طراحی و امکان سنجی سیستم تولید همزمان برق و حرارت بر اساس موتور رفت و برگشتی در مقیاس خانگی
چکیده
بهینه سازی انرژی به عنوان یک راهکار اساسی برای کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش آلاینده های در کشورهای پیشرفته دنیا مطرح شده است. یکی از مهمترین راهکارهای بهینه سازی انرژی، استفاده از سیستمهای تولید همزمان برق و حرارت می باشد. سیستم های تولید همزمان برای تولید انرژی الکتریکی و در نزدیک محل مصرف نصب می شوند و بارهای گرمایشی مورد نیاز را تامین نیز می کنند، موجب کاهش اتلافات ناشی از توزیع و انتقال برق در شبکه می شوند. در تحقیق حاضر، طراحی و امکان سنجی یک سیستم تولید همزمان برق و حرارت در مقیاس کوچک مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا به معرفی سیستم های تولید همزمان و نحوه کارکرد آنها پرداخته شده و سپس با توجه به شرایط ساختمان نمونه مورد مطالعه، تجهیزات آن طراحی و انتخاب شده است. در این مطالعه از یک موتور احتراق داخلی گازسوز با ظرفیت 30 کیلووات به عنوان محرک اولیه استفاده شده است و با توجه به شرایط عملکردی این موتور، دو نوع طرح مورد بررسی قرار گرفته است. در هر طرح با توجه به مشخصات ورودی و خروجی موتور احتراق داخلی، دو نوع مبدل حرارتی صفحه ای و لوله و پوسته با استفاده از نرم افزارهای تجاری طراحی شده است. در طرح اول از یک مبدل صفحه ای به منظور پیش گرم کردن آب مصرفی استفاده شده است و سپس آب پیش گرم شده وارد مبدل پوسته و لوله می شود تا گرمایش مورد نیاز ساختمان نمونه را فراهم کند. در طرح دوم مقداری از آب گرم توسط مبدل صفحه ای و مابقی آن توسط مبدل پوسته و لوله گرم می شود. برای بررسی دو طرح ابتدا مقایسه آنها بر اساس راندمان انرژی انجام شده است. نتایج نشان دادند که با توجه به مقادیر بدست آمده از تحلیل انرژی، راندمان کلی دو سیستم بالا بوده و تفاوت چندانی با هم ندارند، ولی در مقایسه با سیستم های مجزا مقدار بسیار بالاتری دارد. با توجه به آنکه برای مقایسه دو طرح تنها مقایسه راندمان انرژی کفایت نمی کند، تحلیل اگزرژی دو سیستم نیز انجام شده است. مقدار راندمان اگزرژی موتور احتراق داخلی با توجه به نرخ تخریب بالای آن، زیاد می باشد و علت آن بازیابی حرارت از گرمای گازهای داغ خروجی و آب خنک کننده موتور است. در طرح اول بیشترین راندمان اگزرژی مربوط به مبدل صفحه ای و در طرح دوم مربوط به مبدل پوسته و لوله است. همچنین مقدار نرخ تخریب اگزرژی برای طرح شماره 1 کمتر بوده است.