بهره‌برداری از شبیه‌ساز مهمترین بخش سامانه های توربین گازی در دانشگاه صنعتی شریف

متخصصان دانشگاه صنعتی شریف موفق به تولید شبیه سازی برای بهبود عملکرد سیستم کنترل توربین های گازی کشور شدند.

کد خبر: ۱۱۷۲۴۱۴

تاریخ: ۲۵ فروردين ۱۳۹۳ - ۱۰:۲۵

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) شبیه‌ساز تولید شده توسط متخصصین داخلی، یک نرم‌افزار صنعتی برای بررسی مهمترین بخش یک نیروگاه گازی واقعی است. این نرم‌افزار رفتار توربین گازی نیروگاه در تمامی حالت های کاری و اضطراری که سامانه واقعی در معرض آن قرار خواهد گرفت، را شبیه‌سازی می‌کند. کارشناسان می‌توانند با کمک این شبیه ساز به بهبود عملکرد سیستم کنترل توربین های گازی کشور بپردازند. توربین گازی، هسته مرکزی بخش تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه‌های گازی و سیکل ترکیبی (گازی و بخاری) است که بدون آن نیروگاه قادر به انجام کوچکترین فعالیتی نیست. این نیروگاه‌ها در حال حاضر ۸۵ درصد انرژی الکتریکی کشور را تامین می‌کنند.

به گفته دکتر امین نوبختی، سرپرست این پروژه: «به طور کلّی تمام عملیات هایی که اپراتورهای توربین می توانند به طور فیزیکی از طریق اتاق فرمان و برد کنترلی از زمان استارت توربین، شتاب‌گیری، پارالل سازی تا خاموش کردن و همچنین عملیات تغییر خودکار سوخت انجام دهند، در این شبیه‌ساز تعبیه شده است.» به گفته این استاد داشگاه صنعتی شریف، شبیه‌ساز طراحی شده اولین شبیه‌ساز جامعی می‏باشد که در کشور برای سیستم کنترل توربین گازی تهیه شده است. وی افزود: «پیش از این در کشور تعداد کمی شبیه‌سازهای سخت افزاری خارجی با امکانات محدود موجود بودند لیکن با توجّه به محدودیّت شدید عملیاتی و همچنین نیاز به خارج نمودن واحد از شبکه برای استفاده از آن؛ عملا هیچگاه مورد استفاده مفیدی واقع نشدند.»

دکتر نوبختی بخش‌های مختلف شبیه ساز توربین گاز را این گونه تشریح کرد: «این شبیه‌ساز از سه بخش عمده تشکیل شده است. قسمت دیجیتال سیستم کنترلی که مسوولیّت تمامی مراحل راه اندازی، بار گیری، حفاظت و هشدارها را بر عهده دارد. قسمت آنالوگ که مسوولیّت کنترل سرعت، توان، دما و سایر پارامتراهای توربین را با استفاده از تغییرات میزان سوخت دارد و در نهایت یک مدل جامع از توربین که رفتار توربین را برای تمامی نقاط کار، و نه فقط در دور نامی، شامل می شود.» وی همچنین درباره ویژگي های برجسته شبیه‌ساز تولید شده پس از یک سال تحقیق و پژوهش در دفتر خدمات دانش بنیان سامانه های مهاربان دانشگاه صنعتی شریف، گفت: «مدل‌های توربین که پیش از این به وفور در کشور طرّاحی شده اند اوّلاً فقط دینامیک خود توربین را شبیه سازی می کنند و ثانیاً این کار را تنها برای یک نقطه کار مشخص انجام می‌دهند، اما نکته بارز و قابل توجّه در مورد این شبیه‌ساز، قابلیت آن برای شبیه‌سازی تمامی اجزای سخت افزاری سامانه کنترلی از جمله کارت های کنترلی، ورودی، خروجی، زمان سنج‌ها، پردازنده‌ها و غیره در محیط نرم افزار است، به طوری که بر خلاف سایر شبیه‌سازها، تمامی سیگنال های داخلی شبیه‌ساز، مطابقت یک به یک با سیگنال های داخل سیستم کنترلی دارد. در واقع نه تنها رفتار سیستمی شبیه‌ساز با سیستم کنترل واقعی توربین مطابقت دارد، بلکه با توجّه به اینکه تک تک عناصر سخت افزاری سیستم کنترلی شبیه سازی شده اند، تمامی سیگنال های فیزیکی موجود در سیستم کنترلی، چه در قسمت های ورودی و خروجی و چه سیگنال های داخلی سامانه کنترلی، در شبیه‌ساز نیز موجود و قابل نمونه برداری مجازی هستند. این نکته از آن رو حایز اهمیت است که امکان فوق العاده بالایی را جهت  تشخیص و شناسایی عیوب فراهم می کند.» کارشناسان می‌توانند با استفاده از این شبیه‌ساز علاوه بر عیب‌یابی به مطالعات مربوط به بهبود عملکرد سیستم بپردازند که نهایتاً منتج به جلوگیری از هزینه‏های ناشی از اتلاف انرژی و کاهش بازده می‏گردد. همچنین یکی از مهمترین کاربردهای این سامانه آموزش و مهارت‌افزایی پرسنل در مواجهه با شرایط کاری مختلف است. اما کاربردهای این سامانه تنها به موارد پس از ساخت توربین گازی منحصر نمی‌شود بلکه در زمان طراحی توربین گاز و به منظور آزمایش موارد مختلف مد نظر طراح اعم از موارد ایمنی، موارد زیست محیطی، موارد مربوط به هزینه ساخت و مواردی از این دست، لازم است تا قبل از آنکه سامانه واقعی ساخته شود، طراحی‏های انجام شده ابتدا بر روی یک سامانه نرم‏افزاری و یا سخت افزاری (شبیه‌ساز) که رفتار سیستم را در هنگام مواجه پدیده‏های مختلف شبیه سازی می‏نماید، بررسی شود. دکتر نوبختی درباره اهمیت این موضوع می‌گوید: «یکی از اساسی ترین مباحث در حوزه طراحی و ساخت یک سامانه، شبیه‌سازی می‏باشد به طوری‌که بدون در نظر داشتن آن، فرآیند طراحی ناتمام خواهد بود و ساخت یک سیستم می‏تواند به خسارت‏های جبران ناپذیری منجر گردد.»

در حال حاضر شبیه‌سازها  نقش مشخّص و مهمّی در توسعه‌ی فنّاوری‌های صنعتی در جهان دارند. به طوری که سازنده های سخت افزارهای صنعتی ارقام سنگینی را بابت شبیه‌سازهای مشابه دریافت می نمایند. هزینه نرم افزارهای مشابه می تواند بعضا تا چند صد هزار دلار باشد و این موضوع انعکاسی‌ست از فوایدی که می تواند استفاده‌ی صحیح و موثر از این شبیه‌سازهای داشته باشد. به گفته دکتر نوبختی : «در کشور ما با توجّه به اینکه قیمت حامل های انرژی پایین، و بازار رقابتی تولید انرژی الکتریکی ضعیف بوده است، انگیزه بهینه سازی سامانه‌های مربوطه وجود نداشته است. اما با توجّه به افزایش قیمت حامل های انرژی، اثر سو تحریم‌ها بر بهره برداری از واحدهای موجود و امکان معرّفی واحدهای جدید، و همچنین آلودگی شدید و گسترده هوا در بخش زیادی از مناطق مسکونی و متراکم کشور، اهمیّت و ضرورت بهینه سازی فرایندهای صنعتی محرز شده است. در این شرایط، شبیه‌سازهای‌ صنعتی نقش کلیدی را ایفا می کنند زیرا فرایندهای صنعتی را نمی‌توان به صورت سعی و خطا و به طور زنده دستخوش تغییرات سیستمی نمود.» بدین‌ترتیب تولید شبیه‌ساز سیستم کنترلی توربین‌گازی،گام عملی دیگری بود که دانشگاه صنعتی شریف با حمایت معاونت تحقیقاتی شرکت مادرتخصصی مدیریت تولید، انتقال و توزیع نیروی برق ایران (توانیر) در راستای توسعه صنعت برق کشور برداشت. پیش از این نیز این دانشگاه با ساخت گاورنر نیروگاهی که یکی از مهمترین بخش‌های کنترل یک نیروگاه است، عزم جدی خود را در همکاری با صنعت برای توسعه صنعت برق کشور نشان داده بود.