دیزل ژنراتور چیست

دیزل ژنراتور (Diesel Generator) دستگاهی است برای تولید انرژی الکتریکی که از یک موتور دیزل (Diesel Engine) و یک ژنراتور (Electric Generator) به عنوان اجزای اصلی تشکیل شده و اجزای جانبی دیگری مانند تابلو فرمان دستی و یا اتوماتیک (امرجنسی)، دینام، استارت، هیتر آب و هوا، باتری، اگزوز، تانک سوخت (باک)، کوپلینگ، شاسی فولادی، اتاقک صداگیر (کانوپی)، توربو شارژر و غیره که بسته به نیاز در آن استفاده می شوند.
دیزل ژنراتور های استاندارد متشکل از موتور دیزل، ژنراتور و تابلو فرمان و اندازه گیری می باشند که برای انجام فعالیت باید با هم کوپل شده و روی شاسی قرار گیرند.هدف نهایی از این ترکیب تولید برق از سوخت دیزل (گازوئیل) است. در واقع این دستگاه نیروی مکانیکی دورانی تولیدی توسط موتور دیزل که حاصل از احتراق سوخت دیزل درون موتور است را از طریق کوپلینگ به ژنراتور انتقال داده و در نهایت این انرژی دورانی به انرژی الکتریکی (جریان برق متناوب) تبدیل می شود.

مجموعه دیزل ژنراتور در مکان های بدون اتصال به شبکه برق و یا به عنوان منبع تغذیه برق اضطراری (امرجنسی) در صورت خرابی یا قطعی برق شبکه و یا برای کاربردهای ویژه مانند تامین برق در زمان پیک مصرف، پشتیبانی شبکه تولید برق و یا صادرات به شبکه برق استفاده می شود.

قدرت بالا، مصرف سوخت کم، آلودگی کم تر و طول عمر بالا، باعث محبوبیت دیزل ژنراتور ها شده است.

هر واحد دیزل ژنراتور شامل سیستم های مختلفی میباشد که مهمترین آنها عبارتند از:

• سیستم راه اندازی
• سیستم سوخت رسانی
• سیستم روغن کاری
• سیستم خنک کننده
• سیستم گرم کننده آب اطراف سیلندر
• سیستم تنظیم کننده دور یا گاورنر
• سیستم تنظیم کننده ولتاژ (AVR)
• سیستم توربو شارژر
• سیستم اگزاست
• سیستم قطع اضطراری و آلارم دیزل ژنراتور

هر کدام از این سیستم ها خود از بخش ها و قطعات مختلفی تشکیل شده اند که در ادامه به شرح بعضی از آنها می پردازیم.

همانطور که قبلا گفته شد این دستگاه از دو جزء اصلی شامل ژنراتور و موتور دیزل تشکیل شده است اما اجزای فرعی دیگری نیز وجود دارد که بدون آنها نمی تواند به خوبی و مطمئن کار کند. همچنین بسته به نیاز و شرایط دارای تجهیزات جانبی دیگری نیز هست. بطور کلی اجزای تشکیل دهنده اصلی و فرعی و تجهیزات جانبی به شرح زیر می باشند:

• موتور دیزل: قسمت اصلی دیزل ژنراتور است که توان مکانیکی مورد نیاز ژنراتور برای گردش محور آنرا را تامین می کند.
• ژنراتور: تولید توان الکتریکی دیزل ژنراتور را بر عهده دارد و انرژی اولیه خود را از موتور می گیرد و تبدیل به انرژی الکتریکی می کند.
• مخزن سوخت ژنراتور (باک): سوخت موتور دیزل (گازوئیل) در این بخش ذخیره می شود و حجم آن بر حسب نوع دستگاه دیزل ژنراتور متغیر است.
• رگولاتور ولتاژ (AVR): میزان ولتاژ برق خروجی از ژنراتور را تنظیم می کند.
• سیستم خنک کننده (رادیاتور): قطعات موتور دیزل نیاز به خنک کردن مداوم دارند که سیستم خنک کننده این وظیفه را بر عهده دارد.
• سیستم روغن کاری موتور دیزل: اجزای موتور برای اینکه بتوانند به راحتی کار کنند و در محور خود حرکت داشته باشند تا کمترین فشار به موتور وارد شود نیاز به روغن کاری مداوم و روزانه دارند.
• باتری: وظیفه ذخیره انرژی الکتریکی در هنگام کار دیزل ژنراتور و تحویل آنرا در هنگام استارت موتور دیزل بر عهده دارد.
• شارژر باتری: وظیفه شارژ باتری در هنگام کار موتور دیزل بر عهده این سیستم است.
• تابلوی برق: وظیفه حفاظت الکتریکی ژنراتور و همچنین کنترل و هدایت برق تولیدی به خارج از مجموعه دیزل ژنراتور بعهده این بخش است. همچنین این تابلو ها می توانند شامل برد کنترل مخصوص با قابلیت استارت اتوماتیک به هنگام قطع برق شهر باشند (در تابلو های برق امرجنسی).
• تابلوی کنترل موتور دیزل: این تابلو معمولا شامل سوئیچ استارت موتور، نشاندهنده های دمای آب و روغن، نشاندهنده فشار روغن و نشانگر وضعیت شارژر باتری است.
• شاسی: شاسی قطعه ای است که تمامی تجهیزات یک دیزل ژنراتور بر روی آن نصب و مونتاژ می شود. در واقع موتور دیزل و ژنراتور بر روی آن با همدیگر کوپل شده (بوسیله کوپلینگ) و سپس دیگر قطعات و تجهیزات بر روی شاسی نصب می گردند. برای جلوگیری از انتقال ارتعاشات، معمولا ضربه گیرهای لاستیکی بین موتور دیزل و شاسی و نیز بین ژنراتور و شاسی قرار می گیرند. به مرحله ی ساخت شاسی و مونتاژ فطعات بر روی آن اصطلاحاً کوپله کاری می گویند.
• سیستم خروج دود موتور دیزل (اگزوز): این بخش وظیفه خروج دودهای تولید شده توسط دیزل ژنراتور را به عهده دارد.
• سیستم گاورنر: به دستگاه کنترل و تثبت کننده دور موتور دیزل و در نتیجه فرکانس خروجی ژنراتور، گاورنر دیزل ژنراتور می گویند. گاورنر دیزل ژنراتور با توجه به تعداد پالس تولیدی از قطعه پیکاپ که مماس بر دنده فلایویل نصب است سیگنال کنترلی مناسبی را جهت تثبیت دور موتور دیزل تولید و به یک شیر برقی که در مسیر سوخت دیزل قرار دارد فرمان های لازم را می دهد که در نتیجه ی این فرایند، دور موتور دیزل و در نهایت فرکانس برق خروجی از ژنراتور در حالت بی باری و بارداری ثابت باقی می ماند. بطور خلاصه وظیفه گاورنر تنظیم دور موتور دیزل از طریق تنظیم سوخت موتور است. گاورنر ممکن است به صورت دستی یا الکترونیک این عمل را انجام دهد.
• سیستم پیش گرمکن آب.
• رادیاتور مخصوص مناطق گرمسیری.
• اتاقک صداگیر و عایق (کانوپی).

کانوپی چیست

دیزل ژنراتور ها در توانهای مختلف را می توان درون یک اتاقک ایزوله قابل حمل قرار داد. این اتاقک که نقش اصلی آن کاهش صدای موتور دیزل میباشد را در اصطلاح کانوپی می گویند. به عبارت دیگر کانوپی وسیله ای است که برای کاهش صدای ناشی از کار کردن دیزل ژنراتور مورد استفاده قرار می گیرد. این کاورها دارای سایزها و کیفیت های مختلف هستند که معمولا ویژگی های زیر را دارا هستند:

• معمولا در ساخت آنها از عایق های صوتی و حرارتی استفاده میشود.
• پوشش آنها معمولا رنگ پودری الکترواستاتیک و مقاوم است.
• تمام قطعات آنها ماژولار است.
• در دو طرف آنها دربهایی نصب میشود که از طریق آنها می توان به راحتی به دیزل ژنراتور دسترسی داشت.

استفاده از کانوپی بر روی دیزل ژنراتور ها مزایای زیر را دربر دارد:

• حمل و نقل دیزل ژنراتور توسط قلاب های تعبیه شده بر روی کانوپی راحت تر میگردد.
• امکان کاهش صدای دیزل ژنراتور تا سطح 65 دسیبل برای دیزل ژنراتور های با توان های مختلف وجود دارد.
• حفاظت دیزل ژنراتور به دلیل وجود قفل در دربها و محدود کردن دسترسی به دیزل ژنراتور در محیط های پر رفت و آمد کارگاهی.
• حفاظت فیزیکی دیزل ژنراتور در برابر گرد و غبار و باران و برف و ارتقای عدد IP دیزل ژنراتور.
• محافظت دیزل ژنراتور در برابر فرسودگی طبیعی و افزایش عمر مفید قطعات آن.

نام های دیگر برای کانوپی عبارتند از: کاور، اتاقک صداگیر، اتاقک عایق، اتاقک سایلنت و کاور ضد صدا.

بر اساس نوع سوخت مصرفی به سه گروه زیر تقسیم بندی میشوند:

• دیزل ژنراتور گازوئیل سوز(Diesel Gensets)
• دیزل ژنراتور گازسوز (Gas Gensets)
• دیزل ژنراتور دوگانه سوز (Dual Fuel Gensets)

همچنین آنها بر اساس نوع برق خروجی به دو گروه تقسیم میشوند:

• دیزل ژنراتور تک فاز (Single Phase)
• دیزل ژنراتور سه فاز (Three Phase)

و بر اساس نوع سیستم خنک کننده موتور دیزل به دو دسته زیر از هم متمایز میگردند:

• دیزل ژنراتور آب خنک (Water Cooling)
• دیزل ژنراتور هوا خنک (Air Cooling)

دیزل ژنراتور های تک فاز معمولا در توان های پایین و دیزل ژنراتور های سه فاز در توان های مختلف ساخته میشوند.
میزان مصرف سوخت دیزل ژنراتور های جدید تقریبا بین ۰٫۲۸ تا ۰٫۴ لیتر سوخت در ازای هر کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولیدی میباشد.

دیزل ژنراتور ها معمولا با توجه به میزان بار الکتریکی (Electrical Load) که قرار است تامین کنند انتخاب می شوند. مشخصه یک بار الکتریکی معمولا شامل پارامتر های کلی نظیر کیلووات یا کاوا KVA ،ولتاژ، فرکانس و تعداد فاز آن میباشد. علاوه بر میزان بار الکتریکی، میزان مدت زمان استفاده از دیزل ژنراتور نیز در انتخاب آن مهم است. در واقع باید تعیین شود که دیزل ژنراتور برای تولید برق بطور دائم استفاده میشود یا بطور اضطراری. میزان توان الکتریکی تولیدی در حالت کارکرد دائم (توان اولیه یا پیوسته یا Prime) معمولا 10% کمتر از توان الکتریکی تولیدی در حالت کارکرد اضطراری (توان اضطراری یا Standby)در نظر گرفته میشود. همچنین در انتخاب یک دیزل ژنراتور مناسب باید پارامتر هایی نظیر ارتفاع از سطح دریا و دمای محیط نصب دیزل ژنراتور را نیز در نظر گرفت. این پارامتر ها بر روی قدرت تولیدی توسط موتور دیزل اثرگذار هستند.

دیزل ژنراتور ها بر اساس توان تولید برق بر حسب کیلو ولت آمپر یا همان کاوآ (KVA) و یا کیلووات (KW) سایزبندی می شوند که این همان توان الکتریکی خروجی توسط ژنراتور است که باید مساوی یا بیشتر از میزان بار الکتریکی باشد که قرار است تامین شود.از طرفی موتور دیزل نیز باید امکان تولید توان مکانیکی لازم بر حسب اسب بخار (HP) یا کیلو وات (KW) را داشته باشد و آنرا به ژنراتور تحویل دهد.

شرکت های سازنده دیزل ژنراتور معمولا سه نوع رژیم کاری را جهت محصولاتشان پیشنهاد می دهند: اضطراری (Standby)، پایه (Prime) و دائم (Continuous).

در اینجا سعی میشود تا بصورت خیلی ساده یکی از روش های کاربردی برای انتخاب دیزل ژنراتور مناسب توضیح داده شود.
انتخاب یک دیزل ژنراتور شامل دو بخش اصلی است.

بخش اول: محاسبه بار الکتریکی مصرفی

هدف از محاسبه بار الکتریکی مصرفی ، رسیدن به یک مقدار عددی حتی الامکان دقیق برای محاسبه توان الکتریکی ژنراتور است. برآورد نادرست میزان بار مصرفی می تواند منجر به انتخاب یک دیزل ژنراتور نامناسب شده که در صورت کمتر بودن توان آن از توان مورد نیاز واقعی، باعث عدم برآورده شدن نیاز ما گردیده و برای تعویض آن بناچار متحمل هزینه بالایی میشویم و در صورت بیشتر بودن توان آن از توان مورد نیاز واقعی، باعث تحمیل هزینه اضافی اولیه جهت خریداری آن و تحمیل هزینه سوخت و استهلاک اضافی در طول مدت بهره برداری میگردد.

لازم به ذکر است در صورتیکه ديزل ژنراتور قرار است جهت مواقع اضطراری و در صورت قطع برق شبکه استفاده گردد الزاما نباید بطور كامل جانشين برق شبكه شود و ميتواند تنها مصرف کننده های ضروري را برق رساني نمايد که در اینصورت توان دیزل ژنراتور مورد نیاز کمتر و سایز آن کوچکتر خواهد شد. پس در ابتدا باید تعیین شود که دیزل ژنراتور برای تامین برق بصورت دائمی استفاده میشود یا فقط برای مواقع اضطراری.

جهت تعیین میزان بار الکتریکی مصرفی، ابتدا لیستی از مصرف کننده ها تهیه کرده و سپس آنها را به دو دسته ی سه فاز و تک فاز تقسیم بندی کنید. بعنوان مثال جهت ساختمان های مسکونی، مصرف کننده ها میتوانند شامل موتور آسانسور (معمولا سه فاز)، الکترو پمپ های سیستم آبرسانی و آتش نشانی (تک فاز یا سه فاز)، لامپ های سیستم روشنایی (تک فاز) و مصارف داخلی آپارتمان ها مانند یخچال، تلویزیون، ماشین لباسشویی و ظرفشویی، اتو، جاروبرقی، لامپ ها و غیره (همگی تک فاز) باشد و جهت واحد های صنعتی، مصرف کننده ها معمولا شامل الکتروموتور ها (تک فاز یا سه فاز) نصب شده بر روی دستگاه ها و ماشین آلات ، الکترو پمپ ها (تک فاز یا سه فاز)، دستگاه های جوشکاری (تک فاز یا سه فاز) و سیستم روشنایی (معمولا تک فاز) میباشد.

بعد از فهرست برداری از مصرف کننده ها و دسته بندی آنها بر اساس سه فاز و تک فاز بودن آنها، به پلاک، برچسب یا محل درج مشخصات الکتریکی آنها مراجعه کرده و میزان شدت جریان مصرفی بر حسب آمپر (A) آنها را یادداشت میکنیم. ممکن است در بعضی موارد مقدار آمپر ذکر نشده باشد و در عوض توان الکتریکی بر حسب اسب بخار (HP)، وات (W) یا کیلووات (KW) و یا کیلو ولت آمپر (KVA) ذکر شده باشد که در اینصورت با استفاده از روابط تقریبی زیر میزان آمپر (A) مصرفی معادلشان را بدست میاوریم.

KW = HP x 0.74
KW = KVA x 0.8

برای مصرف کننده های تک فاز:
A = KW x 4.4

برای مصرف کننده های سه فاز:
A = KW x 1.8

در اینجا باید توجه داشت که بعضی از مصرف کننده ها (مصرف کننده های القایی مانند موتور های الکتریکی - الکتروموتور ها) بطور موقت و در لحظه استارت، مقدار آمپری که مصرف میکنند (جریان راه اندازی) چند برابر مقدار آمپر نامی آنهاست که بر روی پلاک مشخصات فنی آنها درج شده است و این افزایش آمپر آنها در محاسبات باید لحاظ شود. برای این منظور از ضرایبی خاص استفاده میکنیم و باید این ضرایب را در مقدار آمپر نامی ضرب کنیم. به این ترتیب که برای مصرف کننده های اهمی (مانند لامپ ها، بخاری یا اجاق برقی، تلویزیون و اتو) که جریان راه اندازی آنها تقریبا برابر با جریان نامی آنهاست، ضریب یک و برای مصرف کننده های القایی (موتور های الکتریکی القایی مانند الکتروموتور ها، موتور آسانسور، موتور یخچال و ماشین لباسشویی، الکترو پمپ ها) از ضرایب زیر استفاده میکنیم:

ضریب 1 برای موتور های الکتریکی با راه اندازی از طریق اینورتر یا سافت استارتر
ضریب 1.7 برای موتور های الکتریکی با راه اندازی ستاره مثلث
ضریب 2.5 برای موتور های الکتریکی با راه اندازی مستقیم

لازم به ذکر است که بیشتر موتور های الکتریکی استفاده شده در ساختمان های مسکونی بطریق راه اندازی مستقیم استفاده میشوند (مانند موتور یخچال و ماشین لباسشویی، الکترو پمپ های آب).

حالا مقادیر بدست آمده در هر دو حالت سه فاز و تک فاز را به صورت مجزا در گروه خودشان با یکدیگر جمع می کنیم. مقدار بدست آمده در حالت تک فاز را تقسیم بر سه نموده و با مقدار بدست آمده در حالت سه فاز جمع می کنیم. مقدار مجموع بدست آمده همان ماکزیمم شدت جریان (آمپر) مصرفی مجموع بارهای الکتریکی مورد نیاز ما در سیستم برق سه فاز است که دیزل ژنراتور باید آنرا تامین کند. حالا باید این مقدار آمپر را به کیلووات یا کاوآ (کیلو ولت آمپر) تبدیل کنیم:

KW = A / 1.8
KVA = A / 1.44

از روابط بالا مقدار توان الکتریکی مورد نیاز بر حسب کیلووات یا کاوآ در سیستم برق سه فاز بدست می آید که دیزل ژنراتور باید بتواند آنرا تامین کند.

بخش دوم: انتخاب دیزل ژنراتور

پس از تعیین توان الکتریکی مورد نیاز میتوانیم به کاتالوگ سازندگان دیزل ژنراتور مراجعه نموده و مدل مناسب را انتخاب نماییم. البته توجه به نکات زیر ضروری است.

توان اعلام شده در کاتالوگ دیزل ژنراتور ها بر اساس استفاده از آنها در شرایط استاندارد است یعنی در ارتفاع سطح دریا و در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد و استفاده از سوخت مصرفی مناسب و با کیفیت می باشد. میزان ارتفاع از سطح دریا و دمای هوای محیط بر روی توان مکانیکی تولید شده توسط موتور دیزل اثر می گذارند.از آنجا که کمتر پیش میاید که دیزل ژنراتور ها در شرایط استاندارد کار کنند، بنابراین با توجه به محل نصب دیزل ژنراتور معمولا مقادیر توان عملی قابل دستیابی کمتر از توان های اعلام شده در کاتالوگ است.
برخی از سازندگان دیزل ژنراتور های بزرگ، نرم افزاری ارائه می دهند که محاسبات سایزینگ پیچیده را به سادگی و با وارد کردن شرایط محل نصب و ویژگی های بار الکتریکی انجام می دهد.

همچنین معمولا در کاتالوگ دیزل ژنراتور ها دو نوع از توان معرفی میشود. توان دائم (Prime Power) و توان اضطراری (Standby Power).
توان اضطراری، ماکزیمم توانی است که دیزل ژنراتور می تواند در اختیار مصرف کننده قرار دهد و توان دائم، توانی است معادل با نود درصد از توان اضطراری.
اگرچه توان کار دائم برابر با نود درصد از توان ماکزیمم تعریف می گردد ولی بهتر است در حالت کار دائم بیشتر از هشتاد درصد از توان ماکزیمم دیزل ژنراتور استفاده نشود و فقط در موارد اضطراری از حداکثر توان دستگاه استفاده گردد. همچنین جهت نائل شدن به طول عمر بیشتر دستگاه بهتر است که دیزل ژنراتور بمدت طولانی در کمتر از سی درصد از توان ماکزیمم خود کار نکند.

یکی دیگر از نکاتی که در انتخاب یک دیزل ژنراتور باید در نظر گرفته شود پيش بيني احتمال توسعه واحد های صنعتی در آينده است كه مي تواند سبب افزايش مصرف برق درحالت اضطراري شود. افزودن يك دیزل ژنراتور جديد درآينده پرهزينه تر از بزرگتر در نظر گرفتن توان دیزل ژنراتور اوليه است.

نکته دیگر اینکه در صورتیکه قرار است از دیزل ژنراتور جهت تامین برق مصرفی بشکل دائمی استفاده گردد آنگاه درجه اطمینان مورد نياز تعيين كننده تعداد و توان دیزل ژنراتور ها است. جهت تامين اطمینان بيشتر مي توان به جاي يك دیزل ژنراتور بزرگ از دو دیزل ژنراتور كوچكتر استفاده كرد که دراين صورت در موقع بروز نقض فني برای یکی از دیزل ژنراتور ها، میتوان از دیگری برای تامین بخشی از برق مصرفی که اهمیت بیشتری دارد استفاده کرد.

در مناطقی که برق شهر در دسترس نیست یا استفاده از آن مقرون به صرفه نیست و یا در مواردی که نیاز به برق اضطراری باشد.به عنوان مثال در موارد زیر برای تامین مصارف اضطراری و ایمنی باید نیروی برق به کمک دیزل ژنراتور ها در محل تولید شود:
- ساختمان های مسکونی بیش از 4 طبقه از کف زمین و مجهز به آسانسور
- ساختمان های عمومی که نوع فعالیت آنها به نحوی است که قطع برق ممکن است خطر یا خسارت جبران ناپذیری را ایجاد کند.
- بیمارستان ها و مراکز بهداشتی با توجه به نوع فعالیت
- سردخانه های بزرگ
- مراکز صنعتی
- مرغداری ها و مراکز پرورش ماهی

دیزل ژنراتور های تک فاز یا سه فاز با قدرت تا 30 کیلووات برای ساختمان های مسکونی و فروشگاه های کوچک و دیزل ژنراتور های صنعتی سه فاز بزرگ تر از 30 کیلووات تا 2000 کیلووات برای ادارات بزرگ، مجتمع های مسکونی و کارخانجات کاربرد دارند.
دیزل ژنراتور های ۵ مگاوات و بیشتر معمولا برای نیروگاه های کوچک تولید برق استفاده می شوند و برای این منظور می توان از چندین دستگاه دیزل ژنراتور استفاده کرد. دیزل ژنراتور های دارای اندازه بزرگتر به صورت مجزا به محل نصب حمل شده و در آنجا مونتاژ و تجهیزات فرعی به آنها اضافه می شود.

برند های متداول برای موتور دیزل و ژنراتور

بعضی از متداول ترین برند ها برای موتور دیزل:
کامینز (CUMMINS) - ولوو پنتا (VOLVO PENTA) - جی ام (GM) - پرکینز (PERKINS) - دوسان (DOOSAN) - فیات (FIAT) - ایویکو (IVECO) - دویتس (DEUTZ) - لوول (LOVOL) - دورمن (DORMAN) - ام وی ام (MVM) - بنز (BENZ) - کاترپیلار (CATERPILLAR) - استریم (STREAM) - لروی سومر (LEROY SOMER) - ام تی یو (MTU)

بعضی از متداول ترین برند ها برای ژنراتور:
استامفورد (STAMFORD) - استامفورد پاور (STAMFORD POWER) - مک آلته (MECC ALTE) - ای وی کی (AVK) - مارکن (MARKON) - لینز (LINZ) - کایجیلی (KAIJIELI) - استریم (STREAM)