژنراتورهای سنکرون نیروگاه‌ها به دلیل سرعت بالا به‌جای استفاده از بلبرینگ از یاتاقان استفاده می‌شود بدین صورت که رتور در میان روغن شناور است شاید سوال برایتان پیش آید چگونه می‌توان بر فشار گرانش قالب شد؟ جواب سادس با فشار بسیار زیاد. در واقع رتور بروی یک جک روغنی (همانند جک اتومبیل) سوار است و روغن با فشار بسیار زیاد این رتور را نگه می‌دارد، قسمت جالب این جاست که فاصله رتور و جسم ثابت که در میان روغن وجود دارد حدود چند میلی‌متر است!!

همان گونه که در تصویر بالا می‌بینید این فاصله بسیار کم است.

در قسمت ثابت از ماده‌ای به نام “بابیت” که در واقع نوعی سرب هست استفاده می‌شود و میزان نرمی آن از آلیاژ روتور بیشتر است تا در صورتی که روتور بروی آن افتاد رتور صدمه نبیند بلکه بابیت خورده شود (شبیه عملکرد چکش مسی).

روتور معمولاً 40 تن وزن دارد ولی تنها روتور نیست بلکه یک شفت بسیار بلند تا توربین در واحد وجود دارد که در نهایت وزن آن به 150 تن می‌رسد که وزنی بسیار بالاست.

در تصویر بالا شفت و توربین را مشاهده می‌نمایید، این روغن برای واحد بسیار مهم است و همواره باید روان کاری به‌صورت پیوسته صورت گیرد تا واحد، مگاوات مورد نظر را تحویل دهد.

حال تصور کنید برای لحظه این روان کاری از کار خود باز ایست و محور 150 تنی ما که با سرعت 3000 دور در دقیقه می‌چرخد کمی تاب بردارد (در حد میلی‌متر) چه خواهد شد؟ پاسخ چیزی جز فاجعه نخواهد بود.

بدین ترتیب در نیروگاه باتری‌هایی کمکی در نظر گرفته شده است تا در صورت وقوع سانحه به‌سرعت وارد عمل شده و تغذیه یک موتور DC را جهت روغن‌کاری را تامین نماید و اگر باتری مشکل داشت (ما فرض کرده‌ایم تنها یک واحد در مدار است) دیزل‌هایی وارد مدار خواهند شد که توانایی تولید برق 400 ولت را دارا هستند و اگر باز این دیزل‌ها نتوانستند پاسخگو باشند از یک سری باتری اضافه استفاده خواهد گردید و اگر باز این باتری‌ها مشکل داشتند دیزل‌های 6.6 کیلوولت بلک استارت وارد مدار خواهند شد، مسلماً وجود این‌همه پشتیبانی پشت‌درپشت اهمیت این فرآیند روغن‌کاری را به‌خوبی نشان می‌دهد.

حالت دوم:

بلک استارت برای اجرا معمولاً نیاز به حالت Black Out دارد.

بلک اوت (Black Out) حالتی است که برق قسمت زیادی از کشور یا کل کشور به صورت کامل قطع می‌شود.

بلک اوت تقریباً برای هر کشوری در بازهای مختلفی به دلایل متفاوتی رخ‌داده است، برای مثال در ایران در تاریخ‌های: 1380/02/30 ساعت 12 و 1382/01/02 ساعت 21:20 شاهد بلک اوت بوده‌ایم و تقریباً برق کل کشور قطع گردید! به این دو تاریخ، دوران سیاه برق ایران می‌گویند.

در ترکیه نیز در تاریخ 1394/01/11 شاهد این پدیده بوده‌ایم.

همان‌طور که می‌دانید انواع نیروگاه در کشور از قبیل؛ “نیروگاه سیکل ترکیبی“، “نیروگاه هسته‌ای“، “نیروگاه انبساطی” و… موجود است در حالت عادی برای استارت هر واحد نیاز به 10% مگاوات تولیدی آن واحد داریم (نیروگاه‌های بخار)، به طور مثال برای راه‌اندازی یک واحد گازی با توربین مدل V94.2 به 4 مگاوات برق نیازمندیم زیرا در لحظه استارت ژنراتور توربین نمی‌تواند روتور را به‌سرعت نامی برساند و به همین دلیل ابتدا ژنراتور به‌صورت موتوری استارت شده (در این حالت 7000 آمپر برق نیاز داریم) که جهت کم کردن جریان راه‌اندازی از حالت اینورتری (راه‌اندازی با تغییر فرکانس و ولتاژ – SFC) استفاده می‌گردد و پس از اینکه به فرکانس 40 هرتز رسیدیم تحریک موتوری را قطع کرده (ژنراتور یک جسم جامد می‌شود – نه موتور نه ژنراتور) و در همان جهت تحریک DC روتور را وصل می‌کنیم تا به حالت ژنراتوری برسیم در این لحظه هم‌زمان توربین آتش کرده و به‌سرعت و فرکانس نامی می‌رسیم، تمام این عملیات در دستگاهی به نام GCB (Generator Circuit Breaker) به معنی کلید مدارشکن ژنراتور انجام می‌گردد.

احتمالاً تاکنون متوجه شده‌اید که برای راه‌اندازی یک واحد به برق نیاز داریم، در حالت عادی این برق از سایر واحدها گرفته می شود و یا در بدترین حالت از شبکه، ولتاژ فشارقوی وارد ترانس شده و سطح ولتاژ کاهش‌یافته و جهت راه‌اندازی واحد استفاده می‌کنیم، اما گاهی حالتی پیش می‌آید که برق شبکه به‌صورت کامل قطع می‌باشد (Black Out) در این حالت دیزل‌هایی با قدرت 6.6 کیلوولت وارد عمل می‌شوند.

این دیزل‌ها توان تولید 2.5 مگاوات برق را دارند که ترکیبی از یک موتور احتراق و یک ژنراتور سنکرون می‌باشند، در کشورمان تنها چهار نیروگاه توانایی استارت در حالت بلک اوت را دارا هستند که به نیروگاه دماوند، رامین اهواز، سد سیاه بیشه و نیروگاه کرمان می‌توان اشاره نمود، البته درحال‌حاضر تعداد این نیروگاه‌ها افزایش یافته است.

Black Out چیست

Black Out حالتی در شبکه برق است که دیسپاچینگ یا مرکز کنترل شبکه برق در اثر اتفاقات ناخواسته‌ای از قبیل اتصال در خطوط انتقال یا قطع شدن یکی از خطوط اصلی یا از دست‌دادن ناگهانی مقدار زیادی از منابع تولیدمثل، تریپ کردن هم‌زمان چند نیروگاه یا نوسانات فرکانس شبکه به‌صورت غیرقابل‌کنترل (کنترل‌کنندگان شبکه تمام سعی خود را برای جلوگیری از هرگونه نوسان بار در تولید و توزیع و نیز جلوگیری از اتفاقات غیرمترقبه و ناخواسته با استفاده از مدیریت در شبکه قدرت انجام می‌دهند) و … از دست می‌دهد.

درهرصورت اگر چنین اتفاقی رخ دهد می‌توان حالت‌های متفاوتی را در نظر گرفت، از جزیره‌ای شدن شبکه تا Black Out کامل شبکه که بدترین اتفاق ممکن برای یک شبکه قدرت می‌باشد.

محدودیت‌های بلک استارت

تمام نیروگاه‌ها برای استفاده در بلک استارت مناسب نمی‌باشند. توربین‌های بادی برای این منظور بدترین هستند چراکه ممکن است در لحظهٔ راه‌اندازی بادی وجود نداشته باشد. توربین‌های بادی و توربین‌های آبی کوچک اغلب به ژنراتورهای آسنکرون متصل هستند که توانایی تولید انرژی الکتریکی برای برق‌دار شدن شبکه را ندارند. واحدهای بلک استارت همچنین باید هنگامی‌که به بارهای رآکتیو بزرگ خطوط انتقال متصل می‌شوند پایدار بمانند. بسیاری از کنورترهای HVDC نمی‌توانند به یک شبکه قطع شده برق‌رسانی کنند چراکه خود برای کموتاسیون نیاز به توان الکتریکی دارند. البته این امر برای ایستگاه‌های HVDC بر پایهٔ VSC یا ادوات فکتس صادق نیست.

مراحل یک بلک استارت

مراحل راه‌اندازی بلک استارت به صورت زیر است:

1. از یک باتری برای روشن‌کردن یک دیزل ژنراتور کوچک در نیروگاه آبی استفاده می‌شود.
2. خروجی دیزل ژنراتور برای راه‌اندازی نیروگاه آبی بکار برده می‌شود.
3. توان الکتریکی خروجی نیروگاه آبی به شبکه تزریق می‌شود.
4. توان الکتریکی نیروگاه آبی برای راه‌اندازی یکی از نیروگاه‌های فسیلی بار پایه بکار برده می‌شود.
5. توان الکتریکی تولید شده توسط نیروگاه فسیلی برای راه‌اندازی دیگر نیروگاه‌های متصل به شبکه استفاده می‌گردد.

سؤالات متداول بلک استارت

سخن پایانی

با توجه به توضیحاتی که داده شد قطعاً به اهمیت بلک استارت و پیامدهای بلک اوت پی برده‌اید، شاید در عمل بلک اوت هرچند سال یک‌بار هم به‌زحمت به وقوع بپیوندد ولی به دلیل اهمیت تبعات بسیار زیاد آن باید چند نیروگاه حساس و منتخب در نقاط مختلف کشور قابلیت بلک استارت را داشته باشند تا در زمان مناسب به‌سرعت وارد عمل شده و کشور را از خاموشی مطلق نجات دهند.

راستی! برای دريافت مطالب جديد در پیج اینستاگرم PowreEn عضو شويد.