فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی تحولات گستردهای را به وجود آوردهاند. در عصر حاضر، نیروگاهها نیز مانند سایر مراکز تولیدی و صنعتی چارهای جز همسو شدن با تکنولوژیهای مدرن ندارند. این تکنولوژیها همچون روحی تازه به کالبد تمام تجهیزات موجود در نیروگاهها دمیده شدهاند. به این ترتیب نه تنها کارایی فرایندهای موجود ارتقا داده شده است، بلکه بسیاری از ناممکنها نیز دیگر به راحتی قابل انجام هستند. حال به لطف این دستاوردهای شگرف میتوان برق را با سرعت و کیفیت بالایی تولید و ذخیره کرد و آن را با کمترین میزان هدر رفت به دورترین مقاصد انتقال داد. علاوه بر موارد ذکر شده، فناوریهای نوین امنیت را نیز در سطح مطلوبی تامین مینمایند.
تکنولوژیهای جدید | کاربردها | ویژگیها |
هوش مصنوعی | کنترل هوشمند فرایندها، مدیریت بهینه توزیع انرژی با توجه به حجم تقاضا، پیشگیری از خرابی تجهیزات.
| توانایی پردازش دادههای بزرگ و به دست آوردن الگوی رفتاری تجهیزات، قابلیت تصمیم گیری خودکار و هوشمندانه.
|
اینترنت اشیا | مانیتورینگ و نظارت بر عملکرد سیستمهای نیروگاه از راه دور، پیشگیری از بروز خطاهای انسانی.
| امکان یکپارچه سازی تجهیزات تحت شبکهای واحد، جمع آوری و ارسال دادهها به صورت بلادرنگ.
|
بلاکچین | تامین امنیت سایبری نیروگاه، ایجاد بازارهای امن برای مدیریت خرید و فروش.
| ایجاد شبکه غیر متمرکز و غیر قابل ویرایش برای ثبت اطلاعات، ضریب اطمینان بالا در نگهداری دادهها.
|
نانومواد | ساخت عایقهای الکتریکی و حرارتی مقاوم، ساخت پرههای سبک با طول عمر بالا، طراحی مبدلهای حرارتی با کیفیت.
| وزن کم و استحکام بسیار بالا، مقاومت بالا در برابر حرارت، سایش و خوردگی. |
سیستم های هوشمند تجهیزات نیروگاهی
با پیادهسازی فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی میتوان عملکرد و بازدهی این مراکز را به نحو موثری بهبود بخشید. به نقل از سایت phoenixcontact
«بکارگیری سیستمهای هوشمند در نیروگاهها امری اجتناب ناپذیر محسوب میشود. این سیستمها مجهز به سختافزارها و نرمافزارهای مدرنی هستند که بهرهوری را افزایش داده و هزینهها را تا حد قابل قبولی کاهش میدهند. این سیستمها همچنین میتوانند با نظارت متمرکز، احتمال بروز اشتباه در زیر سیستمهای مختلف را به حداقل برسانند. سیستمهای هوشمند نیروگاهی از فناوریهای جدید مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا بهره میبرند.»
سیستمهای مبتنی بر هوش مصنوعی
هوش مصنوعی میتواند همچون یک دستیار خبره و خستگی ناپذیر در کنترل فرایندهای نیروگاه ایفای نقش کند. سیستمهای هوش مصنوعی میتوانند به صورت مستقل و دائمی دادههای حیاتی را از تمام بخشها جمع آوری کرده و بر اساس الگوریتمهای پیشرفته آنها را تجزیه و تحلیل نمایند. به این ترتیب الگوی رفتاری هر یک از سیستمها و زیر سیستمها به شکلی دقیق ترسیم میشود. با استفاده از این الگو میتوان صحت عملکرد تجهیزات مختلف را در هر لحظه مورد بررسی قرار داد. اما نکته قابل توجه این است که با استفاده از هوش مصنوعی حتی میتوان رفتار آتی دستگاهها را نیز پیش بینی کرد. به این ترتیب پیش از وقوع مشکل میتوان آن را خنثی نمود.
اینترنت اشیا
اینترنت اشیا مفهومی نسبتاً جدید در صنایع مختلف محسوب میشود. این فناوری در زمینه جمع آوری و پایش هوشمندانه دادهها کاربرد دارد. برای این کار نیاز است که حسگرهای مناسبی در هر یک از تجهیزات تعبیه شوند. توسط این حسگرها، تجهیزات مختلف و سیستمهای کنترل یکپارچه شده و زمینه تبادل اطلاعات فراهم میگردد. در حال حاضر پیادهسازی اینترنت اشیا در نیروگاههای مدرن به یک ضرورت تبدیل شده است.
سیستمهای ذخیره سازی غیرمتمرکز( بلاکچین)
با استفاده از بلاکچین میتوان قدمی بزرگ در بهینهسازی فرآیندهای نیروگاه برداشت. این فناوری کمک میکند تا ثبت و نگهداری دادهها به شکلی شفاف و ایمن صورت بگیرد. مهمترین ویژگی این فناوری آن است که دادهها در آن غیر متمرکز هستند. به عبارت دیگر، اطلاعات ثبت شده در چنین سیستمی را نمیتوان به هیچ عنوان دستکاری کرد. به این ترتیب تمام کاربران به اطلاعات معتبر دسترسی خواهند داشت.
سیستمهای کنترل هوشمند
سیستمهای کنترل هوشمند نیروگاه به منظور افزایش دقت و سهولت طراحی شدهاند. با استفاده از این سیستمها میتوان پارامترهای ضروری را به صورت خودکار اندازهگیری و تنظیم نمود. این سیستمهای هوشمند از راه دور نیز قابل کنترل هستند و بدون آنها دیجیتال سازی در صنعت نیروگاهی اتفاق نخواهد افتاد.
استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر
کمبود منابع سوختهای فسیلی، آلودگیهای زیست محیطی و بحرانهای اقتصادی از جمله عواملی هستند که باعث شدهاند تا نیروگاهها نیز مانند سایر صنایع به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر روی آورند. بهرهبرداری از این منابع، نیازمند پیاده سازی فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی است. منابع تجدید پذیر انواع گوناگونی دارند و شاید انرژی خورشیدی و انرژی باد بیش از سایرین شناخته شده باشند.
انرژی خورشیدی
با استفاده از فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی، میتوان انرژی خورشیدی را به جریان الکتریسیته تبدیل کرد. دو روش برای این کار وجود دارد. در روش اول با استفاده از پنلهای مخصوص، نور خورشید به صورت مستقیم به جریان الکتریسیته تبدیل میگردد. در روش دوم با بهرهگیری از دستگاههای خاص، نور خورشید برای ایجاد بخار و به حرکت درآوردن توربینها متمرکز میشود. در هر دو روش باید تجهیزات و فناوریهای پیشرفته از جمله پنلهای خورشیدی و مخازن ذخیره انرژی مورد استفاده قرار بگیرند.
انرژی بادی
در برخی از مناطق به دلیل شرایط جغرافیایی خاص، استفاده از انرژی باد برای تولید برق بسیار مقرون به صرفه خواهد بود. طی این پروسه میتوان بدون ایجاد آلودگیهای زیست محیطی، انرژی پایدار تولید نمود. برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی الکتریسیته، باید از فناوریها و تجهیزات جدید مانند سیستمهای مانیتورینگ و کنترل باد، مبدلهای ویژه، ژنراتورهای القایی و برجهای بادی بهره گرفت.
انرژی زمین گرمایی
منشا انرژی زمین گرمایی، حرارت بالایی است که در پوسته جامد کره زمین وجود دارد. از این انرژی میتوان برای حرکت توربینها که مرحله اولیه و اساسی تولید انرژی الکتریسیته است، استفاده نمود. این کار نیازمند بکارگیری تجهیزات پیشرفته از جمله مبدلهای حرارتی، سیستمهای تزریق مجدد و سیستمهای هوشمند کنترل فشار و دما است.
انرژی زیست توده
انرژی زیست توده از پردازش مواد زیستی به وجود میآید. مواد زیستی در واقع ترکیباتی هستند که در گذشته جزئی از طبیعت بودهاند و در حال حاضر تبدیل به ضایعات شدهاند مانند پسماندهای کشاورزی. نیروگاههای زیست توده برای تبدیل این ضایعات به انرژی الکتریسیته نیاز به راکتورهای ویژه، سیستمهای تصفیه پیشرفته و همچنین سیستمهای پردازش هوشمند دارند. این نیروگاهها نسبتا پرهزینه هستند اما به دلیل نقشی که در کنترل آلودگیهای زیست محیطی دارند، در حال حاضر بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.
فناوری های ذخیره سازی انرژی
امروزه با توجه به بحرانهایی که در زمینه تامین انرژی و نیرو وجود دارد، ذخیره سازی انواع انرژی و به ویژه انرژیهای تجدید پذیر بیش از هر زمان دیگری حائز اهمیت است. برای این کار باید در مقاطعی که مصرف انرژی پایین است، با استفاده از روشهای کارآمد انرژی مازاد را ذخیره کرد و در مقاطعی که مصرف به اوج میرسد آن را مورد استفاده قرار داد. به این ترتیب هدر رفت انرژی به حداقل میرسد و تقاضا به شکلی بهینه مدیریت میشود. البته مزیت دیگر ذخیره سازی انرژی این است که نوسانات شبکه برق نیز به حداقل میرسند. فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی این امکان را فراهم آوردهاند که از طرق مختلفی از جمله ذخیره سازی هیدروژن، بکارگیری باتریهای لیتیوم یونی یا نمکهای مذاب بتوان انرژی مازاد را ذخیره کرد.
باتریها
با استفاده از باتریهای ویژه مانند باتریهای لیتیوم-یونی، باتریهای سدیم-گوگردی و باتریهای سرب-اسید میتوان انرژی الکتریسیته را برای مصارف آتی ذخیره کرد. این روش اغلب برای نیروگاههای خورشیدی و بادی مورد استفاده قرار میگیرد. برای دریافت مشاوره در ساعات کاری با شماره تلفن 02188385540 تماس بگیرید.
PHS
در این روش که برای مناطق کوهستانی مناسب است، دو مخزن آب در سطوح متفاوتی تعبیه میشوند. زمانی که مصرف انرژی در پایینترین حالت خود قرار دارد، آب به مخزنی که در ارتفاع بالاتر است پمپاژ شده و ذخیره میگردد. در ساعات اوج مصرف، آب ذخیره شده رها میشود تا برای چرخش توربینها و تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.
فلایویل
در روش فلایویل یا چرخ لنگر، انرژی الکتریکی مازاد به یک دیسک که در شرایط خلا قرار دارد منتقل شده و آن را به حرکت درمیآورد. به این ترتیب انرژی الکتریکی به انرژی جنبشی تبدیل میشود. زمانی که نیاز به برق باشد، انرژی جنبشی موجود در دیسک دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل شده و وارد شبکه توزیع میگردد.
TES
TES یا ذخیرهسازی انرژی حرارتی، در نیروگاههای خورشیدی کاربرد دارد. در این روش، انرژی گرمایی توسط نمکهای مذاب ذخیره شده و در مواقع نیاز برای تولید بخار و چرخش توربینها مورد استفاده قرار میگیرد.
هیدروژن
یکی از روشهای پیشرفته و پاک برای ذخیره انرژی الکتریکی، تبدیل آن به هیدروژن است. در این روش با بهرهگیری از متدهایی مانند الکترولیز آب و یا اصلاح گاز طبیعی، انرژی الکتریکی به شکل هیدروژن در مخازن فشرده، مخازن مایع و یا در ساختارهای فلزی ذخیره میشود. در هنگام ضرورت میتوان از طریق پیلهای سوختی یا احتراق مستقیم، هیدروژن را به برق تبدیل کرد.
سیستم های اتوماسیون و کنترل پیشرفته در نیروگاه
فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی برای تحول سیستمهای اتوماسیون و کنترل نیز به کار گرفته شدهاند. به لطف این فناوریها میتوان فرایندهای حساس نیروگاهها را با ضریب اطمینان بسیار بالایی سنجش و مدیریت نمود. همچنین امکان اجرای خودکار فرایندهای مذکور نیز به شیوه مطلوبی فراهم میشود. این امر خطاهای انسانی را کاهش داده و نظم بخشیدن به روالهای کاری را تسهیل میکند. تکنولوژیهای جدید، سیستمهای اتوماسیون و کنترل مختلفی از جمله سیستم کنترل توزیع شده و سیستم کنترل نظارتی را برای نیروگاهها به ارمغان آوردهاند.
سیستمهای SCADA
سیستمهای کنترل نظارتی یا SCADA با این هدف طراحی شدهاند که دادههای ضروری را به صورت لحظهای از بخشهای مختلف نیروگاه جمع آوری نمایند. دادههای جمع آوری شده با استفاده از الگوریتمها ویژه تجزیه و تحلیل میگردند. بر اساس نتایج به دست آمده میتوان خطاها را به موقع شناسایی و رفع کرد و عملکرد بخشهای مختلف نیروگاه را بهینه سازی نمود. علاوه بر آن، مصرف انرژی نیز به طور قابل توجهی کاهش مییابد.
سیستمهای DCS
سیستمهای کنترل توزیع شده یا دی سی اس، به منظور افزایش سرعت پاسخدهی و ضریب اطمینان و همچنین برای غلبه بر محدودیتهای نیروی انسانی استفاده میشوند. توسط این سیستمها میتوان به صورت متمرکز بخشهای مختلف نیروگاه را هدایت و کنترل کرد. برای این کار در هر بخش یک کنترل کننده محلی مستقر میگردد که وظیفهاش ارسال دادهها به بخش کنترل مرکزی نیروگاه است.
سیستمهای CCS
کاهش مصرف سوخت و همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانهای از جمله چالشهایی هستند که نیروگاهها با آن روبرو میشوند. حل این چالشها در گرو کنترل و بهینه سازی فرآیند احتراق است. سیستمهای ccs یا کنترل احتراق، برای تحقق این هدف به کار گرفته میشوند و میزان سوخت و هوای بویلرها و کورهها را به شکلی دقیق مدیریت مینمایند.
سیستمهای کنترل ژنراتور و توربین
سیستمهای کنترل ژنراتور و توربین در اکثر نیروگاهها مورد استفاده قرار میگیرند. این سیستمها، فاکتورهایی که در عملکرد کلی توربینها و ژنراتورها موثر هستند از جمله سرعت، دما و فشار را به صورت مرتب کنترل میکنند. به این ترتیب از خرابی ناگهانی دستگاهها جلوگیری میشود و هزینههای مربوط به تعمیر و نگهداری نیز کاهش مییابند. البته عملکرد و عمر مفید تجهیزات نیز بهبود پیدا میکنند.
مواد پیشرفته برای افزایش راندمان تجهیزات برقی
یکی از اهداف استراتژیک نیروگاهها افزایش راندمان تجهیزات برقی است. تحقق این هدف با خود کاهش تلفات انرژی و کاهش هزینهها را نیز به همراه میآورد. این هدف بدون بکارگیری فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی محقق نخواهد شد. مواد نانو ساختار، عایقهای مدرن و میکروالکترونیکهای پیشرفته را میتوان به عنوان مهمترین دستاوردهای علم نوین در جهت افزایش بهرهوری تجهیزات نام برد.
مواد نانوساختار
مواد نانو ساختار به دلیل ویژگیهای شیمیایی خاص، این قابلیت را دارند که میزان تولید برق در نیروگاه را بالا برده و در عین حال زمان و انرژی مورد نیاز را کاهش دهند. از این مواد در مراحل تولید، انتقال و ذخیرهسازی میتوان بهره برد.
نانو لولههای کربنی
تاثیر نانو لولههای کربنی در افزایش راندمان تجهیزات نیروگاهی غیر قابل انکار است. این لولهها دهها برابر مقاومتر از فولاد بوده اما بسیار سبک هستند. همچنین این تجهیزات ۵ برابر بیشتر از مس رسانایی الکتریکی دارند.
نانو ذرات فلزی
نانو ذراتها نمونهای درخشان از کاربرد فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی هستند. در صورتی که از نانو ذرات نقره و مس برای هدایت انرژی حرارتی در ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات استفاده شود، هم کاهش تلفات انرژی را شاهد خواهیم بود و هم طول عمر تجهیزات افزایش قابل توجهی خواهند داشت.
نانوکامپوزیتها
از نانوکامپوزیتها بیشتر در پروسه ساخت پرههای توربین استفاده میشود. این پرهها بسیار سبک بوده و انرژی کمی برای به حرکت درآوردن آنها مورد نیاز است. علاوه بر آن، پرههای مذکور در برابر تنشهای مکانیکی نیز بسیار مقاوم هستند.
عایق های حرارتی پیشرفته
با استفاده از فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی، میتوان به عایقهایی دسترسی داشت که تحمل دماهای بسیار بالا را دارند. این عایقها سبک بوده، در برابر عوامل شیمیایی مقاوم هستند و برای مدتی طولانی دوام میآورند. عایقهای مدرن تنوع گستردهای دارند و شناخته شدهترین نوع آنها نانو عایقهایی هستند که اتلاف انرژی را تا ۹۰ درصد کاهش میدهند. ژل فومهای سرامیکی، مواد تغییر فاز دهنده، هوا ژلها و پلیآمیدهای مقاوم به حرارت نیز تاثیرات مشابهی را بر افزایش راندمان تجهیزات برقی در نیروگاه دارند. برای دریافت مشاوره در ساعات کاری با شماره تلفن 02188385540 تماس بگیرید.
میکروالکترونیک های کم مصرف
میکروالکترونیکهای کم مصرف مصداقی از فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی هستند. این قطعات در واقع سیستمهای پیشرفتهای در ابعاد بسیار کوچکند که با صرفهجویی در مصرف انرژی، بهرهوری نیروگاه را به سطح قابل قبولی میرسانند. ریزپردازندههای فوق کم مصرف، نمونهای از سیستمهای مذکور هستند که بیشترین کاربرد را در کنترل هوشمند تجهیزات نیروگاهی دارند. با استفاده از چنین پردازندههایی، نیاز به استفاده از سیستمهای خنک کننده کاهش چشمگیری پیدا میکند. مدارهای مجتمع مدرن که در سیستمهای حفاظتی و کنترلی پیادهسازی میشوند نیز خاصیت مشابهی دارند. این مدارها با بهینهسازی پردازش سیگنال، سرعت پاسخدهی را افزایش داده و به این ترتیب باعث صرفهجویی در زمان و انرژی میشوند. با استفاده از میکروالکترونیکها، هزینه تامین تجهیزات نیروگاهی نیز کاهش مییابد.
امنیت سایبری تجهیزات نیروگاهی
هیچ جای شکی نیست که بکارگیری فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی باعث تحولهای عظیمی در عملکرد این مراکز صنعتی شده و مزایای بیشماری را برای آنها به ارمغان آورده است. با این حال فناوریهای مذکور نیز نقاط ضعف و ریسکهای خاص خود را دارند. حملات سایبری مهمترین خطری است که در بستر فناوریهای دیجیتال به وقوع میپیوندد. این حملات میتوانند مسبب مشکلات مختلفی از جمله قطعی برق، سو استفاده از دادههای حساس و آسیب به تجهیزات نیروگاهی شوند. برای تامین امنیت سایبری نیروگاه، میتوان از راهکارهای پیشرفته از جمله رمزنگاری دادهها، احراز هویت چند عاملی و الگوریتمهای هوش مصنوعی کمک گرفت.
رمزنگاری دادهها
یکی از روشهای موثر برای پیشگیری از سرقت یا تحریف دادهها آن است که هنگام انتقال و در فاصله بین مبدا و مقصد، دادهها تغییر شکل داده شوند تا قابل شناسایی نباشند. در حال حاضر الگوریتمهای رمزنگاری پیشرفتهای برای این منظور وجود دارند.
احراز هویت چند عاملی
یکی دیگر از روشهای حفاظت از دادههای مهم در نیروگاه این است که سطح دسترسی هر یک از کارکنان به دادههای حساس را مشخص کرد. البته بهتر است که احراز هویت طی چند مرحله و با استفاده از روشهای نوین مانند کدهای یکبار مصرف و سرویسهای تشخیص هویت بیومتریک صورت بگیرد.
سیستمهای تشخیص نفوذ
با انجام حملات شبیهسازی شده و همچنین انجام مانورهای امنیتی، میتوان نقاط ضعف سیستمهای اطلاعاتی نیروگاه را پیدا کرد. به این ترتیب پیش از به وجود آمدن تهدیدات واقعی و خطرات امنیتی جدی، عوامل تهدید کننده از بین میروند. این روش را شاید بتوان واکسینه کردن سیستم اطلاعاتی نیروگاه تعبیر کرد.
هوش مصنوعی
هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، تمام فرایندهای نیروگاه از جمله تامین امنیت سایبری را متحول مینمایند. با استفاده از این فناوریها میتوان از الگوی دادهها، نحوه دسترسی به دادهها و شیوه تغییر دادهها مطلع شد. به کمک این الگوها، دسترسیهای غیر مجاز به صورت بلادرنگ قابل شناسایی خواهند بود. در نتیجه حملات سایبری پیش از وقوع شناسایی و خنثی میشوند.
جمع بندی
استفاده از فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی باعث به وجود آمدن بستری میشود که تقویت کننده بهرهوری و امنیت است. از فناوریهای مذکور در پروسههای مختلف نیروگاه از جمله تولید، ذخیره سازی، کنترل و تامین امنیت سایبری میتوان بهره گرفت.
سوالات متداول
1. جدیدترین فناوریهای تجهیزات نیروگاهی چیست؟
هوش مصنوعی، اینترنت اشیا، نانومواد، بلاکچین، میکروالکترونیکهای کم مصرف و هیدروژن سبز را میتوان به عنوان مهمترین فناوریهای نوین در تجهیزات نیروگاهی نام برد.
2. چگونه فناوریهای نوین باعث افزایش بهرهوری نیروگاهها میشوند؟
بکارگیری فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی، به شکلی موثر باعث کاهش زمان و انرژی مورد نیاز برای انجام فرایندها میشود. علاوه بر آن، تکنولوژیهای مدرن از آسیب دیدن تجهیزات پیشگیری کرده و زمان خواب دستگاهها را نیز به حداقل میرسانند. به این ترتیب بهرهوری نیروگاه افزایش پیدا میکند.
3. نقش نانومواد در بهبود عملکرد تجهیزات نیروگاهی چیست؟
نانوموادها به دلیل ساختار و خصوصیات منحصر به فردی که دارند، عملکرد تجهیزات نیروگاهی را به شکل چشمگیری بهبود میبخشند. به عنوان مثال این مواد میتوانند مقاومت تجهیزات مختلف را در برابر عوامل آسیبزا از جمله حرارت، خوردگی، سایش و رطوبت افزایش دهند.
4. چگونه چاپ سهبعدی در تولید قطعات نیروگاهی استفاده میشود؟
چاپگرهای سه بعدی با بکارگیری نانوموادها و آلیاژهای مقاوم، قطعات پیچیده و سفارشی را با حذف مراحل قالب سازی و ماشینکاری سنتی تولید مینمایند.
5. پیشرفتهای اخیر در طراحی توربینهای نیروگاهی چیست؟
به طور کلی باید گفت که بکارگیری فناوریهای جدید در تجهیزات نیروگاهی باعث شده تا توربینها عملکرد و پایداری بسیار بهتری داشته باشند و سازگاری بیشتری نیز با محیط زیست پیدا کنند. توربینهای هیبریدی، توربینهای مجهز به هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، پرههای مجهز به سیستم خنک کننده پیشرفته و پرههای نانو ساختار از جمله دستاوردهای اخیر در زمینه توربینها محسوب میشوند.