حداكثر راندمان سيكل‌هاي توربين گاز در حدود ۴۰٪ مي‌باشد و سيكل‌هاي بخار نيز راندمان‌هاي چندان بالاتري از نوع گازي ندارند. بكار بردن روش‌هاي جديد براي بالا بردن راندمان منجر به استفاده از نيروگاه سيكل‌هاي تركيبي شد، كه در حال حاضر راندماني در محدوده ۵۵ تا ۵/۶۱٪ دارند.

در اوايل قرن بيستم ميلادي، توربين‌هاي بخار ساخته شد. عيب اصلي نيروگاه‌هاي بخار اين است كه از بخار به عنوان سيال محرك در دما و فشار بالا استفاده مي‌شود و توليد اين بخار به تاسيسات گران و حجيم نياز دارد. توربين‌هاي گازي ابتدا در صنايع هوايي مورد استفاده قرار گرفت كه داراي نسبت فشار و دماي ورودي بالاتري نسبت به توربين‌هاي گازي توليدكننده توان مي‌باشند. اما پيشرفته‌ترين توربين‌هاي هوايي داراي راندماني نزديك به ۵۰٪ هستند كه از راندمان سيكل‌هاي تركيبي نه چندان پيشرفته كمتر است. فكر چرخه تركيبي به منظور بهبود بازده نيروگاه از طريق بهره‌گيري از انرژي گازهاي خروجي توربين گاز مطرح شد كه اين كار را به وسيله بازيافت گرما انجام مي‌دهند. بازيافت گرما انرژي هدررفته از دودكش را از ۷۰ به ۶۰ درصد انرژي داده شده مي‌رساند.

در سال ۱۹۵۰ اولين نيروگاه سيكل تركيبي ساخته شد و تا انتهاي سال ۱۹۷۵، در حدود ۱۰۰ واحد نيروگاه تركيبي با ظرفيت كل ۱۵۰۰۰۰ مگاوات در سراسر جهان ساخته شد. از جمله اين نيروگاه‌ها مي‌توان به 1995 ABB و Mistubishi Heavy Ind. 1995 و GE9001H  اشاره كرد.

در نيروگاه سيكل تركيبي دو نوع توربين مورد استفاده قرار ميگيرد كه عبارتند از توربين گاز و توربين بخار.

در توربين گاز هوا از محيط وارد كمپرسور توربين شده و هواي فشرده شده

در محفظه احتراق براي كمك بـه سـوختن گاز (يا سوخت مايع) وارد مي شود.

گاز داغ حاصل از احتراق به توربين هدايت گرديده

و در آنجا منبسط شده و انرژي گرمايي آن به انرژي مكانيكي تبديل ميشود.

انرژي مكانيكي توليد شده در  توربين، ژنراتور را به گردش درآورده و انرژي الكتريكي توليد ميشود.

توربين گازي به طور كلي از سه بخش اساسي كمپرسور، توربين، محفظه احتراق تشكيل ميگردد.

در توربين بخار، بخار با فشار و دماي بالا وارد توربين شده و منبسط شده و انرژي گرمايي بخار را به انرژي مكانيكي تبديل مينمايد.

در نيروگاههاي بخار، بخار خروجي از توربين فشار بالا (HP) پس از انبساط، در صـورت نياز در بويلر دوباره گرم ميشود

و سپس وارد توريبن فشار متوسط  (IP) شده و از انرژي آن در چرخاندن محور ژنراتور و نهايتاً توليد بـرق استفاده ميگردد.

در نيروگاه هاي سيكل تركيبي بخار HP و IP به صورت جداگانه و همزمان وارد توربين بخار شده

و سپس بخاري كه انرژي خود را از دست داده است توسط تي پيس (T-pice)به كندانسور هدايت ميشود.

شماتيك نيروگاه سيكل تركيبي در فلو دياگرام زير نشان داده شده است.

نيروگاه سيكل تركيبي: بخش بخار 

بخش عمده اي از برق دنيا به وسيله سوزاندن سوخت هاي فسيلي توليد مي شود،

نيروگاه هاي بخاري، نيروگاه هاي گازي و نيروگاههاي سيكل تركيبي متداول ترين نيروگاه هايي هستند كه از سوخت فسيلي بهره مي گيرند.

نيروگاههاي سيكل تركيبي از تركيب سيكل هاي مختلف ترموديناميكي براي توليد انرژي بهره مي گيرند.

يكي از انواع نيروگاههاي سيكل تركيبي توربين گاز يا CCGT است.

اين نيروگاه از تركيب نيروگاه هاي گازي و نيروگاه هاي بخار به وجود آمده اند.

هدف از اين تركيب افزايش راندمان نيروگاه ها از حدود 30 تا 40 درصد به حدود 60 درصد بوده است.

نيروگاههاي سيكل تركيبي ايران

مطابق آمار شركت توانير تا پايان سال 1386 تعداد 12 نيروگاه سيكل تركيبي با ظرفيت توليد 10479 مگاوات در مدار قرار گرفته است.

اين تعداد معادل 21.9% از ظرفيت نصب شده كشور است.

از اين تعداد نيروگاه سيكل تركيبي گيلان و نيروگاه سيكل تركيبي قم قبل از تاسيس شركت مپنا به بهره برداري رسيده است.

10 نيروگاه ديگر يعني نيروگاه سيكل تركيبي كرمان ، نيروگاه سيكل تركيبي يزد ، فارس، كازرون ،

خوي، شهيد رجايي 2، منتظر قائم، شهيد سليمي نكا، شريعتي، نيشابور توسط گروه مپنا ساخته شده است.

نيروگاه سيكل تركيبي چطور كار ميكند؟

در بخش بخار اين نيروگاه ها گازهاي داغ خروجي از توربين هاي گازي به HRSG يا بويلر هاي بازيافت حرارت هدايت مي شوند.

در اين بخش با استفاده از حرارت اين گازها بخار لازم براي به حركت در آوردن توربين بخار توليد مي گردد.

بخار توليد شده پس از عبور از توربين در كندانسور مايع شده و توسط پمپ هايي مجددا براي توليد بخار به HRSG ها هدايت مي شوند.

نيروگاه سيكل تركيبي: تركيبي از سيكل برايتون و سيكل رانكين

نيروگاههاي سيكل تركيبي به صورت تركيبي از دو سيكل برايتون و سيكل رانكين كار مي كنند.

در اين سيكل ها به طور عمده از هوا در سيكل برايتون و آب در سيكل رانكين استفاده مي شود.

مي توان به جاي آب از سيال ديگري مانند جيوه يا آمونياك و غيره و به جاي هوا از گازهاي بي اثر ديگر مانند آرگون در سيكل بسته برايتون استفاده كرد.

ولي استفاده از بخار جيوه چندان مورد علاقه نيست. زيرا حتي بازده نيروگاه هاي حرارتي نيز از بازده نيروگاه هاي بخار جيوه بالاتر است.

استفاده از سيال هاي اورگانيك مزاياي ويژه اي از جمله كاهش دماي كاري، حجم سيال در گردش، و غيره دارد.

ولي مسايل محيطي و توسعه اي، مشكلات پيچيده اي را براي استفاده از اين سيالات موجب مي شود

كه باعث مي شود همچنان استفاده از بخار و هوا بر ديگر سيالات برتري داشته باشد.

بازده نيروگاه سيكل تركيبي

در نيروگاههاي سيكل تركيبي، بازده به دليل استفاده از دود خروجي سيكل برايتون كه در حالت عادي به محيط اطراف دفع مي شود،

بالاتر از بازده سيكل هاي رانكين و برايتون است.

بهبود حد تحمل آلياژهاي مورد استفاده در توربين گاز و سيستم خنك كاري پره هاي آن و همچنين

بهبود طراحي پره هاي توربين بخار و افزايش دما و فشار حداكثر سيكل رانكين متصل به توربين گاز،

باعث شده است بازده اين نيروگاه ها به بيش از 60 درصد برسد.

جدول زير به طور خلاصه مقايسه اي بين ويژگي هاي نيروگاههاي سيكل تركيبي با ديگر نيروگاه هاي رايج انجام داده است.

هزينه ساخت نيروگاه سيكل تركيبي

با توجه به جدول فوق مي توان مقايسه نسبتا خوبي بين حالت سيكل ساده و بخار با حالت سيكل تركيبي انجام داد.

جدول فوق نشان مي دهد كه هزينه ساخت يك بلوك نيروگاه سيكل تركيبي،

بسته به نوع توربين گاز آن بين 600 تا 1000 دلار در هر كيلووات است.

با توجه به هزينه ساخت نيروگاه هاي بخاري با سوخت سنگين كه در حدود 950 دلار در هر كيلووات

و نيروگاه هاي گازي بين 300 تا 600 دلار در هر كيلووات، عدد قابل قبولي است.

لازم به ذكر است هزينه سرمايه گذاري براي ساخت نيروگاه برق مختلف بسته به تكنولوژي آن و محل نصب و سال احداث متفاوت است.

چنانچه هزينه مورد نياز ساخت يك واحد نيروگاه سيكل تركيبي در قسمت هاي مختلف آن وزن داده شود گراف زير به طور تخميني به دست مي آيد.

با توجه به شكل زير توربين گاز 32 درصد، بويلر بازياب 10 درصد، توربين بخار 8 درصد

و عمليات ساختماني 18 درصد هزينه ساخت نيروگاه سيكل تركيبي را شامل مي شود.

چنانچه بخواهيم هزينه ها را در طول عمر نيروگاه در نظر بگيريم،

هزينه اوليه احداث نيروگاه 8 درصد، تعميرات و نگهداري و بهره برداري 17 درصد

و سوخت 75 درصد هزينه كل نيروگاه در طول عمر آن را شامل مي شود.

همچنين زمان نصب و راه اندازي نيروگاه سيكل تركيبي (2 تا 5,2 سال)

بسيار كمتر از نيروگاه بخاري (به طور متوسط 3 تا 4 سال) است.

جهت اطلاع از زمان نصب و راه اندازي نيروگاه هاي ديگر به جدول زير مي توان رجوع كرد.

شكل زير برنامه زمان بندي يك نيروگاه سيكل تركيبي را نشان مي دهد.

منبع: مباني و اصول مهندسي نيروگاه و تجهيزات اصلي آن  – هادي اله يار، فاطمه نام آور