وفقًا لإذاعة Cadena SER، في مدينة شاطبة بإسبانيا، ستقوم الحكومة المحلية بتحويل المخلفات الزراعية والغابات إلى غاز اصطناعي قابل للاشتعال لتوليد الكهرباء، مما يساهم في انتقال المنطقة إلى الطاقة المتجددة.يبرز الغاز الاصطناعي كوقود متعدد الاستخدامات في صناعة الطاقة، إذ يُقدم بديلاً أنظف لتوليد الكهرباء. دعونا نستكشف بالتفصيل عملية إنتاج الغاز الاصطناعي وتنقيته ودمجه في أنظمة توليد الكهرباء.
كيف يُغذّي الغاز الاصطناعي توليد الكهرباء الحديث؟ العمليات الرئيسية.
غاز التوليف، وهو مزيج يحتوي أساسًا على الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. يبدأ إنتاجه بـ تغويزتحويل الكتلة الحيوية أو الفحم إلى خليط غاز قابل للاشتعال. ثم يقوم المهندسون تنقية الغاز لإزالة الشوائب مثل الكبريت، مما يضمن جودة احتراق عالية للتطبيقات اللاحقة.
التالي، الحديث توربينات الغاز or محركات الاحتراق الداخلي حرق الغاز الاصطناعي لتوليد الكهرباء. تحوّل هذه الأنظمة الطاقة الكيميائية بكفاءة إلى طاقة ميكانيكية، مما يُشغّل المولدات لإنتاج الكهرباء.
وأخيرا، فإن iالصناعة تعطي الأولوية لقابلية التوسع من خلال تصميمات التغويز المعيارية ودمج تقنيات احتجاز الكربون. تعالج هذه الحلول تحديات مرونة الشبكة، مع مواءمتها مع الأهداف العالمية لإزالة الكربون.
كيف تعمل خطوات التغويز والتنقية على تعزيز كفاءة الغاز الاصطناعي في توليد الكهرباء؟
يلعب إنتاج الغاز الاصطناعي وتنقيته دورًا محوريًا في تحسين إنتاج الطاقة أثناء توليد الكهرباء. فيما يلي، نستعرض الطرق الأساسية والخطوات المهمة المتبعة.
1. طرق التغويز الأولية لإنتاج الغاز الاصطناعي
تُحوّل عملية التغويز المواد الخام الغنية بالكربون، كالفحم أو الكتلة الحيوية، إلى غاز اصطناعي (مزيج من ثاني أكسيد الكربون، والهيدروجين، والميثان). وتُدار هذه العملية بثلاث طرق رئيسية:
- مُغوِّزات التدفق المُجرَّد استخدام درجات حرارة عالية (1,300-1,500 درجة مئوية) لتحويل المواد الخام المسحوقة إلى غاز اصطناعي بسرعة.
- مفاعلات الطبقة المميعة ضمان توزيع الحرارة بشكل موحد، مثالي للكتلة الحيوية ذات محتوى الرماد المنخفض.
- أنظمة الأسرة الثابتة تعمل في درجات حرارة معتدلة، مما يفضل الفحم ذو المحتوى المعدني العالي.
يعتمد الانتقال بين هذه الطرق على نوع المادة الخام وتركيبة الغاز الاصطناعي المطلوبة.
2. خطوات التنقية الأساسية للغاز الاصطناعي
يحتوي الغاز الاصطناعي الخام على شوائب مثل القطران والكبريت والجسيمات التي تُلحق الضرر بالتوربينات وتُقلل من كفاءتها. تشمل مراحل التنقية الرئيسية ما يلي:
- إزالة الجسيمات:تعمل الأعاصير والمرشحات الخزفية على إزالة الرماد والغبار.
- تكسير القطران:تعمل الإصلاحات التحفيزية على تفكيك القطران إلى هيدروكربونات أصغر حجمًا.
- إزالة الغازات الحمضية:شرائط الامتصاص القائمة على الأمين H₂S وCO₂، تضمن الامتثال لمعايير الانبعاثات.
لا تؤدي هذه الخطوات إلى حماية المعدات الموجودة في مجرى النهر فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة الاحتراق.
كيف توربينات الغاز ومحركات الاحتراق الداخلي تحسين الغاز الاصطناعي لتوليد الكهرباء؟
تحقق التوربينات الغازية ومحركات الاحتراق الداخلي كفاءة عالية في تحويل الغاز الاصطناعي إلى كهرباء من خلال العمليات التالية:
—ضغط الهواء: يُسحب الهواء المحيط إلى ضاغط التوربين، حيث يُضغط. يُعدّ هذا الهواء عالي الضغط ضروريًا للاحتراق الفعال.
—تحضير الوقود وتكوين الخليط: يُنظَّف الغاز الاصطناعي أولًا لإزالة الملوثات. ثم يُخلط بالهواء بنسبة مُتحكَّم فيها. ولأن الغاز الاصطناعي عادةً ما يكون ذو قيمة تسخين أقل مقارنةً بالغاز الطبيعي أو الديزل، فإن التحكم الدقيق في درجة حرارة نسبة الهواء إلى الوقود يعتبر ضروريا للاحتراق الفعال.
—الضغط: يُسحب خليط الغاز الاصطناعي والهواء إلى غرفة احتراق المحرك، حيث يضغطه المكبس. يؤدي ذلك إلى زيادة درجة الحرارة والضغط داخل الأسطوانة، مما يُهيئ الخليط للاشتعال.
—الاشتعال والاحتراق: في محركات الاشتعال بالشرارةتُشعل شمعة الاحتراق الخليط المضغوط. في محركات الاحتراق بالضغط (الديزل) المُعدّة للغاز الاصطناعي، يشتعل الوقود تلقائيًا نتيجة ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة. تزيد عملية الاحتراق الضغط بسرعة، مما يدفع المكبس للأسفل.
- تحويل الطاقة الميكانيكية: الحركة التنازلية لـ مكبس يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية دورانية عبر عمود المرفق. هذه الحركة الترددية هي الطريقة الأساسية لتحويل الطاقة الكيميائية من الوقود إلى شغل ميكانيكي.
—توليد الكهرباء: يتم ربط الناتج الميكانيكي للمحرك بـ مولد كهربائي (مولد تيار متردد) الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء. في العديد من التطبيقات، يُعد هذا جزءًا من توليد الطاقة الموزع أو نظام توليد الحرارة والطاقة المشترك (CHP).
(نظام توليد الطاقة والحرارة المشترك)
تُحوّل هذه العملية الطاقة الكيميائية المُخزّنة في الغاز الاصطناعي إلى طاقة كهربائية عبر الدورة الأساسية (الضاغط، غرفة الاحتراق، التوربين، والمولد). وتظل هذه العملية مشابهةً لتوربينات الغاز التقليدية، حيث يجب أن يستوعب نظام الغاز الاصطناعي قيمًا حراريةً أقل للوقود والملوثات المحتملة، مما يتطلب غالبًا معالجةً مُحسّنةً للوقود واستراتيجيات احتراقٍ مُتخصصة. ماذا يُمكننا فعله؟
الاقوي:
يصمم المهندسون هذه الأنظمة بدقة لموازنة نسب الوقود والهواء، مما يضمن ديناميكيات احتراق مستقرة. على سبيل المثال، تعمل تقنيات تثبيت اللهب المُحسّنة على تقليل فقدان الطاقة أثناء أكسدة الغاز الاصطناعي.
وعلاوة على ذلك، تلعب خوارزميات التحكم التكيفية دورًا حاسمًا في الحفاظ على كفاءة الاحتراقتراقب هذه الأنظمة باستمرار معايير مثل درجة الحرارة والضغط، وتضبط معدلات حقن الوقود آنيًا. تمنع هذه الإدارة الديناميكية الاحتراق غير الكامل، مما يقلل الانبعاثات الضارة ويعزز إنتاج الطاقة إلى أقصى حد.
بالإضافة إلى ذلك، تقنيات تبريد شفرات التوربينات تُوازن الإجهاد الحراري الناتج عن احتراق الغاز الاصطناعي. تُطيل السبائك عالية الحرارة والطلاءات الخزفية عمر المكونات مع الحفاظ على موثوقية التشغيل. وبالمثل، تستخدم محركات الاحتراق الداخلي توقيت الصمامات المتغير لتعزيز سحب الغاز الاصطناعي، مما يُحسّن كثافة الطاقة لكل دورة.
(تقنيات تبريد شفرات التوربينات)
لمعالجة قابلية التوسع، تستعيد تكوينات الدورة المركبة الحرارة المهدرة من غازات العادميدمج هذا النهج التوربينات البخارية مع التوربينات الغازية، مما يعزز الكفاءة الإجمالية للمحطة بنسبة 15-20%.
باختصار، يُسهم تضافر تحسين الاحتراق، والضوابط التكيفية، وابتكار المواد في دفع عجلة توليد الكهرباء باستخدام الغاز الاصطناعي. ولا تُحسّن هذه التطورات معدلات تحويل الطاقة فحسب، بل تتماشى أيضًا مع أهداف الاستدامة من خلال تقليل البصمة الكربونية.
إذا كنت تريد معرفة المزيد من التفاصيل حول Syngas، قم بزيارة موقعنا الإلكتروني من فضلك!
