قسم أنظمة التوربينات الاحتراقية في شركة ويستنجهاوس
كان قسم أنظمة التوربينات الاحتراقية في شركة وستنجهاوس (CTSD)، وهو جزء من مجموعة توليد الطاقة في شركة وستنجهاوس إلكتريك [ 1 ] وستنجهاوس [ 2 ] ، يقع في الأصل، جنبًا إلى جنب مع قسم التوربينات البخارية (STD)، في مجمع صناعي رئيسي، يشار إليه باسم مصانع جنوب فيلادلفيا، في ليستر، بنسلفانيا بالقرب من مطار فيلادلفيا الدولي .
قبل أن يطلق عليها اسم "CTSD" لأول مرة في عام 1978، تطورت عمليات شركة Westinghouse الصناعية والكهربائية لتوربينات الغاز من خلال عدة أسماء أخرى: قسم التوربينات البخارية والغازية الصغيرة (SSGT) في الخمسينيات وحتى عام 1971؛ قسم أنظمة التوربينات الغازية (GTSD)؛ وقسم أنظمة التوليد (GSD) خلال منتصف إلى أواخر السبعينيات.
ظهر مصطلح CTSD مع إقرار الحكومة الأمريكية تشريعًا للطاقة عام 1978، والذي منع شركات الكهرباء من بناء محطات توليد طاقة جديدة تعمل بالغاز الطبيعي. وقد قرر بعض العاملين في هذا القطاع استخدام مصطلح "توربينات الاحتراق" في محاولة للتمييز بين هذا المصطلح وحقيقة أن الغاز الطبيعي هو الوقود الأساسي لتوربينات الغاز في محطات الطاقة الكبيرة.
تُعرف التوربينات الغازية الحديثة باسم توربينات الاحتراق، وهي قادرة على العمل بمجموعة متنوعة من أنواع الوقود الغازي والسائل. يُعدّ مُقطّر النفط رقم 2 الوقود السائل المُفضّل. ومع المعالجة المناسبة، [ 3 ] يُمكن استخدام النفط الخام والنفط المُتبقّي. تتراوح أنواع الغازات المُستخدمة في الوقود من الغاز الطبيعي (الميثان أساسًا) إلى الغازات ذات القيمة الحرارية المنخفضة، مثل تلك الناتجة عن تغويز الفحم أو السوائل الثقيلة، أو الغازات الثانوية الناتجة عن أفران الصهر. تُجهّز معظم التوربينات الغازية اليوم بقدرة على العمل بوقود مزدوج أو مُتعدد للاستفادة من التغيرات في تكلفة وتوافر أنواع الوقود المختلفة. كما تمّ إثبات زيادة القدرة على حرق غاز الوقود عالي المحتوى من الهيدروجين، ويجري العمل حاليًا على تطوير القدرة على العمل بالهيدروجين بنسبة 100% لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
يسرد تاريخ شركة وستنجهاوس في مجال توربينات الغاز العديد من الإنجازات الرائدة التي تحققت على مدار أكثر من 50 عامًا قبل بيع وحدة أعمال توليد الطاقة إلى شركة سيمنز إيه جي في عام 1998. [ 4 ] وكما هو موضح أدناه، يبدأ التاريخ فعليًا بالنجاح في تطوير أول محرك نفاث مصمم بالكامل في الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية . وتم تركيب أول توربين غاز صناعي في عام 1948 مع تركيب توربين W21 بقوة 2000 حصان في محطة ضغط الغاز التابعة لشركة ميسيسيبي ريفر فيول كورب في ويلمار، أركنساس، الولايات المتحدة الأمريكية.
التاريخ المبكر
يعود تاريخ شركة وستنجهاوس في صناعة توربينات البخار الصناعية والكهربائية إلى أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. بُني مصنع تصنيع توربينات البخار في ليستر، بنسلفانيا [ 5 ] [ 6 ] بين عامي 1917 و1919، مما وسّع بشكل كبير قدرة الشركة التصنيعية. [ 7 ] أصبحت "مصانع جنوب فيلادلفيا" جزءًا أساسيًا من المجمع الصناعي الأصلي لشركة وستنجهاوس إلكتريك، مكملةً بذلك مصانع كبيرة أخرى في [ 8 ] إيست بيتسبرغ، بنسلفانيا، [ 9 ] وهاملتون، أونتاريو.
بدأ تاريخ شركة وستنجهاوس مع التوربينات الغازية في أوائل الأربعينيات من القرن العشرين بتوقيع عقد عام 1943 مع مكتب الطيران التابع للبحرية الأمريكية لتطوير أول محرك نفاث مصمم في الولايات المتحدة. [ 10 ] وكان من نتائج ذلك إنشاء قسم توربينات الغاز للطيران عام 1945 ، والذي كان مقره في مدينة كانساس سيتي بولاية كانساس، واستمر حتى إغلاقه عام 1960.
في أواخر أربعينيات القرن العشرين، بدأت شركة وستنجهاوس بتطبيق تقنية التوربينات الغازية على المحركات الرئيسية الصناعية البرية. يمكن الاطلاع على ملخص للتطبيقات المبكرة في ورقة بحثية قدمتها الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) لمهندسي وستنجهاوس في مؤتمرها الدولي للتوربينات الغازية عام 1994 في لاهاي. تحمل الورقة عنوان "تطور توليد الطاقة الثقيلة والتوربينات الغازية الصناعية في الولايات المتحدة" [ 11 ] [ 12 ] ، كما تقدم ملخصًا لتطور تقنية التوربينات الغازية لشركة وستنجهاوس حتى منتصف تسعينيات القرن العشرين. يستند هذا التجميع إلى المعلومات الواردة في ورقة ASME تلك، بالإضافة إلى مصادر أخرى مذكورة، وإلى روايات شخصية لمهندسي وستنجهاوس ممن كانت لديهم خبرة مباشرة أو صلات وثيقة بالمادة المعروضة.
التطبيقات المبكرة القائمة على الأراضي
بدأت خبرة شركة وستنجهاوس في مجال التوربينات الغازية الأرضية في وقت مبكر من عام 1945 بتطوير مجموعة مولدات توربينية غازية بقدرة 2000 حصان (حوالي 1500 كيلوواط)، وهي W21. بلغت كفاءتها الحرارية 18% (القيمة الحرارية الصافية). كان أول استخدام لـ W21 في بيئة صناعية عام 1948 كمحرك ضاغط غازي تم تركيبه في منشأة شركة Mississippi River Fuel Corp. في ويلمار، أركنساس. [ 13 ] تشير التقارير إلى أن هذه كانت أول توربينة غازية صناعية في العالم تصل إلى 100,000 ساعة تشغيل قبل إيقافها عن العمل.
بحلول عام 1948، قامت شركة وستنجهاوس أيضاً ببناء قاطرة تجريبية تعمل بتوربينات غازية بقوة 4000 حصان بالتعاون مع شركة بالدوين (تشيستر، بنسلفانيا)، والتي استخدمت وحدتين من هذه القاطرات. بدأ تشغيلها على خط سكة حديد يونيون باسيفيك باستخدام زيت الوقود المقطر. لاحقاً، تم تشغيلها على خط سكة حديد بيتسبرغ وبحيرة إير باستخدام وقود زيت الوقود المتبقي.
كانت الغالبية العظمى من التطبيقات المبكرة لتوربينات الغاز الأرضية من شركة وستنجهاوس مخصصة للمحركات الميكانيكية الصناعية في صناعة البتروكيماويات ، سواء في الولايات المتحدة أو في الخارج.
بالنسبة لتطبيقات "الطاقة الكلية" الصناعية، كان العامل المهم هو أن التوربينات الغازية، المقترنة بغلايات استعادة الحرارة، توفر نسبة طاقة إلى بخار أعلى من توربينات البخار التقليدية ذات الضغط الخلفي المستخدمة لتوفير كل من الطاقة وبخار العمليات. لذلك، استُخدمت التوربينات الغازية لتوليد الطاقة والحرارة معًا في صناعة البتروكيماويات، بالتعاون الوثيق مع شركات مثل وستنجهاوس، قبل وقت طويل من دخول مصطلح " التوليد المشترك " إلى اللغة الدارجة بعد حوالي 30 عامًا.
حظيت شركة وستنجهاوس بالتقدير لعملها الرائد في التطبيق الفريد لمحرك W201 الذي تم تركيبه في مصنع الصلب الأمريكي في شيكاغو (1960). [ 15 ] استُخدم المحرك لتشغيل مروحة بقوة 12,500 قدم مكعب قياسي في الدقيقة لضخ الهواء إلى فرن الصهر ، وكان من متطلبات التصميم استخدام غاز عادم فرن الصهر كوقود. تم تعديل المحرك بحيث يمكن إزالة جميع غازات الضاغط وتغذيتها إلى موقد خارجي، ومنه تُعاد نواتج الاحتراق لتشغيل التوربين. عادةً، تبلغ القيمة الحرارية لغاز فرن الصهر أقل من 100 وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب قياسي، أي عُشر القيمة الحرارية للغاز الطبيعي.
تطبيقات توليد الطاقة
في عام ١٩٥٢، ساهمت شركة ويست تكساس يوتيليتيز، ستوكتون، تكساس، في ريادة استخدام التوربينات الغازية لتوليد الطاقة، وذلك بتركيب توربين ويستنجهاوس طراز W81، بقدرة ٥٠٠٠ كيلوواط. تبع ذلك تركيب توربين W81 ثانٍ في عام ١٩٥٤ (أو ربما ١٩٥٨ بناءً على مصدر آخر). استُخدمت الوحدتان في التشغيل المستمر (حمل أساسي)، واستُخدمت حرارة العادم من الوحدة الثانية لتسخين مياه التغذية لغلاية بخارية في الموقع. في عام ١٩٥٩، دُمجت مع غلاية تعمل بالوقود لتشكيل نظام توليد طاقة "دورة مركبة" (غاز وبخار). بعد خمس سنوات، في عام ١٩٦٤، قامت الشركة نفسها بتركيب أول محطة طاقة ذات دورة مركبة مُصممة مسبقًا في محطة سان أنجيلو، تكساس. كان توربين ويستنجهاوس الغازي المستخدم في ذلك التطبيق طراز W301 مُزود بشاحن توربيني، بقدرة اسمية ٢٥ ميغاواط. كانت قدرة التوربين البخاري 85 ميغاواط، مما ينتج عنه إجمالي إنتاج محطة الدورة المركبة حوالي 110 ميغاواط، وكانت الكفاءة الحرارية المحققة أكثر من 39٪، وهو رقم قياسي لمحطات الطاقة التي تعمل بالغاز في الولايات المتحدة لفترة طويلة.
كانت وحدة W301، وهي أول وحدة من ويستنجهاوس تعمل بنظام الدفع المباشر (3600 دورة في الدقيقة)، السلف المباشر لطراز W501، الذي طُرح في عامي 1967/1968 بقدرة أولية تبلغ 40 ميجاواط (وفقًا لمعيار ISO/الغاز). (ملاحظة: بعض التقديرات المذكورة في المنشورات المبكرة استخدمت ظروف موقع NEMA، أي ارتفاع 1000 قدم ودرجة حرارة 85 فهرنهايت (29 درجة مئوية) ، مما يقلل من إنتاج الطاقة بنسبة 7.5% عن تلك المُسجلة وفقًا لمعيار ISO (مستوى سطح البحر، 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت) ).)
في عام 1967، زودت شركة وستنجهاوس مولد توربينات غازية جاهزًا من طراز W191 بقدرة 15 ميجاواط لتطبيق رائد في مجال التوليد المشترك للحرارة والطاقة (CHP) في الموقع. وقد دخلت شركة ساوثرن كاليفورنيا إديسون (SCE) في شراكة مع شركة جاردن ستيت بيبر (GSP) لتركيب وتشغيل مولد توربينات غازية ونظام استعادة حرارة في الموقع لتلبية جميع احتياجات الطاقة لعملية إزالة الحبر الحاصلة على براءة اختراع لإنتاج ورق جرائد نظيف من الجرائد المستعملة. [ 16 ]
قدّم هذا المثال الفريد المبكر لنظام "الطاقة الكاملة" المرونة التشغيلية، والجدوى الاقتصادية، والتوافق مع الموقع، والموثوقية التي جعلته الحل الأمثل لكلا الشريكين. زودت شركة SCE الكهرباء والطاقة الحرارية، بينما تمتعت شركة GSP بميزة الطاقة الموثوقة منخفضة التكلفة والمتوفرة في موقع المصنع. تم ربط مولد التوربينات الغازية كهربائيًا بشبكة SCE، التي استقبلت الطاقة الفائضة المولدة. زودت شركة Henry Vogt غلاية استعادة الحرارة بالوقود مع مروحة سحب قسري احتياطية. بدأ تشغيل المصنع تجاريًا في يناير 1967.
مغامرة شركة داو كيميكال المبكرة في مجال توربينات الغاز
تم تركيب أول خمسة محركات إنتاجية من طراز W501 بين عامي 1968 و1971 لتزويد مصانع شركة داو كيميكال في تكساس ولويزيانا بالطاقة والبخار. وكان تركيب شركة داو لأربع وحدات من طراز W301 في فرعها بتكساس، في مدينة فريبورت، عاملاً حاسماً في قرارها بالمضي قدماً في طلبات شراء وحدات W501 الأكبر حجماً.
في الواقع، كان النموذج الأولي W301 المزود بشاحن توربيني، والذي تم تركيبه في فريبورت، تكساس عام 1965، أول مشروع لشركة داو في مجال توربينات الغاز لتوليد الطاقة في الموقع، وظلت شركة وستنجهاوس موردًا رئيسيًا لتوربينات الغاز الخاصة بشركة داو لسنوات لاحقة. [ 17 ]
تم تزويد أول وحدة W501A قامت شركة داو كيميكال بتركيبها في مجمعها بمدينة فريبورت، تكساس، عام 1968، بشاحن توربيني لتحسين الأداء وزيادة طاقة العادم المتاحة. واستُخدم توربين بخاري صغير مساعد، موصول بمولد كهربائي، لتشغيل التوربين الغازي. في التطبيقات المبكرة، كانت داو تستخدم عادةً عادم التوربين الغازي كهواء مُسخّن مسبقًا لتشغيل الغلايات التي تعمل بكامل طاقتها. وكانت مراوح الشحن التوربيني توفر تدفقًا للهواء إلى الغلايات (عبر قناة جانبية) في حالة تعطل التوربين الغازي.
محطة سولت غراس ذات الدورة المركبة – إنجاز هام
على الرغم من أن محطة سولت غراس ذات الدورة المركبة بقدرة 300 ميغاواط لم تُبنَ كمنشأة مملوكة لشركة داو على أرض تابعة لها، [ 18 ] فقد بُنيت كمصدر طاقة مخصص لعمليات داو المتوسعة في فريبورت، تكساس، باستخدام 4 وحدات W501 (وحدة W501A واحدة، و3 وحدات W501AA). [18] وقد صممت المحطة وبنتها وامتلكتها شركة هندسة أنظمة الطاقة (PSE) في الفترة من 1970 إلى 1972. (أُدمجت PSE لاحقًا في شركة ديستيك [ 19 ] للطاقة بعد استحواذ داو عليها عام 1989. ثم تحولت ديستيك لاحقًا إلى داينجي، وهي شركة رائدة مستقلة في مجال توليد الطاقة). وعلى عكس معظم محطات توليد الطاقة الصناعية، لم تكن محطة سولت غراس بحاجة إلى بخار العمليات؛ إذ كان من المقرر أن يكون إنتاجها بالكامل على شكل طاقة كهربائية. وكان الهدف من التصميم هو استخدام أكبر توربينات الغاز المتاحة، واستنادًا إلى الخبرة السابقة، استخدام غلايات استعادة الحرارة غير المحترقة لتبسيط التشغيل وتحسين الموثوقية. استُخدم البخار بالكامل لتشغيل أربع توربينات بخارية متطابقة بقدرة 25 ميغاواط، موصولة بتوربينات الغاز عند الطرف الخارجي للمولدات (التي بدورها كانت مثبتة على طرف الضاغط البارد للدوار). تتألف المحطة من أربع وحدات دورة مركبة أحادية المحور منفصلة لتحقيق أقصى قدر من المرونة التشغيلية. كما تشمل غلاية بدء التشغيل لتمكين استخدام التوربينات البخارية لبدء تشغيل توربينات الغاز.
بدأ بناء مصنع سولت غراس في يناير 1970، ودخلت أول وحدة توربينية غازية حيز التشغيل بعد 12 شهرًا، وفقًا لورقة بحثية مشتركة بين شركتي PSE وداو عُرضت آنذاك. وتشير سجلات وستنجهاوس إلى أن التوربينة الغازية الرابعة دخلت حيز التشغيل التجاري في أوائل عام 1972، ما يعني أن المصنع بأكمله اكتمل في غضون عامين تقريبًا.
تأسست شركة PSE على يد مهندسين سابقين من شركة وستنجهاوس، من مكتب مبيعات هيوستن الميداني، وهما توم ماكمايكل (مهندس مبيعات) وآل سميث (مدير المنطقة). وبذلك، كانت تربطهما علاقة مميزة بشركة داو، وكان لهما دور محوري في أعمال وستنجهاوس السابقة مع داو. ووفقًا لدراسة شارك في تأليفها آل سميث عام ١٩٧١، فقد تبلورت فكرة المصنع بين PSE وداو في أوائل عام ١٩٦٩. وكان مصنع سولت غراس أول مشروع لهما بعد أن قررا العمل بشكل مستقل.
انقطاع التيار الكهربائي عام 1965
حدث انقطاع التيار الكهربائي الكبير في شمال شرق البلاد في 9 نوفمبر 1965. على الرغم من أن السبب الحقيقي [ 20 ] وراء انقطاع التيار الكهربائي الهائل تبين أنه مرحل معيب واحد في محطة نقل في أونتاريو، كندا، إلا أن "التسلسل" أو تأثير الدومينو على خطوط النقل الرئيسية في اتجاه المصب تسبب في تعطل نظام CANUSE بأكمله من كندا، مروراً ببوفالو، نيويورك، وصولاً إلى الساحل الشرقي من مدينة نيويورك إلى ولاية مين في غضون 15 دقيقة.
كان من أهم نتائج هذا الحدث إدراك الحاجة إلى تعزيز شبكة الكهرباء وتحسين قدرات إعادة تشغيل النظام. وقد ألزمت مجالس الموثوقية الإقليمية (مثل مجلس موثوقية الطاقة الكهربائية في شمال شرق الولايات المتحدة) شركات الكهرباء في جميع أنحاء الولايات المتحدة بزيادة هوامش احتياطي أنظمتها من خلال تركيب نسبة معينة من طاقتها الإجمالية على شكل وحدات توليد صغيرة محلية سريعة التشغيل، يتمتع معظمها بقدرة "التشغيل من الصفر" لضمان إمكانية إعادة تشغيل المحطات والشبكات الكبيرة في حالة حدوث انقطاع كبير آخر. وقد ساهم هذا الحدث في نشأة صناعة توربينات الغاز الحديثة في الولايات المتحدة.
على الرغم من أنها مجرد روايات متناقلة، فقد قيل إن هناك زيادة في معدل المواليد في شمال شرق الولايات المتحدة وأجزاء من كندا خلال صيف عام 1966.
موجة من تركيبات التوربينات الغازية
كانت النتيجة موجة من تركيب مولدات التوربينات الغازية، التي اختيرت باعتبارها أسرع وأكثر الطرق اقتصادية لتلبية متطلبات الموثوقية ومواكبة النمو المطرد في الطلب. (ومن هنا جاءت حملة التسويق "الخيار الاقتصادي" لشركة وستنجهاوس CTSD في ذلك الوقت). وأصبحت عمليات الشراء السنوية لوحدات إضافية من قبل شركات المرافق حدثًا روتينيًا طالما استمر الطلب على الطاقة في أوقات الذروة في الازدياد.
استنادًا إلى تعليقات من خبراء مبيعات شركة وستنجهاوس CTSD، كانت الطلبات الكبيرة التي تشمل وحدات متعددة تُتلقى غالبًا عبر الهاتف، حيث كان العملاء الدائمون يتسابقون للحصول على حصصهم السنوية. وأصبح تتبع منحنيات ذروة الطلب الإقليمية والوطنية الأداة الرئيسية للمخططين الذين كان عليهم التنبؤ بالسوق ووضع خطة الإنتاج. (يتساءل كاتب هذه السطور عما إذا كان موردو التوربينات الغازية في ذلك الوقت قد وضعوا "اتفاقيات احتياطية" كما جرت العادة خلال فترة ازدهار أخرى، بعد 30 عامًا).
وبناءً على ذلك، تم استخدام معظم التوربينات الغازية التي تم تركيبها في الولايات المتحدة خلال أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات كوحدات ذروة دورة بسيطة ("وحدات الذروة")، مخصصة للدعم الاحتياطي للنظام والاستخدام المتقطع، وتم تركيبها للحفاظ على هامش احتياطي كافٍ.
ومن المهم الإشارة إلى أن أوائل السبعينيات شهدت أيضًا نجاح محطات الدورة المركبة المبكرة، ومع بدء استقرار سوق ذروة الطلب، ساعد ذلك في دعم سوق المرافق الأمريكية لتوربينات الغاز الكبيرة في الوقت الحالي.
تشير إحدى التقارير إلى أن الطلب على التوربينات الغازية في الولايات المتحدة بلغ ما يقرب من 9 جيجاواط في عام 1969، أي بزيادة قدرها 30 ضعفًا عن إجمالي 300 ميجاواط تم بيعها في عام 1961. (يوضح الرسم البياني أدناه أن سوق الوحدات الأكبر (>20 ميجاواط) بلغ ذروته عند حوالي 7 جيجاواط.)

لا عجب إذن أن تكون التوقعات بشأن نمو السوق المستقبلي متفائلة للغاية. ففي مطلع عام ١٩٧٠، تضمنت نشرة "مواضيع التوربينات" ، وهي النشرة الداخلية لقسم التوربينات البخارية والغازية الصغيرة (سلف قسم التوربينات الغازية)، هذا البيان من قسم التسويق: "يشير مجمل هذه البيانات إلى أن النمو الهائل الذي شهدناه في الستينيات سيستمر في السبعينيات". (المصدر: مجموعة شخصية ) .
ومع ذلك، بحلول عامي 1971/1972، أظهر السوق بالفعل علامات الضعف، وللأسف، كان للأحداث العالمية اللاحقة دور كبير في تحديد ما إذا كانت تلك التوقعات الوردية ستتحقق أم لا.
يوضح الرسم البياني لسوق توربينات الغاز في الولايات المتحدة من عام 1965 إلى عام 1990، مع توقعات حتى عام 2000 (على اليمين)، كيف ساهم انقطاع التيار الكهربائي في شمال شرق الولايات المتحدة عام 1965 في تسريع نمو سوق توربينات الغاز في قطاع الكهرباء. إلا أن أحداثًا لاحقة، أبرزها حرب 1973، وما تلاها من حظر نفطي من منظمة أوبك عام 1974 وقانون استخدام الوقود الأمريكي لعام 1978، أدت إلى انخفاض حاد في السوق. ثم شهد السوق انتعاشًا قويًا مع ظهور سوق التوليد المشترك للطاقة من قبل منتجي الطاقة المستقلين (IPP) بموجب قانون سياسة تنظيم المرافق العامة (PURPA)، الذي أقرته المحكمة العليا الأمريكية.
مصنع تصنيع التوربينات الغازية في راوند روك، تكساس
استنادًا إلى ازدهار سوق توربينات الغاز في أواخر الستينيات، قررت شركة وستنجهاوس (مقتديةً بشركة جنرال إلكتريك، الرائدة في السوق ومنافستها اللدودة) بناء مصنع حديث لتوربينات الغاز في راوند روك، تكساس، بالقرب من أوستن. مع ذلك، وبحلول وقت بدء تشغيل المصنع حوالي عام ١٩٧٢، كان سوق توربينات الغاز في الولايات المتحدة على وشك الانهيار نتيجةً لتداعيات حرب ١٩٧٣ وما تلاها من مخاوف بشأن عدم استقرار إمدادات الوقود بسبب حظر النفط الذي فرضته منظمة أوبك (انظر الرسم البياني لبيانات السوق أعلاه). كما أن مصنع راوند روك الجديد، على عكس مصنع جنرال إلكتريك في غرينفيل، كارولاينا الجنوبية، لم يُبنَ كمصنع مستقل ذي قدرات تصنيعية كاملة، كما كان الحال في ليستر. فقد تم شحن المكونات الرئيسية من ليستر (وموردين آخرين) لتجميعها النهائي في راوند روك.
مع انهيار السوق (انظر الرسم البياني)، قلّصت إدارة ويستنجهاوس المساحة الفائضة المخصصة لتوربينات الغاز. ولأن مصنع راوند روك لم يكن قادرًا على الاستمرار بمفرده، فقد تم إغلاقه نهائيًا كمصنع لتوربينات الغاز عام ١٩٧٦. وانتقلت إليه عمليات أخرى لتصنيع المعدات الدوارة الكبيرة، مثل منتجات إي. بيتسبرغ للتيار المستمر وقسم بافالو للمحركات الكبيرة. وفي نهاية المطاف، بيعت عمليات تصنيع المحركات الكبيرة التابعة لشركة ويستنجهاوس إلى شركة تايوان للكهرباء (TECO)، وأصبح المصنع الآن مملوكًا لشركة TECO-Westinghouse ويُستخدم لخدمة أعمالها في مجال مولدات طاقة الرياح.
التطورات التكنولوجية
دخلت شركتا جنرال إلكتريك وبرات آند ويتني السوق بوحداتهما المعبأة. وقد أثبتت هذه الوحدات أنها سريعة التركيب وذات كفاءة عالية، وحظيت باهتمام كبير.
يكمن مفتاح خفض تكلفة الكيلوواط في زيادة قدرة المحرك. وقد تحقق ذلك بطريقتين: أولاً، القدرة على تقديم وحدة أكبر من المنافسين. ثانياً، بمجرد تحديد الحجم الأساسي للهيكل، يمكن تحقيق زيادة تدريجية في القدرة عن طريق رفع درجة حرارة احتراق التوربين.
تطور سلسلة طرازات W501
بعد طرح توربين W501A في عامي 1967/1968، واصلت تقنية وستنجهاوس تطورها مع ارتفاع درجات حرارة مدخل التوربين بفضل تحسين التبريد الداخلي واستخدام المعادن المتقدمة، وزيادة نسب الضغط مع تحسين تصميمات الضواغط. وخلال الفترة من 1968 إلى 1975، تطور توربين W501 من طراز W501A (بقوة 40 ميغاواط تقريبًا)، إلى W501AA (بقوة 60 ميغاواط تقريبًا)، ثم W501B (بقوة 80 ميغاواط تقريبًا)، وأخيرًا W501D (بقوة 95 ميغاواط تقريبًا).
كان التصميم الرئيسي التالي هو W501D5، الذي طُرح في عام 1981، [ 21 ] بقدرة أولية تبلغ 96.5 ميغاواط (ثم ارتفعت إلى 107 ميغاواط (إجمالي) حوالي عام 1985). وفي عام 1995، تم تقديم النسخة المطورة W501D5A بقدرة 120 ميغاواط.
في أواخر ثمانينيات وأوائل تسعينيات القرن العشرين، طرحت شركة وستنجهاوس مولد 501F المتطور، الذي بلغت قدرته الاسمية في البداية 150 ميغاواط. وكان أول تاريخ لبدء التشغيل التجاري لمولد 501F في عام 1993 (أربع وحدات، تم تركيبها في مشروع إعادة تأهيل محطة لودرديل التابعة لشركة فلوريدا للطاقة والضوء). [ 22 ]
تم اتباع مسار تطور تكنولوجي مماثل للنموذج الأصغر ذي التروس W251 (انظر ورقة ASME المشار إليها من قبل Scalzo، وآخرون) يوضح كيف مهد هذا النموذج الطريق بالفعل لبعض الخطوات التكنولوجية التي تم اتخاذها في تطور W501.
(انظر Scalzo، وآخرون [ 12 ] للاطلاع على الجداول التي توضح تطور كل من توربينات الغاز من طراز Westinghouse W501 و W251.).
تم تركيب أول جهاز 501G في محطة ماكنتوش التابعة لشركة ليكلاند إلكتريك وتمت مزامنته مع الشبكة لأول مرة في أبريل 1999. [ 23 ]
تتطور سلسلة طرازات W251 جنبًا إلى جنب مع W501
كما ذُكر سابقًا، اتبعت سلسلة طرازات W251 مسارًا تطوريًا من طراز W191 العريق (الذي تراوحت قدرته بين 15 ميغاواط و18 ميغاواط تقريبًا طوال فترة إنتاجه، مع بيع أكثر من 180 وحدة)، وطُرحت في عام 1967، قبيل طرح طراز W501. وكان طراز W251A، بقدرة اسمية تبلغ 20 ميغاواط، أول طراز يتميز بتبريد ريشة التوربين في المرحلة الأولى والأجزاء الثابتة الأخرى. وفي عام 1985، عندما بلغت قدرة طراز W251B10 حوالي 45 ميغاواط، نُقلت مسؤولية خط إنتاج W251 إلى شركة وستنغهاوس كندا. وحظي طراز W251، بنصف قدرة W501، بشعبية واسعة في التطبيقات الصغيرة، حيث بيع منه حوالي 230 وحدة. أما التصميم الأخير قبل إيقاف إنتاجه في عام 1998 تقريبًا، وهو طراز W251B12، فكان توربينًا غازيًا من فئة 50 ميغاواط، صُنع في مصنع وستنغهاوس في هاميلتون، أونتاريو. بفضل المولد الذي يعمل بنظام التروس، يمكن استخدام W251 في تطبيقات 50 هرتز وكذلك 60 هرتز.
ميزات التصميم
منذ أقدم تصاميمها لتوربينات الغاز الثقيلة، حافظت شركة وستنجهاوس على ميزات التصميم الميكانيكي التي أثبتت جدارتها على مر الزمن والتي صمدت لأكثر من 50 عامًا وتم محاكاتها من قبل مصنعين آخرين. [ 11 ]
لاحظ ميزة محرك المولد ذي الطرف البارد، وهي ميزة أصلية من شركة وستنجهاوس، وقد اعتمدتها شركات أخرى لاحقًا (بما في ذلك الشركة الرائدة في هذا المجال بتصميمها الخاص من الفئة F). يُعد هذا مثاليًا لتطبيقات استعادة الحرارة، ويُغني عن الحاجة إلى وصلة محرك مرنة عالية الحرارة في طرف العادم (وهي سمة مميزة للتصاميم السابقة للشركات الأخرى).
كما أن تصميم الدوار ذو المحملين تجنب الحاجة إلى محمل مركزي عالي الحرارة مدفون في الجزء الساخن من المحرك (وهو ما يميز أيضًا التصميمات السابقة للآخرين).
لم يتم ذكر دعامات غلاف العادم المماسية الحاصلة على براءة اختراع والمصممة للحفاظ على محاذاة الدوار في القائمة.
محطات توليد الطاقة بالتوربينات الغازية المعبأة
كانت شركة وستنجهاوس رائدة في تطوير محطات توليد الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز المعبأة مسبقًا، وذلك من خلال كل من EconoPac، وهي حزمة دورة بسيطة معيارية كاملة، ومحطة PACE ذات الدورة المركبة.
محطة توليد الطاقة التوربينية المعبأة من ويستنجهاوس إيكونوباك
مع تطور تكنولوجيا محركات التوربينات الغازية، تطورت أيضاً الأفكار حول أفضل السبل لتجميع جميع أنظمة الدعم المساعدة. فبالإضافة إلى التوربين الغازي نفسه، شمل نطاق التوريد المولد/المثير، ومحرك بدء التشغيل، والملحقات الميكانيكية والكهربائية، وأنظمة السحب والعادم.
في عام 1962، قدمت شركة وستنجهاوس مفهوم وحدة توليد الطاقة التوربينية الغازية المعبأة مسبقًا، وذلك من خلال وحدة W171 (12000 كيلوواط) التي بيعت لشركة مدينة هوما للكهرباء والطاقة (لوس أنجلوس). وقد أرست هذه التجربة المبكرة الأساس لمحطة "إيكونوباك" [ 24 ] المعبأة ذات الدورة البسيطة، والتي أصبحت النطاق القياسي لتوريد وحدات التوربينات الغازية ذات الدورة البسيطة من وستنجهاوس حتى يومنا هذا.
تتضمن حزمة Westinghouse EconoPac محرك التوربين الغازي المُجمّع مسبقًا والمثبت على قاعدة، والمولد، والمُثير، ومجموعة بدء التشغيل، والوحدات الميكانيكية (زيت التشحيم، والهيدروليكية، والهوائية، إلخ) والوحدات الكهربائية/التحكمية المساعدة، ونظام السحب (الفلتر والقنوات)، ونظام العادم (القنوات، والمدخنة، وكاتم الصوت)، وجميع المبردات، والمراوح، والمضخات، والصمامات، وأنابيب التوصيل. كما تشمل الحزمة أيضًا حاويات جميع الوحدات. عادةً ما تحدد حزمة EconoPac نطاق توريد التوربين الغازي لمحطات الطاقة ذات النطاق الموسع (التوليد المشترك، والدورة المركبة، إلخ) بالإضافة إلى وحدة الدورة البسيطة.
ستصل محطة توليد الطاقة التوربينية الغازية الكاملة إلى الموقع على شكل وحدات مُعبأة مسبقًا لتجميعها ميدانيًا بسرعة. استُخدم مُبرد الجليكول لمولد مُبرد بالهيدروجين، وهو ما كان مُعتمدًا قبل توفر المولدات الكبيرة المُبردة بالهواء لهذا التطبيق. يُستخدم مُبرد الهواء إلى الهواء المجاور لمدخنة العادم لتبريد هواء تبريد الدوار، وهي ميزة في مجموعات التوربينات الغازية من ويستنجهاوس.
محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة من ويستنجهاوس بيس
كما هو الحال مع محطة التوربينات الغازية ذات الدورة البسيطة الجاهزة والمُصممة مسبقًا، كانت شركة وستنجهاوس رائدةً أيضًا في فكرة محطة الدورة المركبة الجاهزة. في حوالي عام 1970، تم تشكيل فريق تصميم بقيادة بول بيرمان، مدير قسم هندسة PACE، وانطلق فريق التسويق والمبيعات بحملة ترويجية شاملة. [ 25 ]
تم تطوير مفهوم دورة حرارية يعتمد على استخدام توربينين غازيين من طراز W501B بقدرة 75 ميجاواط لكل منهما، وتوربين بخاري جديد أحادي الغلاف بقدرة 100 ميجاواط مصمم خصيصًا لهذا التطبيق. سُميت المحطة "محطة بيس" (اختصارًا لـ "الطاقة عند الكفاءات المُجمعة")، وأُطلق على التصميم الأول اسم "بيس 260" ليعكس القدرة الاسمية للمحطة.
صُمم نظام PACE خصيصًا لسوق "الأحمال المتوسطة" (بين أحمال الذروة والأحمال الأساسية)، حيث تزايدت الحاجة إلى تركيب قدرة توليد طاقة أكثر اقتصادية من أحمال الطاقة الأساسية (محطات الفحم والطاقة النووية)، وأكثر اقتصادية في التشغيل من توربينات الغاز ذات الدورة البسيطة. وكان لا بد أن تتمتع المعدات بمرونة كافية لتحمل ضغوط التشغيل والإيقاف المتكررين يوميًا. وقد وُضعت تدابير خاصة في جميع مراحل التصميم لاستيعاب نمط التشغيل الدوري هذا.
تم التقاط مفهوم PACE 260 (ولاحقًا PACE 320 المطور) في هذه الصورة التي تصور الدورة الديناميكية الحرارية وراء تصميم المحطة.
كما هو واضح، تضمن التصميم الأصلي استخدام نظام احتراق إضافي (عبر قنوات) لغلايات استعادة الحرارة ثنائية الضغط، والتي كانت مصممة بتدفق رأسي. وُصف التصميم الأساسي بأنه تصميم 2-على-1، أي أن توربينين غازيين ينتجان البخار لتغذية توربين بخاري واحد.
استُخدم الاحتراق التكميلي لزيادة إنتاج البخار اللازم لتشغيل التوربين البخاري أحادي الغلاف بقدرة 100 ميغاواط. في التصميم الأولي، تم حرق ما يقارب 20% من مدخلات الوقود في موقد القناة. وبدون الاحتراق التكميلي، عادةً ما تكون طاقة عادم التوربين الغازي كافية لتوليد كمية كافية من البخار لإنتاج حوالي 50% من قدرة التوربين الغازي، أو في هذه الحالة، 75 ميغاواط فقط.
وبهذه الطريقة، كان تصميم محطة PACE الأصلي يحتوي على قدرة توربينات بخارية مدمجة لتمكين جانب الماء/البخار في المحطة من البقاء على حاله بشكل أساسي مع تطور تصنيف طاقة التوربينات الغازية إلى 100 ميجاوات بالإضافة إلى W501D5، عندما كان تصنيف المحطة 300 ميجاوات بدون حرق إضافي.
طُرح جهاز PACE 260 في البداية بمعدل حراري يبلغ حوالي 8100 وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة (بكفاءة 42%) عند استخدام الغاز الطبيعي كوقود. أما جهاز PACE 320 المُطوّر (حوالي عام 1980) والمبني على طراز W501D، فكانت قدرته الاسمية 300 ميغاواط ومعدله الحراري 7530 وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة (بكفاءة 45%) عند استخدام الغاز الطبيعي كوقود.
كانت محطات PACE متوفرة إما مع مبانٍ مغلقة بالكامل لتغطية كل شيء باستثناء غلايات استعادة الحرارة، أو للتركيب الخارجي، حيث توفر وحدات EconoPacs الأغلفة اللازمة لتوربينات الغاز وملحقاتها.
بالنسبة لمحطات PACE الأولى، قامت شركة Westinghouse بتصميم وتصنيع غلايات استعادة الحرارة في قسم نقل الحرارة في ليستر. أما المحطات اللاحقة فقد تضمنت وحدات استعادة الحرارة التي تم توريدها من قبل مقاولين فرعيين.
تُظهر قائمة تركيب محطات PACE الوحدات المباعة والمُركّبة حتى منتصف ثمانينيات القرن الماضي. تجدر الإشارة إلى أن العديد من عمليات التركيب تضمنت محطتين من طراز PACE 260 (مع توفر تصاميم مماثلة لتلك المحطات في هذه الحالات). وقد سُميت هذه المحطات بمحطات PACE 520. كما يُلاحظ أن ما يقرب من نصف المحطات بُنيت في المكسيك، محطة واحدة من طراز PACE 260 ومحطتان من طراز PACE 520.
تم تركيب أول وحدة PACE 260 في محطة كومانشي التابعة لشركة الخدمات العامة في أوكلاهوما، في مدينة لوتون، أوكلاهوما، ودخلت حيز التشغيل التجاري عام 1973. [ 26 ] استنادًا إلى المعلومات المنشورة، استغرقت الفترة الزمنية من الالتزام ببرنامج التصميم (يناير 1970) إلى التشغيل التجاري أقل من ثلاث سنوات. يُشار هنا إلى ورقة ASME رقم 74-GT-109، بقلم بول أ. بيرمان، [ 26 ] مدير هندسة PACE في شركة وستنجهاوس، والتي تصف مفهوم PACE بالتفصيل وتوثق بناء محطة كومانشي وبدء تشغيلها. منذ تركيبها قبل حوالي 40 عامًا، خضعت المحطة لتعديلات كبيرة على المرجل (كما هو موضح في الصورة أدناه)، والعديد من التحسينات على أداء المحرك، وعملت لسنوات عديدة كأكثر المحطات اقتصادية في نظام شركة الخدمات العامة. (يتذكر كاتب هذه السطور أن السعر الأولي للغاز الطبيعي في الموقع كان 0.26 دولارًا لكل مليون وحدة حرارية بريطانية!). وحتى وقت كتابة هذه السطور، لا تزال المحطة قيد الاستخدام، وإن لم يكن للتشغيل المستمر.
شملت محطات PACE الثلاث الأولى التي بيعت لشركة CFE (محطة PACE 260 في بالاسيو غوميز ومحطة PACE 520 في دوس بوكاس) طلبيةً لستة (6) توربينات غازية من طراز W501B، ومثّلت أكبر طلبية قدمتها CFE حتى ذلك الحين. ويُروى أن الطلبية وُردت يوم الجمعة العظيمة (حوالي عام 1973؟) بعد منافسة شديدة مع مورد أمريكي رئيسي آخر استخدم أساليب مبتكرة لتحسين أداء المحطة. كان جميع المشاركين في المفاوضات متلهفين للعودة إلى ديارهم لقضاء عيد الفصح، لكن ليس لدرجة أن يغادروا قبل استلام الطلبية. أما المحطة الأخيرة في القائمة، فقد بُنيت لصالح CFE في تولا، المكسيك، كمشروع بناء على مراحل، حيث تم شحن وتركيب أربع (4) وحدات من طراز W501D EconoPac بأسرع وقت ممكن، في وضع الدورة البسيطة، لتلبية حاجة طارئة للطاقة خلال الفترة 1979-1981. أُضيفت لاحقًا مولدات البخار لاستعادة الحرارة (HRSGs) وجزء التوربينات البخارية من كل محطة، وتم إزالة مداخن العادم. (الصورة أدناه هي تصور فني للمصنع المحول. كانت وحدات W501D EonoPacs الأربعة موجودة بالفعل في مكانها وقت التقاط الصورة.)
صعود التوليد المشترك للطاقة في الولايات المتحدة وأسواق الطاقة المستقلة
كما سبق بيانه، شهد سوق التوربينات الغازية في الولايات المتحدة ازدهارًا كبيرًا لوحدات توليد الطاقة ذات الدورة البسيطة في أعقاب انقطاع التيار الكهربائي في شمال شرق البلاد عام 1965. وقد أدى ذلك بدوره إلى ظهور محطات الدورة المركبة الجاهزة، مثل محطات وستنجهاوس بيس وجنرال إلكتريك ستاج (البخار والغاز)، التي حققت نجاحًا مبكرًا كبيرًا في أوائل سبعينيات القرن الماضي. كانت هناك مؤشرات واعدة على نمو مستدام في قطاع التوربينات الغازية. [ 27 ]
أدى اندلاع الحرب العربية الإسرائيلية عام 1973 إلى تغيير كل ذلك.
عقب الحرب، فرضت الدول العربية الأعضاء في منظمة الدول المصدرة للنفط (أوبك) حظرًا على الولايات المتحدة، ودول أخرى في أوروبا وجنوب أفريقيا، ردًا على قرار الولايات المتحدة إعادة تزويد الجيش الإسرائيلي بالوقود. [ 28 ] وكانت النتيجة شبه الفورية للحظر نقصًا حادًا في الدول المستهدفة، كالولايات المتحدة، وارتفاعًا كبيرًا في الأسعار العالمية للنفط ومشتقاته. وقد ازداد اعتماد الولايات المتحدة على النفط المستورد، وتسبب الحظر في اضطراب كبير للاقتصاد الوطني. فبدأت إدارة نيكسون، ثم إدارة جيرالد فورد التي لم تدم طويلًا، وأخيرًا إدارة جيمي كارتر، بوضع خطط لزيادة الإنتاج المحلي وتقليل الاعتماد على النفط المستورد.
في الوقت نفسه، وخلال إدارة جيمي كارتر، كانت هناك حركة قوية ومنسقة في صناعة الغاز الطبيعي من أجل إلغاء القيود التنظيمية، [ 29 ] وتم خلق نقص في إمدادات الغاز عبر خطوط الأنابيب لتأكيد موقفهم.
كان من النتائج المباشرة لهذا الاضطراب في سلسلة إمدادات الطاقة خطة جيمي كارتر الوطنية للطاقة لعام 1977 [ 30 ] وإعلان استقلال الطاقة. وقُدِّمت تشريعات إلى الكونغرس الأمريكي تهدف إلى وضع قيود ولوائح صارمة للحد من استخدام كلٍّ من النفط والغاز الطبيعي المستوردين. (كُتب هذا في وقتٍ كانت فيه الولايات المتحدة تعاني من فائض في كلٍّ من النفط والغاز الطبيعي).
في ذلك الوقت، كان هناك ميل واضح نحو دعم الفحم في الكونغرس، وكان الفحم، باعتباره المصدر المحلي الأكثر وفرة للطاقة في الولايات المتحدة، يُروج له باعتباره السبيل لتحقيق الاكتفاء الذاتي من النفط المستورد. كان "ملك الفحم" هو المتحكم، وبدا مستقبل توليد الطاقة بالفحم مضمونًا على الرغم من القوانين واللوائح البيئية التي سُنّت قبل بضع سنوات فقط.
بعد أشهر وشهور من النقاش، تم إقرار قانون الطاقة الوطني لعام 1978 ووقعه جيمي كارتر بفخر ليصبح قانوناً نافذاً.
كان لاثنين من الأحكام الرئيسية في تشريعات الطاقة الجديدة تأثيرات عميقة على صناعة التوربينات الغازية:
- أولًا، قانون استخدام الوقود، الذي حظر، من بين أمور أخرى، استخدام النفط والغاز الطبيعي كوقود لمحطات توليد الطاقة الأساسية الجديدة. واقتصر استخدام هذا النوع من الوقود على "الوقود البديل" - أي الفحم ومشتقاته. (مع ذلك، هل يُعقل هذا في ظل الظروف الراهنة ؟). واستُثنيت وحدات توليد الطاقة الاحتياطية ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة متوسطة الحمل (التي تعمل لأقل من 3500 ساعة سنويًا) من أحكام قانون استخدام الوقود، وكذلك "محطات التوليد المشترك".
- ثانيًا، قانون سياسات تنظيم المرافق العامة (PURPA)، الذي كان له دور كبير في تحرير قطاع الكهرباء، ومن بين أمور أخرى، وضع قواعد تلزم شركات الكهرباء بشراء الطاقة من مولدات غير تابعة لها. إلا أن هذه المولدات كان عليها أيضًا تزويد مصنع صناعي بكمية من الطاقة الحرارية، أي أن وحدة التوليد يجب أن تكون "مؤهلة" كمنشأة توليد مشترك. وبالتالي، عُرّفت هذه المنشأة بأنها منشأة مؤهلة.
كان من المتوقع أن يكون لهذه القوانين الجديدة المتعلقة بالطاقة تأثير كبير على سوق توربينات الغاز في الولايات المتحدة.
تباطؤ نمو الأسواق الجديدة
كما هو موضح في منحنى سوق توربينات الاحتراق الأمريكية أعلاه، شهدت السنوات التي أعقبت مباشرةً إقرار قانوني FUA وPURPA قلة في الأعمال التجارية المحلية الجديدة لتوربينات الغاز، نظرًا لكثرة النزاعات القانونية في جميع أنحاء البلاد. في الواقع، ربما كان عام 1982 أسوأ عام على الإطلاق من حيث طلبات شراء توربينات الغاز الكبيرة في الولايات المتحدة. بيع النموذج الأولي W501D5 لشركة Gulf States Utilities في عام 1981، وبيع نموذجان آخران من طراز W501D5 EconoPac لشركة Puget Sound Power & Light. أما شركة Dow Chemical، التي لم تتأثر منشآتها الصناعية لتوليد الطاقة في تكساس ولويزيانا بالقوانين الجديدة، فقد اشترت عدة وحدات في عامي 1980 و1981. وكانت هذه هي نهاية مبيعات الوحدات الجديدة لشركة Westinghouse CTSD حتى عام 1983.
كان سوق منتجي الطاقة المستقلين ينتظر نتيجة الإجراءات القانونية الحكومية، حيث رفضت عدة لجان مرافق عامة في الولايات تطبيق لوائح قانون سياسات المرافق العامة التنظيمية (PURPA)، بدعوى عدم دستوريتها. ولم يُحسم الأمر إلا في عام 1982، في قضية لجنة تنظيم الطاقة الفيدرالية ضد لجنة المرافق العامة في ولاية ميسيسيبي، عندما أصدرت المحكمة العليا حكمها لصالح إدارة تنظيم الطاقة الفيدرالية (FERC) وأيدت القانون. [ 31 ]
وقد تبين أن هذا كان بمثابة المحفز الذي مكّن سوق منتجي الطاقة المستقلين من الانطلاق.
بعد ذلك، شاركت شركة Westinghouse CTSD في مشروعين مبكرين لتوليد الطاقة المشتركة من قبل منتجي الطاقة المستقلين، مما ساعد على سد الفجوة والاستمرار على الرغم من قلة طلبات المرافق المحلية.
شركة كابيتال لتوليد الطاقة المشتركة
في عام 1983، حصلت شركة إتش بي زكري من سان أنطونيو على عقد من شركة كابيتال كوجنيرينغ المحدودة (مشروع مشترك يضم شركة سنترال آند ساوث ويست باور) لتصميم وبناء محطة توليد طاقة مشتركة بقدرة 450 ميغاواط بالقرب من بايبورت (المعروفة أيضًا باسم باسادينا)، تكساس، جنوب هيوستن. وكانت هذه المحطة من أوائل محطات "PURPA" التي تم بناؤها في الولايات المتحدة بموجب لوائح قانون PURPA الجديد.
حصلت شركة Westinghouse CTSD على طلبية من شركة HB Zachry لتوريد 3 وحدات EconoPac من طراز W501D5 لدمجها في محطة الدورة المركبة (حيث تم توريد مولدات البخار لاستعادة الحرارة من شركة Henry Vogt). وكانت المحطة تُصدّر الطاقة لبيعها لشركة Houston Power and Light، والبخار إلى مصنع معالجة مجاور مملوك لشركة Celanese Chemical (المحطة المُضيفة للبخار). وبفضل علاقة المبيعات الميدانية الممتازة مع شركتي Zachry وCSW، كانت هذه المحطة في الأساس محطة Westinghouse بالكامل، بما في ذلك مولد التوربينات البخارية بقدرة 150 ميغاواط وجميع الأنظمة الكهربائية. واليوم، تُعرف المحطة باسم Clear Lake Cogeneration، وهي مملوكة لشركة Calpine. [ 32 ]
توليد الطاقة المشترك في مدينة تكساس
تم تطوير ثاني مشروع رئيسي لإنتاج الطاقة المستقل شاركت فيه شركة وستنجهاوس سي تي إس دي حوالي عام 1985 من قبل شركة إنترنورث ناتشورال غاز في أوماها، نبراسكا. يقع موقع المحطة في مدينة تكساس، تكساس، على بعد حوالي 35 ميلاً جنوب شرق موقع مشروع كابيتال لتوليد الطاقة المشترك، المذكور أعلاه.
كان مفهوم شركة إنترنورث هو استخدام قواعد برنامج PURPA IPP لتوليد الطاقة المشتركة لإنشاء محطة توليد طاقة مشتركة بقدرة 400 ميغاواط، تبيع الطاقة لشركة هيوستن للطاقة والضوء، وتصدر البخار إلى مصنع داو كيميكال (الذي كان يُعرف آنذاك باسم يونيون كاربايد) المجاور. وفي الوقت نفسه، ستكون المحطة، المعفاة من رسوم استخدام الوقود، عميلًا جديدًا ممتازًا لتوليد الطاقة باستخدام غاز الوقود الذي تنتجه إنترنورث.
مع قلة الأعمال الأخرى المتاحة، ركزت جهود التسويق الحثيثة في شركة CTSD بشكل مكثف على هذه المفاوضات. ونظرًا لتزامن ذلك مع مشكلة تصميم خطيرة في شفرة التوربين للمرحلة الرابعة من محرك W501D5، فقد تم تكليف فريق هندسي بقيادة مدير هندسة محركات CT، أوجي سكالزو، لإقناع شركة Internorth بأن التصميم سليم.
حصلت شركة وستنجهاوس على طلبية لتوريد ثلاث وحدات من طراز W501D5 EconoPacs لتركيبها في محطة توليد الطاقة المشتركة في مدينة تكساس. تضمنت الوحدات الثلاث آخر وحدة من طراز W501D5 تم تصنيعها في مصنع ليستر قبل إغلاقه عام 1986 [ 33 ] ، وأول محركين تم تصنيعهما بواسطة شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) بموجب اتفاقية عمل جديدة مع شركة وستنجهاوس المرخصة لها منذ فترة طويلة.
بعد فترة وجيزة من بناء مصنع تكساس سيتي، اندمجت شركة إنترنورث مع شركة هيوستن للغاز الطبيعي، ونقلت مقرها الرئيسي إلى هيوستن. وبعد ذلك بفترة وجيزة، غيرت الشركة المشتركة اسمها إلى إنرون.
اليوم، مصنع مدينة تكساس [ 34 ] مملوك لشركة كالبين.
سيتم وصف مشاريع أخرى مبكرة لمحطات PURPA التي شاركت فيها شركة Westinghouse CTSD لاحقًا كجزء من قصة نقل CTSD إلى أورلاندو، فلوريدا.
محطة داو/ديستيك المتكاملة لتوليد الطاقة بالغاز في بلاكوماين، لويزيانا
حظيت فكرة حرق الفحم - أو أحد مشتقاته، سواء كان سائلاً أو غازياً - في التوربينات الغازية باهتمام كبير ودعم حكومي واسع النطاق خلال أواخر سبعينيات القرن العشرين وبداية ثمانينياته. [ 35 ] واعتُبرت أنواع الوقود الغازي أو السائل الاصطناعي المصنوع من الفحم "وقوداً بديلاً"، وشُجعت بموجب قانون استخدام الوقود، كما حظي تطوير أنواع مختلفة من هذا الوقود بدعم كبير من وزارة الطاقة الأمريكية. [ 36 ]
في الواقع، كانت شركة وستنجهاوس تعمل بالفعل بموجب عقد حكومي لتطوير عملية تغويز الفحم الخاصة بها. وقد تم إنشاء وحدة لتطوير العملية في والتز ميل، بنسلفانيا، وأدارها مركز وستنجهاوس للبحث والتطوير. ولإظهار التزامها بتسويق هذه التقنية، أنشأت وستنجهاوس قسم الوقود الاصطناعي حوالي عام 1983. (تم حل قسم الوقود الاصطناعي، كما كان يُطلق عليه آنذاك، حوالي عام 1987، مع انتهاء عقد وزارة الطاقة الأمريكية، وبيع حقوق العملية لشركة كيلوج-راست للهندسة. وأصبحت عملية التغويز تُعرف باسم عملية KRW، واستمرت شركة KRW Inc. في تسويقها. [ 37 ] )
في غضون ذلك، كانت شركة داو كيميكال تبحث في كيفية استخدامها لرواسب الليغنيت الكبيرة في تكساس لتقليل اعتمادها على الغاز الطبيعي لتشغيل مرافق توليد الطاقة الموجودة في الموقع.
ولتنفيذ استراتيجية الطاقة الاحتياطية هذه، شرعت شركة داو في تطوير عملية تغويز الفحم الخاصة بها (والتي ستُعرف لاحقًا باسم "الغاز الإلكتروني") وسعت للحصول على دعم حكومي من مؤسسة الوقود الاصطناعي، التي تأسست عام 1980 بهدف رعاية صناعة الوقود الاصطناعي (أي الغاز أو السائل المشتق من الفحم) في الولايات المتحدة كجزء من "مشروع الاستقلال". [ 38 ]
في غضون ذلك، عمل مهندسو داو وويستنجهاوس على تحويل توربيني الغاز الجديدين من طراز W501D5 اللذين تم تركيبهما في مجمع داو بلاكوماين بولاية لويزيانا في عامي 1982 و1983. وكخطوة أولى، في عام 1981، شرعوا في تحويل توربين غاز قديم من طراز W191 موجود في مجمع داو بمدينة فريبورت بولاية تكساس، ليعمل بوقود منخفض الحرارة (حوالي 200 وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب قياسي مقابل 1000 وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب قياسي للغاز الطبيعي). وكان من المقرر إنتاج هذا الغاز بواسطة نموذج أولي لوحدة تحويل الغاز، صممتها وبنتها شركة داو. وحددوا أن توربين الغاز يجب تعديله ليكون قادرًا على توفير الهواء المضغوط لعملية تحويل الغاز، وأن يعمل أيضًا بالغاز الطبيعي (على الأقل لبدء التشغيل والإيقاف).
بعد نجاح تجربة تشغيلية بقدرة 15 ميغاواط، شرعت شركة داو في بناء وحدة تغويز تعمل بالأكسجين على نطاق واسع، مصممة لتزويد وحدتي W501D5 في بلاكوماين، لويزيانا، بنسبة 80% من طاقة الوقود اللازمة لهما، وحصلت شركة وستنجهاوس على الموافقة لتصميم وتصنيع فوهات الوقود الجديدة. ولأن التوربينات الغازية كانت جزءًا لا يتجزأ من عمليات المحطة القائمة، فقد تم تحديد المواصفات لضمان إمكانية استخدام نوعين من الوقود، بحيث يمكن للوحدة التحول بسهولة إلى الغاز الطبيعي عندما لا تكون وحدة التغويز قيد التشغيل. [ 39 ]
عمل مهندسو الاحتراق في شركة وستنجهاوس CTSD سابقًا بموجب عقد فرعي مع وزارة الطاقة الأمريكية لعقد تغويز الفحم المذكور أعلاه، وذلك لإثبات إمكانية احتراق الغاز منخفض القيمة الحرارية على مكونات W501B. لاحقًا، أدى هذا العمل إلى تصميم سلال الاحتراق W501D5 لتضمين ميزات (مثل رأس أكبر قطرًا) تجعلها قابلة للتكيف مع استخدام غاز الوقود منخفض القيمة الحرارية. وبذلك، كانت وحدات بلاكوماين جاهزة أساسًا لاستخدام الغاز التخليقي ، ويمكن تعديلها بسهولة.
أدى تحويل توربينات الغاز في بلاكوماين، التي تزيد قدرة كل منها عن 100 ميغاواط، إلى حرق الفحم المُغَزَّز، إلى إنشاء أكبر دورة متكاملة للتغويز (IGCC) في العالم، وكان ذلك نجاحًا كبيرًا لشركة داو. واستمر عقد شركة داو (أو بالأحرى شركة لويزيانا لتكنولوجيا التغويز - LGTI) مع شركة سينفيولز في دعم إنتاج غاز الوقود الاصطناعي من الفحم في موقع بلاكوماين لمدة تتراوح بين 10 و15 عامًا تقريبًا قبل انتهاء الدعم.
لاحقًا، تمكنت شركة داو (ديستيك إنرجي) من المشاركة في مشروع إعادة تأهيل محطة واباش التابعة لشركة الخدمات العامة في إنديانا، بدعم من وزارة الطاقة الأمريكية، باستخدام توربين غازي متطور من الفئة F يعمل بالغاز المُنتَج بواسطة مُغَوِّز "إي-غاز". لسوء الحظ، لم تحصل شركة وستنجهاوس على طلبية التوربين الغازي من شركة الخدمات العامة في إنديانا، واستُخدم في المشروع توربين جنرال إلكتريك من طراز Frame 7F. اليوم، يعمل نظام تغويز الغاز في واباش تجاريًا، حيث يُباع الغاز المُستخرج من الفحم إلى محطة واباش لتوليد الطاقة ذات الدورة المركبة بقدرة 250 ميغاواط. [ 40 ]
لم تقم شركة داو بتحويل محطات توليد الطاقة الخاصة بها في أي من مواقعها على ساحل الخليج. وظل الغاز الطبيعي متوفراً بكثرة، بل أصبح في السنوات الأخيرة وقوداً أرخص مما كان عليه قبل 30 عاماً.
كونكوردفيل (1979–1987)
منذ حوالي عام 1972 وحتى عام 1979، كان مقر قسم التوربينات الغازية (المعروف أيضًا باسم قسم أنظمة التوربينات الغازية وقسم أنظمة توربينات الاحتراق) يقع في مساحة مستأجرة في مبنى بالدوين-ليما-هاميلتون المُجدد (الذي يعود تاريخه إلى عشرينيات القرن الماضي) في إديستون، بنسلفانيا، جنوب مصنع ويستنجهاوس ليستر مباشرةً. وشغلت عمليات قسم التوربينات الغازية الطوابق الأربعة العليا من مبنى المكاتب المكون من سبعة طوابق (المعروف باسم المبنى "أ")، بينما شغل باقي المبنى قسم هندسة التوربينات البخارية في ويستنجهاوس ومجموعات الدعم الأخرى.
كما ذُكر سابقاً، شهدت هذه السنوات في "المبنى أ" - كما أصبح يُعرف مبنى BLH - العديد من التقلبات بالنسبة لتوربينات الغاز من شركة وستنجهاوس. في حوالي عام 1977، ومع انحسار سوق الولايات المتحدة للوحدات الجديدة (بينما كان السوق السعودي قد بلغ ذروته للتو، كما سنرى لاحقاً)، تقرر أن يكون لدى مركز تطوير توربينات الغاز (CTSD) مبنى مقر جديد خاص به، ومختبر جديد لتطوير توربينات الغاز على مستوى عالمي.
بدأ العمل في بناء المقر الجديد لشركة CTSD في عامي 1977/1978، وتم شغل المبنى بالكامل بحلول صيف عام 1979. (حضر بوب كيربي، رئيس مجلس الإدارة والرئيس التنفيذي آنذاك، حفل افتتاح في الموقع في يونيو 1978). كان الموقع المختار في كونكوردفيل، بنسلفانيا، على بعد حوالي 15 ميلاً شمال غرب مصنع ليستر. [ 41 ]
يقع المقر الرئيسي لقسم أنظمة التوربينات الاحتراقية (CTSD) التابع لشركة وستنجهاوس إلكتريك في كونكوردفيل، بنسلفانيا. ويضم مختبر التطوير ذو المستوى العالمي في الخلفية على اليسار أجهزة لاختبار المكونات في ظروف تشغيل المحرك، بما في ذلك مسخن هواء كبير يعمل بالحرق غير المباشر لتوفير هواء ساخن غير مشبع (أي يحتوي على نسبة كاملة من الأكسجين) لاختبار الاحتراق.
على مدى 8 سنوات، من 1979 إلى 1987، كان موقع كونكوردفيل هو المكان الذي أدارت فيه شركة CTSD أعمالها، حيث خدمت الأسواق المحلية والدولية، وأجرت أبحاثًا وتطويرًا كبيرًا بتمويل داخلي وخارجي (من EPRI وDOE وNASA)، وطورت تصميمات محسنة للمحركات والمحطات، وأدارت العديد من المشاريع، وربما الأهم من ذلك للبقاء على المدى الطويل، نمت أعمالها الخدمية باعتبارها الجزء الأكثر ربحية من عملياتها.
مصدر الطاقة الجاهز
في نفس وقت الانتقال إلى كونكوردفيل، أطلقت CTSD أيضًا حملتها "توربينات الاحتراق من وستنجهاوس: المصدر الجاهز للطاقة" [ 42 ] والتي سلطت الضوء على توربين الغاز W501D5 الذي تم تقديمه حديثًا، والتقدم في التكنولوجيا، مثل القدرة على حرق الغاز المشتق من الفحم والوقود السائل، وأهمية الصيانة المخططة لتحقيق موثوقية عالية وتوافر لمحطات توربينات الغاز.
في الواقع، بحلول منتصف ثمانينيات القرن الماضي، أعادت شركة وستنجهاوس لتوليد الطاقة توجيه أعمالها استراتيجياً من التركيز التقليدي على تطبيقات الوحدات الجديدة إلى التطوير المكثف لقطاع الخدمات. ورغم أن "توسيع أسطول التوربينات" ظل عنصراً أساسياً لنمو أعمال خدمات التوربينات الغازية، إلا أن قلة فرص الوحدات الجديدة آنذاك فرضت تحولاً مؤقتاً على الأقل في التركيز. طورت شركة CTSD برنامج "الخدمة الشاملة"، الذي يروج للقدرات في إدارة الأعطال وبرامج تحسين الجاهزية. وأصبح شعار "الخدمة الشاملة - أكثر من مجرد قطع غيار" هو الشعار السائد. (يتذكر كاتب هذه السطور اجتماع المبيعات الوطني في أورلاندو حوالي عام ١٩٨٣، قبل اكتمال مبنى المكاتب الجديد في كوادرانغل، وكان موضوع الاجتماع "نحن في مجال الخدمات الآن". وقد أُعيد تنظيم عملية تسويق مولدات التوربينات البخارية بالكامل حول سوق محطات التشغيل).
تجدر الإشارة إلى أن مركز التطوير (المعروف باسم "المختبر") قد اكتمل بناؤه عام ١٩٧٦، بينما كان مركز تطوير تكنولوجيا الاحتراق (CTSD) لا يزال يقع في المبنى "أ" في إديستون. ووفقًا لكتيب من شركة وستنجهاوس، كان "المختبر" قادرًا على إجراء اختبارات شاملة لمكونات الضاغط، وغرفة الاحتراق، والتوربين، والأنظمة المساعدة، وذلك في جميع ظروف التشغيل (مع العلم أن تصميمات أنظمة العادم كانت تُطوَّر على نطاق مصغر). ضم المختبر منطقة ذات سقف مرتفع تتسع لتوربين غازي كامل الحجم لأغراض الاختبار والتطوير، بالإضافة إلى قاعة اجتماعات كبيرة ومكاتب للمديرين والمهندسين والفنيين الذين يديرون المنشأة. وقد صُمِّم المختبر لتمكين إجراء اختبارات الاحتراق الشاملة، الأمر الذي تطلب ضاغط هواء كبيرًا يعمل بتوربين غازي نفاث . كما تطلب أيضًا سخانًا يعمل بالغاز لمحاكاة ظروف مدخل غرفة الاحتراق.
شهدت عمليات شركة CTSD في كونكوردفيل تقلباتٍ بين النمو والتراجع على مدار العقد تقريبًا من تاريخ الشركة. في إحدى الفترات (حوالي عامي 1981/1982 وفقًا لدليل هواتف موظفي CTSD)، بلغ عدد موظفي الشركة ذروته عند حوالي 600 شخص. إلا أن الأداء المالي لم يدعم هذا النمو، ما أدى إلى تقليص كبير في عدد الموظفين خلال الفترة 1985-1987 قبل الانتقال إلى أورلاندو للاندماج مع المقر الرئيسي لشركة وستنجهاوس لتوليد الطاقة. لم يتبقَّ سوى حوالي 100 من موظفي CTSD من المهنيين والإدارة في ذلك الوقت، والذين انتقلوا جنوبًا في ربيع عام 1987.
التغيرات في العلاقة بين شركتي وستنجهاوس وإم إتش آي
(ملاحظة: يستند هذا القسم بشكل أساسي إلى ذكريات شخصية لأحد المهندسين الرئيسيين المشاركين في الحادثة.)
شهد أواخر عهد كونكوردفيل تطوراً هاماً تمثل في تغيير جذري في العلاقة بين شركة وستنجهاوس CTSD وشركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI)، المرخصة لها منذ فترة طويلة. ويعزو الكثيرون هذا التطور إلى كونه حدثاً محورياً في بقاء وستنجهاوس (وربما MHI أيضاً) كلاعب رئيسي في صناعة توربينات الغاز، والمفتاح الرئيسي لاستحواذ سيمنز على الشركة بعد عشر سنوات.
بحلول منتصف ثمانينيات القرن الماضي، تقرر إيقاف عمليات تصنيع التوربينات الغازية في مصنع ليستر بولاية بنسلفانيا بحلول نهاية عام ١٩٨٦، كما تقرر نقل تصنيع محركات W501D5 الشهيرة إلى مصنع شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) في تاكاساغو باليابان. وقد مكّنت هذه الخطة شركة CTSD من وضع آلية مؤقتة على الأقل لمواصلة أعمالها، وذلك من خلال الحصول على طلبات التوربينات الغازية الكبيرة وتلبيتها، في ظل تطور أسواق التوليد المشترك للطاقة ومحطات الطاقة المستقلة في الولايات المتحدة. (كما ذُكر سابقًا، تم تركيب أولى المحركات المصنعة من قبل شركة MHI في محطة توليد الطاقة المشتركة في مدينة تكساس. ووفقًا للسجلات الداخلية، بلغ إجمالي عدد محركات W501D5 التي اشترتها شركة وستنجهاوس من شركة MHI عشرة محركات، بالإضافة إلى أول أربعة محركات 501F المذكورة أدناه).
شهد عام 1986 تطوراً جديداً في علاقة وستنجهاوس وميتسوبيشي للصناعات الثقيلة، حيث شاركت ميتسوبيشي دراسة أشارت إلى أن السوق العالمية لتوربينات وستنجهاوس الغازية ذات التردد المصغر 50 هرتز (المعروفة باسم MW701D) ستشهد انتعاشاً قوياً قريباً، واقترحت الشركتان تطويراً مشتركاً لمحرك متطور جديد بتردد 50 هرتز يُطلق عليه اسم "701F". (كانت جنرال إلكتريك تُطور بالفعل محركها Frame 7F). ثم تلاه تصميم بتردد 60 هرتز للأسواق التي تخدمها وستنجهاوس.
نظراً لانعدام دعم شركة وستنجهاوس لتطوير وتصميم التوربينات الغازية المتقدمة آنذاك، وافقت وستنجهاوس على تقديم دعم هندسي أساسي لتصميم المحرك (وفقاً لمواصفات شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة)، وقامت ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة بتوفير التمويل اللازم لدعم هذا الجهد، فضلاً عن تصنيع النموذج الأولي للمحرك. بدأ التصميم المفاهيمي المشترك في منتصف عام 1986، وفي مرحلة مبكرة من المشروع، تقرر أن يكون المحرك الأول هو نسخة "501F" بتردد 60 هرتز. (أكملت ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة لاحقاً عملية تطوير التصميم بتردد 50 هرتز). أتاح التصميم الجديد للشركتين فرصة دمج بعض التحسينات والخصائص المهمة التي لم يكن من الممكن هندستها عكسياً في تصميمات W501D5/MW701D الحالية، ولكن كان من السهل إدخالها في تصميم جديد.
على الرغم من تقليص عدد العاملين في شركة وستنجهاوس والتوقف المؤقت الذي نجم عن الاستعدادات لنقل عمليات توربينات الاحتراق إلى أورلاندو (الذي أُعلن عنه في أكتوبر 1986)، فقد استمر العمل بثبات على تصميم المحرك الجديد. وكانت وستنجهاوس قد وافقت على تولي حوالي 60% من جهود تصميم المحرك الجديد، واستمر العمل مع الانتقال الفعلي لفريق هندسة المحركات إلى أورلاندو في أبريل 1987. ورغم أن العديد من الموظفين قرروا، لأسباب مختلفة، بما في ذلك تقاعد العديد منهم مبكراً، عدم الانتقال إلى الجنوب، إلا أن برنامج التطوير المشترك مع شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) استفاد بشكل كبير من قرار عدد من كبار المهندسين الذين وافقوا على تأجيل تقاعدهم مؤقتاً، والانتقال إلى فلوريدا، ومواصلة العمل على البرنامج.
استمر العمل المشترك على التصميم حتى يونيو 1988، حيث عُقدت مراجعات التصميم الرئيسية كل ثلاثة أشهر. وتناوبت مواقع هذه المراجعات بين أورلاندو وتاكاساغو في اليابان. من البداية إلى النهاية، استغرق العمل على التصميم 23 شهرًا فقط، وأُنجز في الموعد المحدد. ونظرًا للظروف المحيطة، كالانتقال من كونكوردفيل، وفقدان موظفين رئيسيين، والاختلافات الثقافية، وحواجز اللغة، وصعوبة الوصول إلى الموقع، اعتُبر المشروع مثالًا رائعًا على العمل الجماعي الهندسي والإداري، وإنجازًا هامًا لكل من شركتي وستنجهاوس وMHI.
لقد غيّر برنامج 501F العلاقة بين الشركتين بشكل دائم، حيث منح كل منهما حقوق تصنيع وتسويق مستقلة وخالية من حقوق الملكية للمحرك الجديد.
تم بناء النموذج الأولي لمحرك 501F واختباره في مصنع التوربينات ومركز التطوير التابع لشركة MHI في تاكاساغو في منتصف عام 1989. [ 43 ] في عام 1990، حصلت شركة وستنجهاوس على طلبية لأول أربع وحدات من طراز 501F، تم بناؤها في تاكاساغو، من شركة فلوريدا للطاقة والضوء لمشروع إعادة تأهيل محطة لودرديل، والذي بدأ تشغيله في منتصف عام 1993. وكانت القدرة المتعاقد عليها من قبل ISO لتلك الوحدات 158 ميغاواط.
بالتزامن تقريبًا مع بدء تشغيل محطة لودرديل التابعة لشركة FP&L، أعلنت شركة وستنجهاوس لشركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) أنها ستبدأ بتطوير وإنتاج نسخة مطورة من مولد 501F، وهو مولد "FB" بقدرة 167 ميجاواط، مما أدى إلى تعاون مشترك آخر بين الشركتين. وكما في السابق، شكلت كلتا الشركتين فرق عمل، وتم إنجاز التصميم المطور وفقًا للجدول الزمني المحدد. وفي أكتوبر 1995، تم شحن أول مولد 501F من إنتاج وستنجهاوس من محطة بينساكولا إلى مشروع شركة كوريا للطاقة الكهربائية (KEPCO) في أولسان، كوريا.
في نفس الوقت تقريبًا، كانت شركتا وستنجهاوس وMHI قد قطعتا شوطًا كبيرًا نحو التطوير المشترك لمحرك 501G المبرد بالبخار بقدرة 250 ميجاوات. [ 44 ] انظر أدناه.
انتقل إلى أورلاندو
بدأ انتقال شركة وستنجهاوس لتوليد الطاقة جنوبًا عام ١٩٨٢، وكان الهدف الأولي منه دمج العمليات غير التصنيعية لقسم التوربينات البخارية في منطقة فيلادلفيا، بنسلفانيا، وقسم الأجهزة الدوارة الكبيرة (أي المولدات) في منطقة بيتسبرغ، بنسلفانيا. وجاء اختيار أورلاندو، فلوريدا، مقرًا جديدًا لقسم مولدات التوربينات البخارية بعد استبعاد عدة مواقع أخرى "محايدة". وتشير الروايات إلى أن ريتشموند، فرجينيا، كانت الخيار الأول لمقر وستنجهاوس الجديد لتوليد الطاقة، إلا أن المشاكل القانونية المستمرة بين وستنجهاوس وشركة مرافق رئيسية في فرجينيا بشأن عقود الوقود النووي حالت دون ذلك. [ ٤٥ ]
اشترت شركة ويستنجهاوس قطعة أرض واسعة تُسمى "المربع" تقع قبالة الحرم الجامعي المترامي الأطراف لما يُعرف الآن بجامعة سنترال فلوريدا [ 46 ] ، وشيدت مبنى مكاتب جديدًا كبيرًا. قبل الانتقال إلى المبنى الجديد، كان مقر قسم مولدات التوربينات البخارية يقع في مركز تجاري مهجور.
في حالة تنقل
كان من المقرر أن تنتقل وحدة عمليات توربينات الاحتراق (CTSD)، المعروفة أيضًا باسم وحدة عمليات توربينات الاحتراق (CTO)، إلى أورلاندو للانضمام إلى قسم مولدات التوربينات البخارية (STGD)، الذي كان قد انتقل جنوبًا من ليستر وشرق بيتسبرغ قبل 4-5 سنوات. تم الانتقال فعليًا في أبريل 1987، حيث كان من المقرر أن يبدأ جميع المنتقلين العمل في موقعهم الجديد في مجمع ذا كوادرانغل، أورلاندو، فلوريدا. [ 47 ] وفي أكتوبر 1986، تلقى الموظفون الإشعار الذي طال انتظاره: [ 48 ]
قبل الانتقال، في أوائل عام 1986، شكّل فريق إدارة وحدة أعمال أنظمة الطاقة المُنشأة حديثًا، ومقرها مركز الطاقة في مونروفيل، بنسلفانيا، والمسؤولة آنذاك عن توليد الطاقة (بالإضافة إلى قطاع الطاقة النووية)، فريق عمل خاصًا بتوليد الطاقة. وكان الهدف من ذلك فهم مستقبل صناعة توليد الطاقة بشكل أفضل، وكيف يمكن لشركة وستنجهاوس أن تضع نفسها في أفضل موقع للنمو والازدهار فيها.
تمّ التعاقد مع خبير استشاري مرموق في هذا المجال لإجراء دراسة سوقية، وعندها فقط تبيّنت أهمية توربينات الغاز لمستقبل توليد الطاقة في الولايات المتحدة، بل وربما في العالم أجمع. وكما ذُكر سابقاً، لم يكن هذا هو الرأي السائد لدى الإدارة التقليدية لتوليد الطاقة، وكانت شركة وستنجهاوس قد بدأت بالفعل بتنفيذ خطتها المعروفة باسم "الانسحاب التدريجي" من قطاع توربينات الغاز.
سرعان ما نمت المجموعة الصغيرة (أقل من 100 فرد) التي انتقلت مع كبير مسؤولي التكنولوجيا من خلال "مشروع إعادة التعبئة". ووجد عدد كبير من مهندسي ومديري شركة STGD، بالإضافة إلى العديد من المهنيين والمديرين من المشاريع النووية والعمليات الهندسية، وكذلك موظفين من شركة وستنجهاوس كندا، فرصًا وظيفية جديدة في إعادة بناء المنظمة.
بعد انتقاله إلى أورلاندو عام 1987، تم دمج شركة CTO في قسم أنظمة تكنولوجيا التوليد (GTSD). لكن لم يدم وجودها طويلاً، حيث شكلت شركة Westinghouse Power Systems وحدة أعمال توليد الطاقة عام 1988.
بعد الانتقال مباشرة، تم إنتاج كتيب ترويجي بعنوان: "على الطريق"، يهدف إلى طمأنة العملاء وبقية الصناعة والموظفين بأن شركة وستنجهاوس لا تزال تعمل في مجال توربينات الغاز.
كما أشار التقرير إلى تغيير كبير آخر حدث مؤخراً، وهو التوصل إلى اتفاق مع شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI)، وهي شركة مرخصة لشركة وستنجهاوس منذ فترة طويلة، لتصنيع جهاز W501D5. (بينما كان من المقرر تصنيع جهاز W251 في مصنع وستنجهاوس كندا في هاميلتون، تم إغلاق مصنع ليستر في عام 1986. [ 33 ] ) ووفقاً للإعلان الوارد في الكتيب، سيستمر كبير مسؤولي التكنولوجيا في وستنجهاوس في أداء دوره كمطوري تكنولوجيا، ومصممي أنظمة ومصانع، ومهندسي تطبيقات، ومسوقين، ومديري مشاريع، ومقدمي خدمات.
تبين لاحقًا أن الاعتماد على شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) لتوفير مساحات التصنيع لتلبية احتياجات سوق وستنجهاوس لم يكن مجديًا، ولم يستمر طويلًا. في عام ١٩٩١، رأت إدارة وحدة أعمال وستنجهاوس الكبرى (PGBU) إنهاء الاتفاقية مع MHI وإعادة إحياء مصنع أمريكا الشمالية الكبير باستخدام مصنع بينساكولا، فلوريدا، لتجميع توربينات W501D5. وشملت مصانع وستنجهاوس الأخرى المشاركة في تصنيع توربينات وستنجهاوس الغازية مصانع في شارلوت، كارولاينا الشمالية، وهاملتون، أونتاريو، ووينستون-سالم، كارولاينا الشمالية.
ألقِ نظرة جديدة على توربينات الاحتراق من ويستنجهاوس
كان شعار الحملة الإعلانية التي أعقبت الانتقال إلى أورلاندو: "ألقِ نظرة جديدة... على توربينات وستنجهاوس للاحتراق". كانت الرسالة واضحة. كان لا بد من طمأنة السوق بأن "التميز الهندسي والتكنولوجيا المُثبتة" إلى جانب "خدمة العملاء الكاملة" هي ثوابت ثابتة لدى وستنجهاوس، على الرغم من التغييرات الكبيرة التي طرأت. [ 49 ]
في عام 1988، وبعد أربعين عاماً من بدء تشغيل أول توربين غاز صناعي لها، قدمت شركة وستنجهاوس شعاراً تسويقياً: "ويستنجهاوس - القيمة الجديدة في توربينات الاحتراق". وقام فريق الإدارة في أورلاندو بتوزيع هذه الرسالة على وسائل الإعلام الصناعية للتأكيد على أن الشركة لا تزال نشطة في مجال توربينات الغاز.
بيلينجهام وسايرفيل: معالم رئيسية في مشروع التوليد المشترك للطاقة
في غضون عام من الانتقال إلى أورلاندو، حصلت شركة ويستنجهاوس على طلبيتين رئيسيتين إضافيتين لمشاريع التوليد المشترك للطاقة، مما ساهم في استعادة مكانتها في السوق. وقد طلبت شركة إنتركونتيننتال إنرجي، وهي شركة عائلية خاصة لتطوير مشاريع الطاقة المستقلة (IPP) مقرها في ماساتشوستس، محطتي توليد طاقة متطابقتين من طراز PACE 300 [ 50 ] (توربينان غازيان من طراز W501D5 على محطة توليد طاقة واحدة بقدرة 100 ميغاواط).
كانت هذه مشاريع التوليد المشترك في بيلينجهام (ماساتشوستس) [ 51 ] وسايرفيل (نيوجيرسي) [ 52 ] ، وقد لعبت دورًا أساسيًا في استعادة الثقة في أعمال توربينات الغاز لشركة وستنجهاوس - للعالم الخارجي، وللإدارة الجديدة لوحدة أعمال توليد الطاقة، ولموظفي CTO.
بحسب ما يتذكره المحرر شخصياً، فإن المنافس الرئيسي على طلبات مشروع بيلينجهام وسايرفيل، بعد أن قطع العميل بالفعل المناقشات مع شركة جنرال إلكتريك، كان شركة فلور-دانيال، التي كانت تقدم توربينات غازية من طراز سيمنز/كيه دبليو يو V84.2 بقدرة 100 ميجاوات.
بالإضافة إلى بعض مهارات التفاوض الفعالة للغاية من جانب شركة وستنجهاوس، ترددت شائعات بأن افتقار شركة KWU النسبي إلى الخبرة في مجال 60 هرتز كان عاملاً قوياً في قرار العميل بالتعامل مع شركة وستنجهاوس.
تم تطوير مشروعي بيلينجهام وسايرفيل بموجب قواعد قانون الطاقة PURPA لعام 1978. وفي حالة محطة بيلينجهام، حقق المطور وضع المنشأة المؤهلة ("QF") بطريقة فريدة من نوعها من خلال تزويد وحدة التقاط ثاني أكسيد الكربون المجاورة ببخار العمليات، والتي قامت بمعالجة مخلفات معالجة.
يتم استخدام تيار من غاز العادم لإنتاج ثاني أكسيد الكربون المستخدم في صناعة المشروبات، والذي يتم بيعه إلى مصنع تعبئة المشروبات الغازية القريب.
بالنسبة لمشروع سايرفيل، وجد المالكون وسيلة أكثر تقليدية لتحقيق وضع QF من خلال تصدير البخار لاستخدامه في عمليات مصنع كيميائي قريب. واليوم، يمتلك كل من "مركزي الطاقة" في بيلينجهام وسايرفيل شركة نيكستيرا إنرجي ريسورسز، [ 53 ]
تم تزويد كل من محطتي بيلينجهام وسايرفيل من قبل شركة وستنجهاوس بي جي بي يو بموجب عقود تسليم المفتاح، كما هو الحال مع محطة توليد الطاقة المشتركة ذات الدورة المركبة المهمة الأخرى التي تم بناؤها في نفس الإطار الزمني تقريبًا في نيو جيرسي، وهي محطة نيوارك باي لتوليد الطاقة المشتركة بقدرة 150 ميجاوات تقريبًا، [ 54 ] والتي تستخدم وحدتين من توربينات الغاز W251B10 بقدرة 46.5 ميجاوات.
مقدمة عن التوربين الغازي المتقدم 501F
كما ذُكر سابقاً، بدأ العمل الذي قام به كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة وستنجهاوس على محرك 501F المتطور بقدرة 150 ميجاواط في كونكوردفيل قبل عامين من الانتقال إلى أورلاندو. وقد تم تطوير هذا المحرك الجديد بالتعاون مع شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI)، وهي شركة مرخصة لشركة وستنجهاوس منذ عقود، حيث لعبت دوراً جديداً كشريك تصميم، واستثمرت في عملية التطوير، وعملت جنباً إلى جنب مع مهندسي وستنجهاوس.
كان الهدف التصميمي هو الوصول إلى درجة حرارة مدخل الدوار عند 1260 درجة مئوية (2300 فهرنهايت)، مع قدرة تشغيلية نهائية متوقعة تبلغ حوالي 160 ميغاواط. وقد حُددت القدرة التشغيلية الأولية عند 145 ميغاواط بمعدل حرارة دورة بسيطة يبلغ 10000 وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة أو كفاءة 34%. وكانت كفاءة الدورة المركبة المعلن عنها آنذاك "أفضل من 50%".
على الرغم من أن محرك 501F قد خضع للعديد من التغييرات والتحسينات التصميمية لتحقيق درجة حرارة احتراق أعلى وموثوقية أفضل، إلا أن أصوله متأصلة بوضوح في محرك W501، كما يتضح من قائمة ميزات التصميم المذكورة سابقًا. (لاحظ استخدام 501F بدلًا من W501F، احترامًا لشركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI)، التي لا تزال حتى اليوم تستخدم تسمية طرازات وستنجهاوس لمنتجاتها من التوربينات الغازية الكبيرة).
تم بناء النموذج الأولي لمحرك 501F بواسطة شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) في منشآتها للتصنيع والاختبار في تاكاساغو. وفي منتصف عام 1989، نُشر في الصحافة أن الوحدة النموذجية ستخضع لاختبارات المصنع بكامل طاقتها. [ 22 ] [ 43 ] بيعت أولى توربينات الغاز 501F (أربع منها) لشركة فلوريدا للطاقة والضوء لمشروع إعادة تأهيل محطة لودرديل، ودخلت الخدمة في عام 1993. وكان هذا أول مشروع من بين عدة مشاريع كبيرة لإعادة تأهيل محطات الطاقة نفذتها شركة فلوريدا للطاقة، [ 55 ] والتي استخدم معظمها توربينات غاز من إنتاج شركة وستنجهاوس (أو توربينات غاز من إنتاج شركة سيمنز، بعد استحواذ سيمنز على وحدة أعمال الطاقة في وستنجهاوس (PGBU) في عام 1998، كما هو موضح أدناه). وكما ذُكر سابقًا، كانت القدرة التقديرية الأولية لمحرك 501F في عام 1988 هي 145 ميغاواط، بينما قيل إن قدرته التقديرية النهائية ستتجاوز 150 ميغاواط. كما هو موضح في المنحنى المجاور، فإن نمو آلة Westinghouse "F" خلال العقد 1988-1998 تجاوز التوقعات الأصلية بشكل كبير
يوضح الرسم البياني كفاءة دورة 501F المركبة مقابل الزمن، مع عرض تصنيف قدرة الدورة البسيطة ومعدل الحرارة على فترات زمنية محددة على طول خط التطوير. (ملاحظة المحرر: اعتبارًا من تاريخ هذا التعديل في عام 2016، تقدم شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) مولد M501F3 بقدرة 185 ميجاواط، بينما تقدم شركة سيمنز مولد SGT6-5000F (المعروف أيضًا باسم 501F) بقدرة 242 ميجاواط، وهي تقريبًا نفس قدرة مولد 501G الأصلي المذكور أدناه).
نقدم لكم W501G من فئة 250 ميجاوات
في منتصف عام 1994 تقريبًا، صدر إعلانان متزامنان تقريبًا - أحدهما في مؤتمر الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين الدولي لتوربينات الغاز في لاهاي في يونيو، والآخر في اجتماع معهد إديسون الكهربائي في سياتل، واشنطن. أعلنت شركة وستنجهاوس وشركاؤها في التحالف الثلاثي آنذاك، شركتا ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة وفيات أفيو، عن توربين الغاز الجديد عالي الحرارة W501G (أو 501G) الذي سيعمل عند درجة حرارة مدخل دوار التوربين 2600 درجة فهرنهايت. [ 44 ]
جاء هذا الإعلان قبل أي إعلانات مماثلة من قبل شركتي جنرال إلكتريك أو سيمنز، واللتان ترددت شائعات أيضاً بأنهما تعملان على آلاتهما الخاصة ذات درجات الحرارة العالية.
تم الترويج لمحرك W501G باعتباره آلة جديدة، بتصميم ضاغط متطور من 17 مرحلة يحقق نسبة ضغط تبلغ 19:1 (مقارنةً بـ 15:1 لمحرك W501F). واحتوى قسم الاحتراق على غرف احتراق DLN بانبعاثات أكاسيد النيتروجين أقل من 25 جزءًا في المليون في الغاز (كما تم الإعلان عنه منذ البداية)، بالإضافة إلى قنوات انتقالية مبردة بالبخار. وقد قلل هذا التصميم المبتكر بشكل كبير من كمية هواء التبريد اللازمة في الجزء الساخن من المحرك، كما أنه قضى على تأثير التخفيف الناتج عن هواء التبريد الانتقالي في منطقة الاحتراق.
مع استمرار تصميم قسم التوربين W501G في استخدام التكوين الأساسي التقليدي للدوار ذي الأقراص المثبتة بمسامير من خلال أربع مراحل، كما في تصميم Westinghouse W501D، إلا أنه استفاد من تقنيات هندسة الطيران في Rolls-Royce، حيث تم توظيف برنامج تصميم ثلاثي الأبعاد للشفرات لجميع الصفوف الثابتة والدوارة. كما يتميز بمواد وطلاءات متطورة، بالإضافة إلى تصميمات محسّنة لتبريد الأجنحة الهوائية لتحمل درجات حرارة مسار الغاز الساخن المرتفعة (أعلى بمقدار 250 درجة فهرنهايت من W501F عند مدخل الدوار في ذلك الوقت).
تم تركيب النموذج الأولي W501G في محطة ماكنتوش بمدينة ليكلاند (فلوريدا)، وتم ربطه بالشبكة لأول مرة في أبريل 1999، بعد فترة وجيزة من استحواذ سيمنز على شركة وستنجهاوس PGBU. لمزيد من التفاصيل حول W501G ومحطة ماكنتوش، يُرجى مراجعة مجلة أنظمة الطاقة الحديثة، يناير 2001. [ 56 ] (تجدر الإشارة إلى أن منتجات سيمنز الحالية من توربينات الغاز لا تشمل طراز "G"، حيث تم استبداله أولاً بالطراز المتقدم "F" المبرد بالهواء، ثم بالطراز "H" بقدرة 300 ميجاواط. ولا تزال شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة (MHI) تُقدم طراز "M501G" - المبرد بالبخار والمبرد بالهواء، بقدرة تقارب 270 ميجاواط، بالإضافة إلى طرازها الجديد M501J بقدرة تزيد عن 300 ميجاواط).
استحواذ سيمنز
في عام 1998، وبعد 55 عامًا من قيام شركة وستنجهاوس ببناء أول محرك توربيني غازي للبحرية الأمريكية، استحوذت شركة سيمنز إيه جي الألمانية على وحدة أعمال توليد الطاقة (التي كانت آنذاك جزءًا من شركة سي بي إس [ 57 ] ) وتم دمج أعمال التوربينات الغازية لشركة وستنجهاوس في أعمال سيمنز.
خلال السنوات الخمس الأولى بعد الاستحواذ، أُطلق على فرع أورلاندو اسم "سيمنز وستنجهاوس"، مما أدى مؤقتًا إلى استمرار وجود اسم وستنجهاوس. انتهى ذلك في عام 2003، عندما أصبح اسم سيمنز هو الاسم الوحيد الموجود في مكتب أورلاندو.
مع تطوير شركة سيمنز لمنتجات جديدة من التوربينات الغازية بتقنيات أكثر تقدماً، تضمنت العروض الجديدة المحسّنة ميزات من تقنيات وتقاليد تصميم كل من وستنجهاوس وسيمنز. [ 58 ]
سوق مزدهر
بعد فترة وجيزة من بيع وحدة أعمال توليد الطاقة لشركة سيمنز عام 1998، شهد سوق منتجي الطاقة المستقلين لمشاريع التوليد المشترك القائمة على توربينات الغاز طفرة هائلة (انظر الرسم البياني). وعلى عكس الموجة الأولى من الأعمال المتراكمة التي حفزها قانون سياسات المرافق العامة (PURPA) في منتصف الثمانينيات، حيث بلغت مبيعات توربينات الغاز الجديدة في الولايات المتحدة ذروتها عند حوالي 9-10 جيجاواط، فقد وصلت الفقاعة الهائلة التي بدأت في عامي 1997/1998 إلى مستوى مبيعات سنوي تجاوز 60 جيجاواط.
أدى ازدهار المبيعات إلى عدة عوامل، بعضها ربما يكون قد فبركه مجتمع منتجي الطاقة المستقلين أنفسهم، وشهدت تلك الفترة سوقًا غير مسبوقة للبائعين في سوق توربينات الغاز الكبيرة. بلغ الطلب حدًا دفع الموردين إلى تقنين مساحات عرضهم، مطالبين العملاء بتوقيع "اتفاقيات حجز" ودفع ودائع غير قابلة للاسترداد.
حظي عملاء شركات إنتاج الطاقة المستقلة المحليون المفضلون بالأولوية، وتم التخلي عن بعض الفرص الدولية لنقص الوحدات. وقد أتى استثمار شركة سيمنز الذي بلغ حوالي 6 مليارات دولار للاستحواذ على وحدة أعمال الطاقة العامة (PGBU) من شركة سي بي إس (المعروفة سابقًا باسم شركة وستنجهاوس إلكتريك) ثماره سريعًا، وعلى الرغم من انفجار الفقاعة بعد ذلك بفترة وجيزة، فإنه لا يزال يحقق عوائد مربحة.
في الأسواق الدولية
منذ بدايات أعمال شركة وستنجهاوس في مجال توربينات الغاز الأرضية، لعبت الأسواق خارج الولايات المتحدة دورًا بالغ الأهمية في نمو الشركة واستمرارها. وفي منتصف سبعينيات القرن الماضي وحتى أوائل ثمانينياته، برزت أهمية الأسواق الدولية، ولا سيما في المملكة العربية السعودية (انظر أدناه)، كعامل حاسم في بقاء صناعة توربينات الغاز مع انهيار سوق الكهرباء في الولايات المتحدة.
نظراً لأن التطبيقات الأولى [ 59 ] كانت في المقام الأول في صناعة البتروكيماويات، فقد تم بيع العديد من الوحدات لشركات تكرير النفط وخطوط أنابيب الغاز، ويعود تاريخ بيع أولى وحدات W31 (3000 حصان) في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي لتركيبها في اليابان وسومطرة وكوبا وأروبا. وقد استُخدمت جميعها كمحركات رئيسية ذات دفع ميكانيكي.
وشملت الأسواق المبكرة الهامة الأخرى في الخارج ليبيا وإيران ونيجيريا (16 وحدة محرك ميكانيكي W72 بقوة 8300 حصان تم بناؤها بواسطة Werkspoor في هولندا)، وفنزويلا والبرازيل والمكسيك وكولومبيا والعراق وسوريا (7 وحدات W82 تم بناؤها أيضًا بواسطة Werkspoor)، والعديد من الوحدات، على سبيل المثال 27 وحدة W92 بقوة 10000 حصان، تم بناؤها لشركة TransCanada وشركة Westcoast Transmission، وغيرها لمحطات ضغط خطوط الأنابيب في كندا.
كان أكبر مشروع دولي في ذلك الوقت قد بدأ، وبشكلٍ غير متوقع، حوالي عام 1955، عندما كانت شركة إيسو (التي كانت تُعرف آنذاك باسم شركة كريول بترول، فنزويلا) تسعى لاستبدال العديد من وحدات الدفع الميكانيكية ثنائية المحور من إنتاج شركة جنرال إلكتريك التي تعطلت. وقد أظهرت تلك الأعطال لشركة إيسو أن حل المحورين غير مناسب للتعامل مع المهمة المعقدة المتمثلة في ضغط الغاز المصاحب الرطب لإعادة حقنه تحت بحيرة ماراكايبو.
قدمت شركة وستنجهاوس مفهوم الدفع المباشر في توربينات W101، والذي أثبت أنه البديل الأمثل لإنجاز المهمة. خلال فترة الخمسة عشر عامًا الممتدة من عام 1956 إلى عام 1971، قامت وستنجهاوس بتركيب ما يقارب 50 وحدة من طراز W101 ذات الدفع المباشر على عدة منصات عائمة مثبتة فوق آبار الإنتاج. كل التقدير لتوم بوتز (مدير الهندسة)، ودون جونز (مدير المبيعات)، وجو يندرا (مهندس المشروع)، وبقية أعضاء الفريق (بمن فيهم مهندسو شركة إيسو) الذين ساهموا في تحقيق هذا النجاح الباهر، ووضعوا توربينات الغاز من وستنجهاوس في صدارة الشركات الرائدة في هذا المجال. (من مقابلة مع دون جونز - ديسمبر 2015)
كان أحد المشاريع الدولية المبكرة الهامة الأخرى لشركة ويستنجهاوس لتوربينات الغاز هو أحد أوائل تطبيقات استعادة الحرارة. كان ذلك لصالح شركة قناة بنما، واستخدم وحدتين من طراز W171 (12000 كيلوواط)، حوالي عام 1963.
السوق السعودي
في عام ١٩٦٩، تم بيع توربينين غازيين من طراز W191 (بقدرة ١٧٠٠٠ كيلوواط) لتركيبهما في شرق الدمام بالمملكة العربية السعودية. (صُنعت هذه الوحدات من قبل شركة ويركسبور في هولندا). ويبدو أن هذه كانت أولى التوربينات الغازية من إنتاج شركة وستنجهاوس التي بيعت للمملكة، ومثّلت بداية علاقة بالغة الأهمية مع ما تطور لاحقًا ليصبح أحد أهم أسواق التوربينات الغازية الكبيرة بتردد ٥٠ هرتز في العالم.
مع تطور المملكة العربية السعودية منذ ما بعد الحرب العالمية الثانية لتصبح مورداً رئيسياً للنفط، برزت تأثيرات كل من الولايات المتحدة والمملكة المتحدة في مجال كهربة المملكة الصحراوية، فضلاً عن مناطق أخرى في الشرق الأوسط. ففي ظل النفوذ البريطاني (وغيره من النفوذ الأوروبي)، عملت أنظمة الطاقة التي تم تطويرها في المنطقة بتردد 50 هرتز. أما في ظل النفوذ الأمريكي، فقد تم تطوير أنظمة التوليد والنقل والتوزيع الإقليمية بتردد 60 هرتز. وتُعد المملكة العربية السعودية الدولة الوحيدة في الشرق الأوسط التي تمتلك نظاماً واسع النطاق يعمل بتردد 50 هرتز.
بالنسبة لشركة وستنجهاوس، التي لم تُطوّر خط إنتاجها الخاص من توربينات الغاز ذات الدفع المباشر بتردد 50 هرتز، كان من حسن حظها أن التأثير الرئيسي في كهربة الجزء الأكثر اكتظاظًا بالسكان وتطورًا صناعيًا في المملكة العربية السعودية كان تحت سيطرة أرامكو، الشركة العربية الأمريكية (النفط) (أرامكو السعودية حاليًا)، وهي شركة أمريكية سعودية مشتركة رائدة في إنتاج وتكرير النفط. وكان من المهم أن يكون مقر عمليات الشراء الرئيسية لأرامكو في هيوستن، تكساس. (لاحقًا، تم دمج نظام الطاقة الذي طورته أرامكو في العديد من الشركات السعودية الموحدة للكهرباء الإقليمية).
بحلول منتصف سبعينيات القرن الماضي، ومع استحواذ أرامكو على معظم معدات مولدات التوربينات اللازمة للكهرباء، أصبحت المملكة العربية السعودية سوقًا رئيسيًا لتوربينات الغاز الكبيرة بتردد 50 هرتز. ومن المفارقات أن هذا السوق السعودي الضخم ظهر بالتزامن مع انهيار سوق الولايات المتحدة لتوربينات الغاز ومحطات الدورة المركبة تقريبًا، ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى الحظر النفطي العربي عام 1975، وما تلاه من تشريعات الطاقة التي أقرها الكونغرس الأمريكي وإدارة جيمي كارتر عام 1978. وبالطبع، كانت المنافسة شرسة من جنرال إلكتريك وغيرها على أعمال أرامكو السعودية. وقد مكّنت شركة وستنجهاوس من استغلال هذه الفرصة واكتساب حصتها في السوق، ويعود ذلك جزئيًا إلى وفرة المخزون لديها نتيجة إلغاء العديد من الطلبات بسبب تباطؤ السوق المحلية. (تقول الرواية أنه تم طلب مواد لأكثر من 50 من طراز W251 و W501 تحسباً لاستمرار السوق الأمريكية في أوائل عام 1973.) كما يُنسب الفضل إلى مواهب فريق الهندسة وإدارة المشاريع والمبيعات في شركة وستنجهاوس، فضلاً عن دعم شركة باور سيستمز إنترناشونال ومكتب مبيعات هيوستن الميداني.
التحديات
أسفرت الموجة الأولى من الطلبات للمشاريع السعودية عن تركيب حوالي 17 وحدة من طراز W501D (95.5 ميجاوات) EconoPac في أربعة مواقع خلال الفترة 1976-1981، وأثبتت شركة Westinghouse نفسها كلاعب رئيسي في السوق السعودي.
في غضون ذلك، استمر ركود السوق الأمريكية، بل وصل إلى مستويات شبه معدومة. وكانت الطلبات المحلية الوحيدة ذات الأهمية في عامي 1980/1981 هي أول ثلاث وحدات من طراز W501D5، وهي النموذج الأولي لشركة Gulf States Utilities ووحدتان لشركة Dow Chemical في بلاكوماين، لويزيانا. كما سجلت شركة Westinghouse طلبية لدى شركة CFE لأربعة توربينات غازية (وحدتان من طراز W501D4 ووحدتان من طراز W501D5) لتوريدها بشكل عاجل لمشروع تولا (هيدالغو، المكسيك).
كانت شركة CTSD تحت ضغط شديد من المقر الرئيسي لتأمين أعمال كافية لدعم استمرار عمليات المصنع، وعادت الأنظار مجدداً إلى فرص الاستثمار في المملكة العربية السعودية لاستيعاب المخزون. إلا أن هذه الفرص كانت لمشاريع واسعة النطاق تنطوي على تعقيدات ومخاطر كبيرة، ما شكل تحدياً كبيراً لشركة وستنجهاوس.
تم تقديم العطاءات، وحصلت الشركة على طلبيتين رئيسيتين من شركة الكهرباء السعودية المركزية: الأولى لمشروع حائل (5 وحدات من طراز W501D5)، والثانية لمشروع القصيم (9 وحدات من طراز W501D). وكان من المقرر بناء كلا المحطتين بنظام تسليم المفتاح، ومما زاد التحدي، أنه كان من المقرر تزويدهما بالنفط الخام السعودي المعالج.
شكّل استخدام النفط الخام السعودي كوقود لتوربينات الغاز التي تعمل عند درجة حرارة مدخل تتجاوز 2000 درجة فهرنهايت تحديًا هندسيًا وتشغيليًا كبيرًا، لم يكن مفهومًا تمامًا على ما يبدو عند توقيع العقود. (وتشير الشائعات إلى أن مستويات تلوث الوقود، وتحديدًا الصوديوم والفاناديوم، كانت أعلى بكثير من المواصفات الأصلية، وأن أنظمة معالجة الوقود كانت صغيرة الحجم. إضافةً إلى ذلك، وردت تقارير تفيد بوجود أدلة على تلوث إضافي لزيت الوقود أثناء النقل، الذي كان يتم آنذاك بواسطة شاحنات صهريجية).
جميع الوحدات السعودية السابقة كانت تستخدم الغاز الطبيعي أو زيت الوقود المقطر، لذلك لم تكن هناك مثل هذه المشكلات التشغيلية ومشكلات تلوث الوقود المرتبطة بها.
كما أن الطبيعة الشاملة للمشروعين، والتي تتطلب تسليم المفتاح، استلزمت من شركة وستنجهاوس التعاقد من الباطن مع العديد من الشركات الدولية لتنفيذ أعمال الهندسة والإنشاء، وتوفير معدات ومواد المصنع، مما عرّض الشركة لمزيد من المخاطر. وإذا أضفنا إلى ذلك تعقيد الاتصالات بعيدة المدى بين مواقع الإنشاء ومهندسي المشروع في كونكوردفيل، لكانت النتيجة مزيجًا من المشاكل التقنية واللوجستية. (وقد ذكر لاحقًا موظفون معنيون بالمشروع أن غرفة التلكس في كونكوردفيل كانت تمتلئ عادةً بأشرطة التلكس كل صباح برسائل من مهندسي الموقع).
بالإضافة إلى تلك المشاكل، كانت شروط العقد المقبولة لإغلاق طلبات حائل وقاسم مرهقة للغاية على ما يبدو، بما في ذلك ضمانات طويلة الأجل للأجزاء تغطي الأضرار التي تلحق بمكونات المسار الساخن المعرضة للملوثات المسببة للتآكل الموجودة في النفط الخام السعودي.
يكفي القول إن مشروعي حائل والقاسم تحولا إلى انتكاسات مالية كبيرة. نتج عن ذلك ثلاثة تغييرات في الإدارة العامة في كونكوردفيل خلال السنوات الثلاث أو الأربع التالية. كما يرى البعض أن من النتائج الأخرى اضطرار شركة وستنجهاوس للبقاء في مجال توربينات الغاز، رغم كل هذه الانتكاسات وانعدام الربحية، تحت ضغط من السعوديين لحل المشكلات التعاقدية والإجراءات القانونية المتعلقة بهذين المشروعين.
على الرغم من أن مشروعَي "هيل والقاسم" يُثيران ذكرياتٍ مؤلمةً لدى من لا يزالون يتذكرون، إلا أنه يُقال إن الزمن كفيلٌ بمداواة كل الجراح، أو أن الناس يميلون إلى نسيان الدروس المستفادة. تُشير السجلات إلى أن شركة وستنجهاوس قررت قبول طلبيتين إضافيتين لمحطتي توليد الطاقة بالنفط الخام (عسير وجيزان) في منتصف التسعينيات. [ 59 ] يُفترض أنه تم اكتساب خبرةٍ كافيةٍ حول معالجة الوقود، بالإضافة إلى التفاوض على بنود العقود، على مدار العشر سنوات أو أكثر منذ توقيع عقدي هيل والقاسم. (يُعتقد أن جميع محطات توليد الطاقة التي تعمل بالنفط الخام في السعودية قد تم تحويلها منذ ذلك الحين إلى الغاز الطبيعي، وبعضها إلى نظام الدورة المركبة).
عند الحديث عن أعمال شركة وستنجهاوس في المملكة العربية السعودية، من المهم ذكر اسم شركة إيسكوسا. كانت هذه الشركة (ولا تزال [ 60 ] ) مشروعًا مشتركًا تأسس عام 1973 مع مجموعة أعمال محلية بهدف إنشاء فرع محلي لخدمة أسطول توربينات الغاز المتنامي من وستنجهاوس في المملكة. وبالحديث عن إيسكوسا، من المهم أيضًا ذكر اسم تكس نايت، الذي شغل منصب المدير العام للعمليات من عام 1977 إلى عام 1987.
أسواق دولية مهمة أخرى
خلال تسعينيات القرن العشرين، وعلى الرغم من نشاط السوق الأمريكية نسبياً، شاركت شركة وستنجهاوس بنشاط في أسواق دولية أخرى مهمة لتوربينات الغاز. [ 59 ]
وشملت هذه النجاحات الكبيرة عملاء في كوريا الجنوبية (حوالي 35-40 وحدة)، وخاصة شركة الطاقة الكهربائية الكورية (KEPCO) وشركة هانوا للطاقة. وفي أمريكا اللاتينية، تم تطوير سوق واسعة في فنزويلا، لا سيما مع شركة كهرباء كاراكاس، وفي كولومبيا، حيث تم الحصول على طلبات لوحدات W501D5 و501F لعدة مواقع، بما في ذلك موقع في غابة تسيطر عليها المعارضة! كما تم الحصول على طلبية كبيرة في الأرجنتين (شركة CAPSA) لثلاث وحدات من طراز W251B11 ووحدة واحدة من طراز 701D، وتم الحصول على أول طلبات كبيرة على الإطلاق لتوربينات الغاز من طراز W501D5 في كل من بيرو والإكوادور.
في الواقع، في عام 1992، حصلت شركة Westinghouse Power Generation Marketing على تقدير خاص من الشركة باعتبارها "الأفضل بين الأفضل" لنجاحاتها الدولية (معظمها في أمريكا اللاتينية) في تقديم طلبات توربينات الغاز.
كما تم الحصول خلال تلك الفترة على عدة طلبات لتصنيع وحدات الطاقة الكهربائية من طراز W251 و W501 EconoPacs، وذلك لتركيبها على منصات عائمة مصممة خصيصاً لإنتاج محطات طاقة متنقلة عائمة يمكن نشرها في مختلف أنحاء العالم. وقد تم بناء معظم هذه المنصات في أحواض بناء السفن صباح في ماليزيا.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "تاريخ الهندسة والتكنولوجيا: شركة وستنجهاوس إلكتريك" . 28 سبتمبر 2015.
- ↑ "توليد الطاقة من وستنجهاوس" (ملف PDF) . مجموعة وستنجهاوس في UCF RICHES . 1993.
- ↑ "أنظمة معالجة الوقود السائل" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 سبتمبر 2023 .
- ↑ "سيمنز تستحوذ على وستنجهاوس مقابل 1.5 مليار دولار" . أورلاندو سنتينل. نوفمبر 1997.
- ↑ "ويستنجهاوس ساوث فيلادلفيا ووركس، ليستر، بنسلفانيا" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 سبتمبر 2023 .
- ↑ تاريخ بلدة تينيكوم (بنسلفانيا) 1643-1993 . الجمعية التاريخية لبلدة تينيكوم. 1993.
- ↑ صورة من موقع cah.ucf.edu/
- ↑ "مصنع الأجهزة الدوارة الكبيرة: ويستنجهاوس، شرق بيتسبرغ · ريتشز" .
- ↑ "قسم توليد الطاقة الكندي" (ملف PDF) . cah.ucf.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 سبتمبر 2023 .
- ↑ "محرك نفاث من طراز Westinghouse Electric W19XB-2B · RICHES" .
- 1 2 "تطور توليد الطاقة الثقيلة وتوربينات الغاز الصناعية في الولايات المتحدة". ورقة بحثية رقم 94-GT-688 صادرة عن الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)، من تأليف سكالزو، وبانيستر، وهوارد، وديكورسو . يونيو 1994.
- 1 2 سكالزو، أ.؛ وآخرون (1994). "تطور توليد الطاقة الثقيلة وتوربينات الاحتراق الصناعية في الولايات المتحدة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 مارس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مارس 2016 .
- ↑ صورة من موقع cah.ucf.edu
- ↑ "توليد الطاقة المشترك باستخدام توربينات الاحتراق · ريتشز" .
- ↑ "W201 US Steel Blast Furnace Gas Turbine · RICHES" .
- ↑ بيكر، جورج. "مزودات الطاقة الكهربائية توفر الطاقة في الموقع" (ملف PDF) .
- ↑ جوزيف، زانيك (سبتمبر 1985). "إنجازات شركة داو كيميكال في مجال الحفاظ على الطاقة من خلال دورة التوليد المشترك". وقائع الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، ندوة ومعرض بكين الدولي لتوربينات الغاز، بكين، جمهورية الصين الشعبية، 1-7 سبتمبر 1985 .
- ↑ سميث، آل (1971). "محطة سولت غراس ذات الدورة المركبة بقدرة 300 ميغاواط". أُعدّت للعرض في المؤتمر الدولي لتوربينات الغاز التابع للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، مارس/أبريل 1971 .
- ↑ "DESTEC Energy, Inc - التاريخ" .
- ↑ "أحداث 1965 - انقطاع التيار الكهربائي" .
- ↑ "توربين غازي أحادي المحور W501D بقدرة 100 ميجاوات" . 1981.
- 1 2 فارمر، روبرت (1989). "تصميم توربين غازي من الفئة 501F بقدرة 150 ميجاوات سيبدأ اختبارات المصنع بكامل طاقته هذا الصيف". مجلة عالم التوربينات الغازية، مايو - يونيو 1989 .
- ↑ "وقت الاختبار لـ 501G" .
- ↑ "تفاصيل العلامة التجارية - إيكونوباك" .
- ↑ "Westinghouse PACE Combined Cycle" (PDF) . 1978.
- 1 2 بيرمان، بول (1974). "إنشاء وتشغيل محطة توليد طاقة ذات دورة مركبة من نوع PACE". ورقة بحثية رقم 74-GT-109 مقدمة في مؤتمر ASME الدولي لتوربينات الغاز، زيورخ، مارس/أبريل 1974 .
- ↑ "التوليد المشترك للطاقة باستخدام توربينات الاحتراق" (ملف PDF) . 1983.
- ↑ "وزارة الخارجية الأمريكية - المعالم الرئيسية 1969-1976" .
- ↑ "الغاز الطبيعي - تاريخ التنظيم" .
- ↑ "مشروع الرئاسة الأمريكية: جيمي كارتر - صحيفة حقائق البرنامج الوطني للطاقة - 1977" .
- ↑ "المحكمة العليا الأمريكية - لجنة تنظيم الطاقة الفيدرالية ضد ولاية ميسيسيبي 456 الولايات المتحدة 742 (1982)" .
- ↑ "Calpine - Clear Lake Cogenertion" .
- 1 2 "نيويورك تايمز - إغلاق مصنع ويستنجهاوس" . صحيفة نيويورك تايمز . فبراير 1985.
- ↑ "محطة توليد الطاقة في كالباين - تكساس سيتي" .
- ↑ فوستر-بيج، ريتشارد دبليو. (أبريل 1982). "للدورات المركبة إمكانات لاستخدام أنظف وأكثر اقتصادية للفحم". هندسة الطاقة .
- ↑ "الأيام الأولى لأبحاث الفحم" . Energy.gov .
- ↑ "التغويز المتقدم وإزالة الكبريت باستخدام المواد الماصة القائمة على الكالسيوم" (PDF) .
- ↑ "ملحمة شركة الوقود الاصطناعي" .
- ↑ موريسون، إي إم، وبيلبري، بي دبليو (1989). "تجربة تشغيل الغاز الاصطناعي المولد من الفحم باستخدام توربينين احتراقيين من فئة 100 ميجاوات". ورقة عمل الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين رقم 89-GT-257 .
{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) - ↑ "أمثلة على مشاريع وزارة الطاقة الأمريكية NETL IGCC - مشروع تحويل نهر واباش إلى غاز" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 فبراير 2016 .
- ↑ "القيادة من ليستر، بنسلفانيا إلى كونكوردفيل، بنسلفانيا" .
- ↑ "توربينات الاحتراق من وستنجهاوس - المصدر الجاهز للطاقة" (PDF) . 1980.
- 1 2 عالم التوربينات الغازية (مايو - يونيو 1989). "تصميم 150 ميجاوات / الفئة 501F سيبدأ اختبار الحمل الكامل هذا الصيف" (PDF) .
- 1 2 فارمر، روبرت (1994). "توربين غازي مبرد بالبخار من طراز 501G بقدرة 230 ميجاوات ودرجة حرارة مدخل الدوار 2600 فهرنهايت". مجلة عالم التوربينات الغازية .
- ↑ صورة من موقع cah.ucf.edu
- ↑ "جامعة سنترال فلوريدا | مصنفة في المرتبة الأولى من قبل يو إس نيوز آند وورلد ريبورتس" – عبر www.ucf.edu.
- ↑ "(W) قلب أورلاندو" . 1987.
- ↑ "ويستنجهاوس ستغلق منشأة ديلكو" . 14 أكتوبر 1986. مؤرشف من الأصل في 4 مارس 2016.
- ↑ "توربينات الاحتراق من ويستنجهاوس - ألق نظرة جديدة" . 1987.
- ↑ "دورة مركبة جديدة من طراز W501D مُحسَّنة لإنتاج 307,000 كيلوواط ومعدل حرارة 7000 وحدة حرارية بريطانية". مجلة عالم التوربينات الغازية . أكتوبر 1988.
- ↑ "مركز نيكستيرا للطاقة - مركز بيلينجهام للطاقة" (ملف PDF) .
- ↑ "موارد نيكستيرا: مركز سايرفيل للطاقة" (ملف PDF) .
- ↑ "طاقة العصر القادم" .
- ^ "شركة El Paso Power Svs تشتري Newark Bay Cogen" . يونيو 1999.
- ↑ "مركز النقل - تقول شركة FPL إن خطتها لإعادة تأهيل محطات توليد الطاقة بالغاز لا تزال الخيار الأرخص" . أكتوبر 2013.
- ↑ "وقت الاختبار لـ 501G" . 2001.
- ↑ صحيفة لوس أنجلوس تايمز (1 ديسمبر 1997). "شركة وستنجهاوس إلكتريك ستصبح سي بي إس اليوم" . لوس أنجلوس تايمز .
- ↑ "توربينات الغاز من سيمنز: من 4 إلى 400 ميجاوات" .
- 1 2 3 تركيبات توربينات الاحتراق من ويستنجهاوس . مجموعة شخصية، المحرر: وحدة أعمال توليد الطاقة في شركة ويستنجهاوس إلكتريك. 1998.
- ↑ "Iscosa KSA" .
- شركات الهندسة في الولايات المتحدة
