راهنمای خرید دیزل ژنراتور (انتخاب ظرفیت مناسب)

خرید دیزل ژنراتور

در هنگام خرید دیزل ژنراتور، تعیین ظرفیت و توان مناسب برای پاسخگویی به نیاز مصرف کننده‌ها، همواره چالش برانگیز بوده است. با وجود اینکه بهترین روش‌ برای تعیین ظرفیت دیزل ژنراتور، استفاده از نرم افزارهای سایزینگ و مشورت با سازنده می‌باشد، اما همچنان درک و شناخت نسبت به عوامل تاثیر گذار بر ظرفیت مورد نیاز، باعث می‌شود تا شما با اطمینان بیشتری نسبت به خرید دیزل ژنراتور اقدام کنید. عواملی همچون نوع مصرف کننده‌ها، شرایط محیطی، ظرفیت مورد نیاز، سوخت و …  بر روی ظرفیت دیزل ژنراتور تاثیر گذار می‌باشد. پیش از هرگونه اقدام به خرید دیزل ژنراتور باید شناخت کافی نسبت به شرایط پروژه و خصوصیات بارها و مصرف کننده‌های مورد نظر را بدست آورید. هنگامی می‌توان خرید دیزل ژنراتور را موفقیت‌آمیز دانست که تمامی شرایط تاثیر‌گذار بر انتخاب دیزل ژنراتور، در نظر گرفته شده باشد. در قسمت اول مقاله‌ی راهنمای خرید دیزل ژنراتور به معرفی انواع تولیدکنندگان دیزل ژنراتور و انتخاب یک تامین  کننده معتبر و مناسب پرداخته شد. در این مقاله به بررسی عواملی می‌پردازیم که در هنگام تعیین ظرفیت دیزل ژنراتور مورد نیاز، تاثیر زیادی داشته و پیش از خرید دیزل ژنراتور باید مد نظر قرار گیرند. در ادامه مهم‌ترین عوامل موثر بر تعیین ظرفیت دیزل معرفی شده است:

1-پارامترهای پروژه

هر پروژه‌ای محدودیت‌‌ها و پارامترهای منحصر به فرد خود داشته و نمی‌توان شرایط در نظر گرفته شده برای استفاده از دیزل ژنراتور در یک پروژه را به دیگری نیز تعمیم داد. لذا پیش از خرید دیزل ژنراتور باید برای تعیین سایز مناسب آن، در اولین گام پارامترهای پروژه را تعیین کنید. از جمله ‌مهم‌ترین پارامترهای پروژه که باید پیش از خرید دیزل ژنراتور مشخص شوند عبارتند از :

• حداقل بار

اگر یک دیزل ژنراتور برای ساعات طولانی در شرایط کم‌باری مورد بهره‌برداری قرارگیرد، قابلیت اطمینان آن کاهش یافته و به موتور دستگاه آسیب می‌رسد. لذا توصیه سازندگان شناخته شده دیزل ژنراتور در دنیا مانند Cummins Power Generation و Caterpillar به استفاده از دیزل ژنراتور در توان‌های بیشتر از 35 درصد توان نامی آن می‌باشد. تعیین حداقل میزان بار از این بابت حائز اهمیت است که در هنگام خرید دیزل ژنراتور، توان انتخابی به گونه‌ای در نظر گرفته می‌شود که حداقل بار مصرفی پروژه از 30 درصد توان نامی دیزل ژنراتور بیشتر باشد.

• حداکثر افت ولتاژ مجاز

اگر مصرف کننده‌هایی دارید که دارای محدودیت در افت ولتاژ مجاز هستند، باید در انتخاب دیزل ژنراتور دقت بیشتری صرف کنید. به طور کلی زیر بار رفتن دیزل ژنراتور با افت ولتاژ جزئی همراه است. درصورتی که سیستم تنظیم ولتاژ دیزل ژنراتور انتخاب شده، کیفیت لازم و پاسخگویی مناسبی در برابر شرایط گذرا نداشته باشد، باید ظرفیت دیزل ژنراتور انتخابی را به مراتب بیشتر در نظر بگیرید تا این افت ولتاژ، برای مصرف کننده‌های خیلی حساس کمتر شود.هر چقدر ظرفیت دیزل ژتراتور بزرگ‌تر باشد، در پاسخ‌ به بارهای بزرگ دچار افت ولتاژ کمتری می‌شود.

• حداکثر افت فرکانس مجاز

مشابه افت ولتاژ، زیر بار رفتن دیزل ژنراتور با افت فرکانس همراه می‌باشد و در صورتی که تمایل دارید افت فرکانس کمتری را درهنگام زیر بار رفتن دیزل ژنراتور تجربه کنید، باید دیزل ژنراتوری انتخاب کنید که دارای سیستم گاورنر قدرتمندتر و مطئمن‌تری بوده و پاسخگویی مناسبی به شرایط گذرا داشته باشد. درغیر اینصورت باید در هنگام خرید دیزل ژنراتور، ظرفیت انتخابی را افزایش داده و توان بزرگتری انتخاب نمایید.

• کاربری دیزل ژنراتور

نوع مصرف‌کننده‌ها و زمان در نظر گرفته شده برای کارکرد دیزل ژنراتور، در انتخاب توان دستگاه تاثیر دارد. برای هریک از کاربری‌های استندبای، پرایم یا دائم کار، توان‌های متفاوتی باید در نظر گرفته شود. برای درک بهتر مفاهیم مربوط به کاربری و توان دیزل ژنراتور بر اساس استاندارد ISO 8528 به مقاله تعاریف مربوط به توان موتور ژنراتورها مراجعه کنید. به طور مثال اگر شرایط کاربری دیزل ژنراتور مطابق با شرایط کاربری استندبای که توسط استاندارد ISO 8528-1 تعریف شده باشد، امکان اضافه بار گرفتن از دیزل ژنراتور ندارد. اما در کاربری پرایم دیزل ژنراتور می‌تواند تا 10 درصد بیشتر از  توان نامی اضافه بار را تحمل کند. دیزل ژنراتوری که برای شرایط دائم کار در نظر گرفته شده نیز نباید بارهای متغیر را برای ساعات طولانی تامین کند.

• ارتفاع و دمای محیط

ارتفاع و دمای محیط، دو عامل تاثیر گذار بر عملکرد دیزل ژنراتور می‌باشند و عملکرد دستگاه با افزایش دما و ارتفاع محیط کاهش می‌یابد (دچار Derate می‌شود). لذا متناسب با محل در نظر گرفته شده برای دیزل ژنراتور ، باید ظرفیت مورد نظر آن افزایش یابد. در شکل زیر، منحنی Derate  برای موتور  KTA50-G3 که در دیزل ژنرلتور C1400D5 در کاربری STANDBY به ازای دماها و ارتفاع‌های مختلف نمایش داده است.

منحنی DERATE موتور KTA50-G3 در دیزل ژنراتور C1400D5

• ولتاژ، فاز و فرکانس

دیزل ژنراتورهای سه فاز قادر به تامین توان مورد نیاز بارهای تکفاز و سه فاز هستند، اما دیزل ژنراتور تکفاز نمی‌تواند توان بارهای سه فاز را تامین کند. همچنین فرکانس و ولتاژ مصرف کننده نیز اهمیت دارد.

2-مصرف کننده‌ها

در فرآیند خرید دیزل ژنراتور پس از اینکه پارامترهای پروژه به طور کامل بررسی شد، گام بعدی که مهم‌ترین مرحله در تعیین توان و ظرفیت دیزل ژنراتور است، شناسایی نوع و اندازه تمامی مصرف‌کننده‌های در نظر گرفته شده برای دستگاه می‌باشد. در نظر داشته باشید که برای مصرف کننده‌های غیرخطی، باید توان دیزل ژنراتور را بیشتر در نظر گرفت. در ادامه به بررسی مصرف کننده‌ها و مشخصه‌های الکتریکی بارها که بر سایز و توان انتخابی دیزل ژنراتور تأثیر می‌گذارند، می‌پردازیم.

• ضریب توان (Power Factor)

به نسبت بین توان اکتیو به توان ظاهری ضریب توان گفته می‌شود. در واقع توان اکتیو یا حقیقی همان توانی است که کار مفید انجام می‌دهد ولی توان ظاهری حاصل ضرب ولتاژ در جریان می‌باشد. به طور کلی مصرف‌کننده‌ها به سه دسته بارهای با ماهیت اهمی، سلفی و خازنی تقسیم‌بندی می‌شوند. در بارهای اهمی مانند هیترها و المنت های حرارتی، شکل موج ولتاژ و جریان هم فاز بوده و ضریب توان برابر یک می‌باشد. در بارهایی که ماهیت سلفی دارند، جریان از ولتاژ عقب‌تر بوده که به همین علت به این نوع بارها، پس‌فاز نیز می‌گویند. مصارف پس‌فاز (Lag)، اکثریت بارهای شبکه برق را تشکیل داده و مصرف کننده توان راکتیو هستند. تمام الکتروموتورها جز بارهای پس فاز می‌باشد. در بارهای خازنی جریان از ولتاژ جلوتر بوده که به این نوع مصرف کننده ها، پیش فاز گفته می‌شود و به عبارتی این بارها، تولید کننده توان راکتیو هستند. UPS ها به همراه فیلترهای الکتریکی خود، در دسته بارهای پیش‌فاز قرار می‌گیرند. در نظر داشته باشید که در اعمال بارهای پیش فاز به دیزل ژنراتور، محدودیت وجود داشته و بهره‌برداری از دیزل ژنراتور در حالت پیش‌فاز برای زمان‌های طولانی، می‌تواند منجر به از دست رفتن کنترل ولتاژ گردد. در شکل زیر که به منحنی قابلیت ژنراتور شناخته می‌شود، محدوده مجاز عملکرد آن به لحاظ تولید یا مصرف توان راکتیو با رنگ سبز مشخص شده است. مطابق با این شکل ناحیه سبز رنگ محدوده‌ای است که ژنراتور در حالت فوق تحریک بوده و توان راکتیو تولید می‌کند. مصرف‌کننده‌هایی که ضریب توان کمتری دارند، برای تامین توان راکتیو مورد نیاز خود به ژنراتورهای بزرگتری احتیاج دارند.

• مصرف کننده‌های تکفاز و بارهای نامتقارن

برای انتخاب بهینه سایز و امکان بهره‎‌وری حداکثر از ظرفیت دیزل ژنراتور، باید تا حد ممکن بارهای تکفاز به طور یکنواخت روی سه فاز دیزل ژنراتور توزیع شوند. عدم توزیع یکنواخت مصرف‌کننده‌ها بر روی فازهای دیزل ژنراتور، علاوه بروز مشکلاتی مانند جریان‌های توالی منفی و گرم شدن بیش از حد ژنراتور، نیاز به خرید دیزل ژنراتورهای بزرگتر را ایجاب می‌کند.

• بارهای ضربه ای

بارهای ضربه‌ای به مصرف کننده‌هایی مانند تجهیزات جوشکاری، تجهیزات تصویربرداری پزشکی و الکتروموتورها گفته می‌شود که در هنگام شروع به کار، مقدار توان مصرفی آن ها، چندین برابر مقدار توان نامی می‌باشد. در نظر گرفتن بارهای ضربه ای علی‌رغم راه اندازی ترتیبی مصرف‌کننده‌ها، به طور چشمگیری ظرفیت دیزل ژنراتور در نظر گرفته شده را افزایش می‌دهد. پیش از خرید دیزل ژنراتور، باید تمامی بارهای ضربه‌ای شناسایی شده و روش‌های کاهش جریان راه‌اندازی در این تجهیزات مورد بررسی قرار گیرند.

• بارهای موتوری با توان بیش از 50 اسب بخار

یک الکتروموتور در لحظه استارت، دارای امپدانس کمی بوده و روتور آن نیز در حالت قفل می‌باشد. همانگونه که در مدار معادل یک موتور القایی که در شکل زیر نمایش داده شده مشاهده می‌کنید، در هنگام راه‌اندازی الکتروموتور راکتانس مغناطیس‌کنندگی Xm مقدار بسیار کمی داشته و از دید دیزل ژنراتور به مانند ترانسفورماتوری عمل می‌کند که سیم‌پیچ ثانویه آن اتصال کوتاه شده است و جریان هجومی معادل 6 برابر جریان نامی الکتروموتور از دیزل ژنراتور می‌کشد. این جریان‌کشی زیاد باعث افت ولتاژ ژنراتور می‌شود. نحوه بازیابی افت ولتاژ لحظه راه‌اندازی تابعی از سایز ژنراتور، موتور دیزل، توان خود الکتروموتور و قابلیت سیستم تحریک ژنراتور می‌باشد. بسته به نوع بارها، توان ژنراتور باید به گونه‌ای انتخاب شود که در کمتر از چند ثانیه ولتاژ را بازیابی کند. روش‌های مختلفی برای کاهش جریان راه اندازی الکتروموتورها وجود دارد که می‌توان از آن ها برای مصارفی که کاهش گشتاور راه اندازی، مشکلی به همراه دارد، استفاده نمود. کاهش جریان راه اندازی الکترومورها، کاهش افت ولتاژ و در نتیجه کوچک تر شدن سایز ژنراتور انتخابی را به دنبال داشته و استارت مکانیکی نرم‌تری را برای الکتروموتور به همراه دارد. با این وجود، روش‌های کاهش جریان راه اندازی موتورها، تنها برای موتورهای با اینترسی کم قابل اعمال بوده، مگر اینکه تشخیص داد که موتور در هنگام راه اندازی از گشتاور کافی برای بار برخوردار می‌باشد.

مدار معادل موتور القایی

• درایوهای فرکانس متغیر

درایوهای فرکانس متغیر (VFD) که برای کنترل سرعت در موتورهای القایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در ولتاژ ژنراتور اعوجاج ایجاد می‌کنند و بارهای غیرخطی محسوب می‌شوند. جریان های هارمونیکی باعث گرم شدن ژنراتور شده و برای جلوگیری از این امر و همچنین کاهش اعوجاجات ولتاژ، باید ژنراتور با راکتانس کمتری انتخاب شود که راکتانس کمتر به معنی سایز و توان بزرگتر می‌باشد. به طور مثال برای اینکه مقدار کل هارمونیک ها (THD) کمتر از 15 درصد باشد، لازم است حداکثر بارهای دارای VFD روی ژنراتور از 50 درصد توان آن بیشتر نباشد.

• UPS

یک UPS برای تبدیل ولتاژ AC به DC و بالعکس و شارژ باتری‎‌ها، از یکسوکننده‌ها و مبدل‌های الکتریکی استفاده می‌کند که جز بارهای غیرخطی می‌باشند. برای جلوگیری از گرم شدن ژنراتور ناشی از جریان‌های هارمونیکی مبدل‌ها و محدود کردن اعوجاج ولتاژ، باید ژنراتور با سایز بزرگتری انتخاب کرد.

• مصرف کننده‌های دارای  باتری شارژ

باتری شارژر یک مصرف‌کننده غیر خطی بوده که لازم است بسته به تعداد پالس‎‌های یکسوساز مورد استفاده در آن، ژنراتور بزرگتری برای آن در نظر گرفته شود. به طور مثال برای یکسوساز 3 پالس باید 2.5 برابر جریان نامی و برای یکسوساز 12 پالس، 1.15 جریان حالت ماندگار آن را برای انتخاب دیزل ژنراتور در نظر گرفت. این نوع بارها در مراکز مخابراتی، فراوان وجود دارند.

• تصویر برداری پزشکی

برای حفظ کیفیت تصاویر سی تی اسکن، MRI و عکس‌های اشعه ایکس باید سایز دیزل ژنراتور انتخابی به اندازه‌ای بزرگتر در نظر گرفته شود که هنگامی که تمامی مصرف کننده‌ها در مدار هستند، افت ولتاژ ژنراتور از 10 درصد بیشتر نشود. برای محدود کردن افت ولتاژ نیز ممکن است نیاز باشد در هنگام خرید دیزل ژنراتور، دستگاه با توان بیشتر انتخاب شود.

 3- زیر بار بردن پله‌‌ای دیزل ژنراتور

در بسیاری از کاربری‌ها، ظرفیت دیزل ژنراتور طوری انتخاب می‌شود که قادر باشد در یک پله، تمامی بارها را تامین کند. اما در برخی از کاربری ‌ها بر اساس قانون بزرگترین موتور، مصرف کننده‌ها در چندین پله وارد مدار می‌شوند. به این صورت که مصرف کننده‌ای که بیشترین جریان راه‌اندازی را دارد، اول وارد مدار شده و در ادامه سایر مصرف‌کننده‌ها در چندین پله بر روی دیزل ژنراتور قرار می‌گیرند. این شیوه زیر بار بردن دیزل ژنراتور باعث می‌شود کوچک ترین دیزل ژنراتور ممکن نسب به توان حالت ماندگار مصرف‌کننده‌ها انتخاب شود. تصور کنید برای دو مصرف کننده قصد داریم یک دیزل ژنراتور تهیه کنیم. مصرف کننده ‌اول از نوع موتوری بوده که توان نامی آن 243KW و توان آن در لحظه راه اندازی 389KW می‌باشد و مصرف کننده دوم از  نوع حرارتی بوده و توان آن 100KW است. حال برای زیر بار بردن دیزل ژنراتور تحت این دو بار، دو سناریو وجود دارد. سناریوی اول به این صورت است که ابتدا دیزل ژنراتور با مصرف‌کننده حرارتی زیر بار برود و پس از آن الکتروموتور وارد مدار شود. در این حالت ابتدا بار 100KW  روی دیزل ژنراتور قرار گرفته و پس از آن الکتروموتور با توان راه اندازی 389KW وارد مدار می‌شود و پس از گذشت زمان راه اندازی الکتروموتور، توان حالت دائم آن به 243KW و مجموع توان روی دیزل ژنراتور 343KW می‌رسد. همانگوه که در شکل زیر نمایش داده شده در سناریوی 1  حداکثر توانی که باید توسط دیزل ژنراتور باید تامین کند  489KW می‌باشد.

اما در سناریوی دوم ابتدا الکتروموتور بر روی دیزل ژنراتور قرار می‌گیرد و در مرحله دوم بار حرارتی 100KW وارد مدار می‌شود. در این حالت در لحظه استارت الکتروموتور حداکثر 389KW بار روی دیزل ژنراتور قرار می‌گیرد و پس از طی زمان راه اندازی، توان حالت دائم  آن 243KW می‌شود و پس از اینکه بار حرارتی 100KW وارد مدار شد، مجموع بار روی دیزل ژنراتور به 343KW می‌رسد. در این سناریو حداکثر توانی که باید توسط دیزل ژنراتور باید تامین کند  389KW می‌باشد که 100KW از سناریوی اول کمتر است. پله‌های زیر بار بردن دیزل ژنراتور بر هر دو سناریو در نمودار زیر با یکدیگر مقایسه شده است. این نموارد نشان می‌دهد که برای مصرف کننده‌های یکسان، در صورتی که سناریو زیر بار بردن دیزل بر اساس قانون بزرگترین موتور صورت گیرد، به دیزل ژنراتور کوچکتری نیاز داریم.

سناریوهای زیر بار بردن دیزل ژنراتور

 4- آینده نگری

آخرین گام در تعیین ظرفیت مورد نیاز برای خرید دیزل ژنراتور، در نظر گرفتن نیازهای آینده می‌شود. نیاز به انرژی هیچگاه ثابت نبوده و با گذر زمان همواره افزایش می‌یابد. لذا در هنگام خرید دیزل ژنراتور و تعیین توان مورد نیاز همواره باید نیاز آینده را نیز در نظر گرفت. اکثر مراکز صنعتی دارای طرح‌های توسعه مخصوص به خود می‌باشند که در هنگام خرید دیزل ژنراتور باید در نظر گرفته شود.

5- نتیجه‌گیری

پس از معرفی انواع تامین کنندگان دیزل ژنراتور در مقاله راهنمای خرید دیزل ژنراتور (انتخاب سازنده)، در این مقاله به بررسی عوامل تاثیر گذار بر ظرفیت دیزل ژنراتور مورد نیاز پرداخته شده است. با وجود اینکه بهترین روش برای تعیین سایز بهینه دیزل ژنراتور مورد نیاز، استفاده از نرم افزارهای سایزینگ و مشورت با کارشناسان با تجربه بوده، در این مقاله پارامترها و عوامل تاثیرگذار بر انتخاب دیزل ژنراتور مناسب و تاثیر هریک از آن‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترها و محدودیت‌های پروژه مانند حداقل بار، حداقل افت ولتاژ، کاربری دیزل ژنراتور، شرایط محیطی محل نصب و … در خرید دیزل ژنراتور تاثیر مهمی دارند. عامل مهم بعد که مهم‌ترین گام در خرید دیزل ژنراتور می‌باشد، شناخت و درک صحیح نسبت به ویژگی‌های مصرف کننده‌ها است. رفتار بارهای ضربه‌ای، مصرف‌کننده‌های غیرخطی مانند باتری‌شارژرها و UPS ها، بارهای موتوری و ضریب توان مصرف کننده، نقش تعیین کننده‌ای در خرید دیزل ژنراتور و تعیین ظرفیت دستگاه دارند. ترتیب به مدار آوردن مصرف‌کننده‌ها نیز بر ظرفیت دیزل ژنراتور مورد نیاز تاثیر داشته و در کاربری‌هایی که  مصرف کننده‌ها در چندین پله وارد مدار شده، از قانون بزرگترین موتور باید استفاده شود. در نهایت خرید دیزل ژنراتور باید با آینده‌گری و در نظر گرفتن طرح‌های توسعه انجام شود.  کارشناسان شرکت آوات انرژی پارس با سال‌ها تجربه و بهره‌مندی از دانش روز دنیا در حوزه سیستم‌های برق اضطراری و نیروگاه‌های دیزلی، آماده ارائه مشاوره در خصوص انتخاب دیزل ژنراتور مناسب برای کاربری مورد نظر شما می‌باشند.