صنعت برق و بحران زیست محیطی باران های اسیدی- علی امیراحمدی؛ محبوبه امیراحمدی- مرکز مهندسی عطران

0

صنعت برق شامل واحدهای تولید، انتقال و توزیع بوده و به ويژه در بخش نیروگاهی یکی از بزرگترین واحدهای آلاینده در بین تمام صنایع می باشد.اثرات زیست محیطی پروژه های صنعت برق را می توان به دو مرحله ساخت و بهره برداری تقسیم نمود.

در مرحله ساخت، به دلیل ایجاد عوارض سطحی نظیر پست ها، دکل ها و مسیرهای دسترسی، بر اکوسیستم منطقه اثر می گذارد و در مرحله بهره برداری نیز به دلیل تولید اکسید گوگرد، ازت و سایر آلاینده ها، ناشی از احتراق سوخت های فسیلی در نیروگاه ها،بر اکوسیستم منطقه و حتی جهان تأثیر خواهد گذاشت.

از طرفی آلودگی های زیست محیطی باعث فرسودگی تجهیزات صنعت برق نیز می شود. آلاینده های خروجی نیروگاه ها می تواند موجب باران های اسیدی شود.با توجه به اینکه عمده تجهیزات شبکه برق در محیط باز نصب می باشد لذا در اثر باران های اسیدی دچار فرسودگی و خوردگی خواهند شد.در این مقاله ضمن مطالعه اثرات باران اسیدی بر تجهیزات صنعت برق ، راهکارهای مقابله و کاهش اثرات آن را بررسی خواهیم کرد.

کلمات کليدي: باران اسیدی ، صنعت برق ، هادی ، پایه بتنی ، مقره

 

  • مقدمه

صنعت برق همچون سایر صنایع در مرحله احداث و بهره برداری اثرات زیست محیطی به دنبال خواهد داشت.آلودگی منابع آبی ناشی از پسماندها،انتشار ذرات و گازها در هوا،تخریب پوشش گیاهی و زیستگاه جانوری و میدان الکترو مغناطیسی خطوط برق از آن جمله است.در کنار این موارد مباحث ایمنی و سلامت شهروندان نیز مطرح می باشد که هر کدام در جای خود قابل بحث و بررسی می باشد.

لکن مهمترین اثرات زیست محیطی صنعت برق ناشی از استفاده سوخت های فسیلی در نیروگاه ها و انتشار آلودگی ها و ذرات آلاینده می باشد.(جدول1)آلاینده هایی چون اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای گوگرد و دی اکسید کربن که در ترکیبات گازهای خروجی نیروگاه های فسیلی وجود داشته و موجب بارش باران های اسیدی می شود.(امینی و همکاران،1394)

جدول1- شاخص انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای بخش نیروگاهی کشور در سال 1392 (گرم بر کیلووات ساعت)

نوع نیروگاه C CO SPM
بخاری 017/259 395/2 729/949 754/9 044/0 356/2 005/0 026/0 205/0
گازی 417/237 096/0 530/870 792/0 020/0 671/2 003/0 019/0 145/0
دیزل 617/261 001/0 262/959 687/5 091/0 884/1 015/0 046/0 364/0
سیکل ترکیبی 499/135 082/0 831/496 457/0 014/0 030/3 002/0 013/0 096/0

باران هنگامی اسیدی تلقی می شود که PH آن کمتر از 6/5 باشد.معمولاً نزولات جوی به علت حل شدن دی اکسید کربن هوا و تشکیل اسید کربنیک،خاصیت اسیدی کمی دارد و PH آن حدود 6/5 می باشد.

در سال های اخیر به علت افزایش میزان آلاینده ها،ناشی از مصرف سوخت های فسیلی و همچنین ریزگردها،بر ناخالصی باران

افزوده شده است.اسیدهای عمده در باران اسیدی، اسید سولفوریک و اسید نیتریک می باشد که موجب کاهشPH  به کمتر از

6/5  شده است.به طوریکه از برخی مناطق صنعتی PH کمتر از3 نیز گزارش شده است.(بخشی خانیکی،1392)

باران اسیدی به علت حمل دور برد آلاینده ها توسط باد، حد و مرز جغرافیایی نمی شناسد.بعضی از اثرات مهم باران اسیدی عبارتند از: ایجاد بیماری های حاد تنفسی، تخریب اکوسیستم های گیاهی و جانوری، تسریع در خوردگی مواد.از طرفی  ریزگردها و آلاینده ها حاوی ترکیبات،و بوده و به تدریج روی سطوح اجسام رسوب می کنند.

لذا علاوه بر نزولات جوی، در شرایط جوی با رطوبت بالا و یا مه صبحگاهی نیز، واکنش های اسیدی روی سطوح سازه ها انجام خواهد شد.با توجه به اینکه تأسیسات شبکه های توزیع برق در فضای باز نصب می باشد،تحت تأثیر باران های اسیدی دچار خوردگی و فرسودگی می شوند.در ادامه اثر باران های اسیدی را بر تجهیزات مهم شبکه برق بررسی خواهیم کرد.

2- بررسی اثرات مخرب باران اسیدی بر تجهیزات شبکه توزیع برق

در شبکه برق ادوات مختلفی نصب می باشد.لکن برخی ادوات مانند هادی ها، مقره ها و پایه های بتنی با توجه به تعداد بالا در شبکه و اینکه در فضای آزاد نصب می باشند، به طور مستقیم از آلودگی ها تأثیر می پذیرند و بیشتر در معرض فرسودگی و خوردگی هستند.لذا در این مقاله به بررسی تأثیر باران های اسیدی بر هادی ها، مقره ها و پایه های بتنی موجود در شبکه خواهیم پرداخت.

 

2-1-  تأثیر باران اسیدی بر هادی های شبکه

هادی ها بخش عمده ای از شبکه توزیع را تشکیل می دهند.متداول ترین نوع هادی ها از جنس مس،آلومینیوم و یا  به صورت ترکیبی از رشته های آلومینیوم و رشته های فولاد بافته می شوند که رشته های فولادی در لایه های مرکزی و رشته های آلومینیومی در لایه های بیرونی قرار دارند.به طور معمول و در شرایط بدون آلودگی، بر سطوح فلزی لایه ای از اکسید تشکیل خواهد شد که این لایه می تواند نقش محافظ در برابر ادامه فرآیند اکسیداسیون داشته باشد.

لکن در اثر آلودگی های جوی و محیطی و همچنین در شرایط بارندگی یا هوای مرطوب و شرجی، به دلیل ایجاد محیط اسیدی،فرآیند خوردگی و اکسید شدن ادامه خواهد یافت.(عسکری و همکاران،1392)خوردگی فرآیندی الکتروشیمیایی است که موجب کاهش مقاومت مکانیکی فلز شده و به پارگی خطوط برق منجر می شود.همچنین کاهش سطح مقطع سیم های شبکه های انتقال و توزیع در اثر خوردگی، موجب افزایش مقاومت الکتریکی و در نتیجه افزایش تلفات شبکه خواهد شد.

2-2- تأثیر باران اسیدی بر مقره های شبکه

در شبکه توزیع برق لازم است هادی های تحت ولتاژ بالا به نحوی از  پایه ها و دکل ها ایزوله شوند.برای این کار از مقره ها استفاده می شود.لذا مقره ها باید از استحکام مکانیکی و الکتریکی خوبی برخوردار باشند. لکن عملکرد مقره ها در هر دو بخش تحت شرایط محیطی ممکن است مختل شود.آلاینده ها و ریزگردها از فواصل دور،با وزش باد به سطح مقره ها می رسد و اگر شرایط رسوب فراهم باشد ، تشکیل رسوب می دهند.

این رسوب در صورت وجود رطوبت،با ایجاد یک محیط الکترولیت اسیدی، خاصیت هدایت پیدا کرده و موجب تخلیه الکتریکی در سطح مقره و اتلاف انرژی خواهد شد.(امیدوار نیا،1381)به این ترتیب عملکرد ایزولاسیون مقره ها مختل می شود.از طرفی حرارت بالای ناشی از تخلیه الکتریکی،همچنین واکنش اسید با بدنه مقره  می تواند موجب ترک خوردن و حفره دار شدن بدنه مقره شده و مقاومت مکانیکی مقره را کاهش می دهد.

 2-3-  تأثیر باران اسیدی بر پایه های بتنی

آلودگی هوا بر پایه های بتنی شبکه های برق نیز اثرات مخربی دارد.با توجه به اینکه پایه ها نقش نگهدارنده تجهیزات را دارند فرسودگی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.در ساختمان پایه بتنی علاوه بر سیمان و ماسه، به منظور استحکام بیشتر، از میلگرد استفاده می شود.بخشی از وزن بتن شامل آبی است که در ساختار آن ذخیره شده است لکن PH آن به دلیل حضور نمکهای قلیایی نظیر حدود 14-12 است تا مانع خوردگی میلگردهای بکار رفته در ساختمان آن شود.

یکی از عوامل تخریب پایه ها،سولفاته شدن است. همانطور که اشاره شد در شرایط بارانی یا شرجی،دی اکسید گوگرد موجود در آلاینده ها و ریزگردها با مولکولهای آب واکنش داده و محیطی اسیدی تشکیل می شود.از طرفی ریزگردها حاوی مقادیری نمک طعام است که با اسید سولفوریک واکنش داده و محلول سولفات سدیم  به دست می آید.

محلول سولفات سدیم با نفوذ در پایه های بتنی با سیمان بتن واکنش می دهد و محلول سولفات کلسیم به  دست می آید.

سولفات کلسیم  به گچ ثانوی معروف بوده و دارای حجمی در حدود دو برابر جامدات اولیه است.این واکنش موجب انبساط و از هم گسیختگی و در نهایت تخریب بتن می شود.(مهرابی و نوذری،1381)بتنی که در معرض حمله سولفاتی قرار گرفته دارای مشخصه ظاهری سفید رنگ می باشد که معمولاً خسارت از لبه ها و گوشه ها شروع شده و به تدریج با ترک خوردن و ریزش بتن همراه است.

با توجه به تأثیر باران اسیدی بر تجهیزات شبکه لازم است هم در بخش نیروگاهی و هم در طراحی شبکه و انتخاب تجهیزات تدابیر لازم را اتخاذ نمود.در ادامه راهکارها را در دو بخش کاهش آلایندگی نیروگاه ها و حفاظت از تجهیزات شبکه در مرحله طراحی و اجرا ، بررسی خواهیم کرد.

3-  کاهش آلایندگی نیروگاه ها

مصرف سوخت های فسیلی در نیروگاه ها منجر به تولید آلاینده های اسیدی می شود.لذا راهکارهای زیر برای کاهش تولید آلاینده ها در واحدهای نیروگاهی پیشنهاد می شود:

  • مدیریت مصرف انرژی : اساساً عرضه بخش تولید به منظور تأمین مصرف بخش تقاضا می باشد.لذا اگر تقاضا خود را تعدیل کند به همان نسبت تولید نیز کاهش یافته و به تبع آن از مصرف سوخت های فسیلی کاسته خواهد شد.
  • انتخاب نوع سوخت فسیلی مناسب و چرخه عملکرد نیروگاهی بهینه : طبق جدول 1 ملاحظه می شود که سوخت گازی کمترین تولید آلاینده را داشته و چرخه سیکل ترکیبی بهینه ترین عملکرد را دارد.
  • انتخاب دودکش با ارتفاع مؤثر مناسب : ارتفاع مناسب دودکش موجب کاهش غلظت آلاینده ها می شود.
  • استفاده از سنگ آهک به شکل دوغاب: تماس آلاینده ها با محلول دوغاب موجب تشکیل سولفات، نیترات و کربنات کلسیم شده و مانع ورود آلاینده ها به هوا می شود.

4- راهکارهای حفاظت از تجهیزات شبکه در مرحله طراحی و اجرا

با توجه به تأثیرات مخربی که باران های اسیدی بر تجهیزات شبکه توزیع دارد روشن است که برای صرفه جویی اقتصادی و جلوگیری از بروز خسارات فنی و صدمات جانی، بایستی تدابیر لازم برای حفاظت از تجهیزات شبکه به عمل آيد.به علاوه در مرحله ایجاد و یا گسترش شبکه باید تجهیزات با توجه به شرایط منطقه انتخاب و نصب گردد. راهکارهای حفاظت تجهیزات شبکه در مقابل آلاینده ها و ریزگردها را می توان به شرح زیر بر شمرد:

 

4-1- هادی ها

برای حفاظت هادی های شبکه پیشنهاد می شود:

  • با توجه به مقاومت بالای اکسید آلومینیوم در مقابل خوردگی، هادی های آلومینیوم جایگزین هادی های مسی شود.
  • استفاده از هادی ها با رشته های بیشتر و سطح مقطع کوچک تر برای جلوگیری از خوردگی ضرورت دارد.آزمایشات انجام شده روی سیم های آلومینیوم- فولادی خطوط واقع در مناطق آلوده نشان داده است که سیمهای19رشته ای دارای مقاومت مناسبی در برابر خوردگی هستند.زیرا رشته های بالایی نقش محافظ برای لایه های زیرین دارند.
  • برای افزایش طول عمر هادی ها در مناطق آلوده می توان از انواع گریس به عنوان لایه محافظ شبکه استفاده کرد.
  • استفاده از شبکه روکش دار و طراحی زیر زمینی شبکه ، به ویژه در مناطق آلوده صنعتی.
  • حفاظت کاتدی هادی ها و سایر اجزای فلزی شبکه.

4-2- مقره ها

جهت بهبود عملکرد مقره ها در مقابل آلودگی موارد زیر پیشنهاد می شود:

  • افزایش سطح ایزولاسیون : برای این منظور می توان طول زنجیره مقره را افزایش داد یا از مقره های بشقابی ضد مه (FOG) که شیار پایینی بزرگتری نسبت به مقره های معمولی دارند استفاده کرد.
  • استفاده از مقره با لعاب نیمه هادی: لعاب نیمه هادی سبب می شود جریان نشتی کمی در طول لعاب عبور کند. مقاومت بدنه مقره موجب می شود سطح مقره چند درجه ای نسبت به محیط گرم تر شود.در نتیجه رطوبت روی سطح مقره خشک شده و طول عمر مقره در مقابل تخلیه الکتریکی و اثرات خوردگی سطحی ناشی از آلاینده ها افزایش خواهد یافت.
  • گریس کاری:ترکیبات گریس روی سطح مقره موجب می شود:1- مواد آلاینده با سطح مقره تماس پیدا نکند.2- آب روی سطح مقره به صورت قطره در آمده و مانع تشکیل لایه آب در تمام سطح مقره می شود.در نتیجه امکان هدایت الکتریکی در سطح مقره ها کاهش می یابد.
  • شست و شوی دوره ای: مؤثرترین و اقتصادی ترین روشی است که می توان از شبکه موجود بدون تعویض تجهیزات در برابر فرسودگی محافظت نمود.

 

4-3- پایه های بتنی

با توجه به اینکه علت تخریب پایه های بتنی نفوذ آلودگی به بدنه بتنی پایه ها و واکنش با سیمان و میلگردهای بکار رفته در آن است لذا هر اقدامی که موجب افزایش تراکم و نفوذ ناپذیری بتن شود موجب افزایش طول عمر بتن در مقابل فرسودگی و خوردگی خواهد شد. که از آن جمله می توان به رعایت استاندارد نسبت آب به سیمان، مقدار و کیفیت سیمان، دانه بندی سنگندانه ها، رعایت اصول عمل آوری و استفاده از افزودنی ها و برای ارتقاء کیفیت بتن نام برد.برای حفاظت میلگردها از خوردگی نیز می توان به استفاده از بازدارنده های شیمیایی خوردگی

مانند باتیل استرها و تریس امنتها یا نیتریت کلسیم ، استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و حفاظت کاتدی اشاره کرد.بخشی از پایه ها که داخل خاک است بیشتر در معرض رطوبت و املاح خاک قرار دارد. برای حفاظت این قسمت از پایه ها استفاده از پوشش قیر گونی توصیه می شود.

4-  نتیجه گیری

در مقاله حاضر تأثیر باران های اسیدی بر تجهیزات صنعت برق بررسی و راهکارهایی ارائه شد.با توجه به ظهور پدیده ریزگردها و افزایش آلاینده های حاصل از وسایل نقلیه، صنایع و نیروگاه ها،با افزایش شدت باران های اسیدی مواجه هستیم.همانطور که اشاره شد مواد خشک به تنهایی عامل خوردگی نمی باشد بلکه حضور رطوبت است که موجب اسیدی شدن و آغاز فرآیند های خوردگی می شود.لذا در طراحی شبکه ها باید به نوع اقلیم،در کنار میزان آلاینده های منطقه توجه داشت.استفاده از تمهیدات و تجهیزات مناسب در واحدهای نیروگاهی و طراحی شبکه ، موجب کاهش تلفات و افزایش طول عمر تجهیزات خواهد شد.

مطالب مرتبط:

پيش بيني خشكسالي توسط توليد داده هاي مصنوعي با استفاده از مدلهاي تصادفي خطي سري زماني در غرب درياچه اروميه- حسين رضايي؛ مهدي خوشبخت- گروه بین المللی عطران

منابع

امینی ف.،صابر فتاحی ل.،سلیمانپور پ.،گل قهرمانی ن.،فرمد م.،توانپور م.،خودی م.،(1394).ترازنامه انرژی سال 1392،صفحه 260

بخشی خانیکی غ.، (1392) آلودگی محیط زیست، انتشارات دانشگاه پیان نور صفحات60-38

عسکری پ.،صبوری ه.،عبدی ح.،(1392). “بررسی اثرات ریزگردها بر تجهیزات شبکه ی توزیع در استان کرمانشاه و ارائه راهکارهای کاهش آن”،

هجدهمین کنفرانس شبکه های توزیع نیروی برق.

امیدواری نیا ا.،(1381).”تأثیر آلودگی و رطوبت بر کارایی مقره ها در شبکه ی توزیع”،هفتمین کنفرانس شبکه های توزیع نیروی برق

مهرابی م.،نوذری ا.،(1381).”خوردگی پایه های بتنی در مناطق آلوده”،هفتمین کنفرانس شبکه های توزیع نیروی برق

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % %
Call Now Button