بررسی و بهبود عملکرد سیستم chp با مولد میکروتوربین
چکیده
افزایش جهانی قیمت های سوخت از یک طرف و کاهش منابع سوخت های فسیلی و همچنین افزایش تولید گازهای گلخانه ای در جهان از طرف دیگر، سبب گردید تا کشورهای پیشرفته و بالطبع سایر کشورها، سیاست های متنوعی را جهت کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای اتخاذ نمایند، یکی از این سیاست ها که در سال های اخیر بطور چشمگیری در جهان توسعه یافته است بهره گیری از تکنولوژی تولید همزمان برق و حرارت بمنظور کاهش مصرف انرژی و همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در جهان می باشد. استفاده از سیستمهای تولید همزمان برق و حرارت (chp) در ساختمان و صنعت به دلیل نیاز توامان برق و حرارت به صورت مداوم، بسیار مورد توجه قرار دارد و با توجه به مزایای این سیستم در کاهش مصارف و هزینه های انرژی، از جمله راه کارهایی به شمار می آید که دارای صرفه اقتصادی مناسبی می باشد. نحوه عملکرد سیستم chp بدین صورت است که با استفاده از مولد، برق تولید می کند و تفاوت آن با سیستم های دیگر این است که بجای آن که گاز های داغ خروجی از مولد را بدون استفاده به محیط دهند، از این گاز های داغ خروجی توسط فرایندی برای گرمایش آب استفاده می کنند. اجزای اصلی سیستم chp شامل محرک اصلی و مبدل حرارتی می باشد. انواع محرک های مورد استفاده در این سیستم شامل توربین بخار، توربین گاز، میکروتوربین، پیل سوختی، موتورهای داخلی رفت و برگشتی و موتور استرلینگ می باشد. دلیل روی آوردن به این سیستم ها این است که نیروگاه های بزرگ برای تولید برق و رساندن آن به مشترکان به دلیل طولانی بودن خطوط انتقال برق تلفات زیادی را متحمل می شوند در صورتی که سیستم های تولید پراکنده با تولید برق در محل مصرف این تلفات انتقال را به حداقل می رساند. همچنین در نیروگاه تولید پراکنده به جای استفاده از انرژی برای تولید مصارف گرمایشی از اتلافات خروجی دودکش استفاده می شود که هزینه های سوختی را نیز کاهش می دهد. نظر به اهمیت این سیستم ها و نیاز به توسعه آنها و نیز شناخت بهتر عملکرد آن ها در این پایان نامه، مطالعه یک سیستم chp با مولد میکروتوربین گاز همراه با پیش گرم کن داخلی مدنظر قرار گرفته است. از گرمای خروجی این سیستم برای گرمایش آب استفاده می شود. این سیستم با توان الکتریکی خروجی 36 مگاوات و بخار آب خروجی 60 کیلوگرم بر ثانیه فعالیت می کند. هدف از بررسی سیستم فوق بررسی عمل کرد و بهبود راندمان خروجی سیستم است. سیستم مورد نظر برای بررسی عملکرد توسط برنامه ees مورد آنالیز انرژی و اگزرژی قرار گرفت. پارامتر های ورودی در بررسی عملکرد شامل دما و فشار سیال عامل، دبی سیال عامل و سوخت سیستم، کار مصرفی کمپرسور و کار تولیدی توربین است. همچنین پارامتر های خروجی سیستم شامل راندمان های انرژی، اگزرژی، الکتریکی و حرارتی است. هدف از آنالیز سیستم این بود که پارامتر هایی از سیستم که بر روی راندمان سیستم تاثیرگذار است را بیابیم. نتایج نشان داد دو عامل عمده ای که در عملکرد سیستم تاثیر گذار است شامل نسبت فشار کمپرسور و دمای ورودی توربین است به طوری که افزایش یا کاهش هر کدام از این عوامل تاثیرات متفاوتی بر روی عملکرد سیکل از جمله راندمان انرژی، راندمان اگزرژی، راندمان حرارتی و راندمان الکتریکی سیکل می گذارد. بررسی ها نشان داد افزایش دمای سیال ورودی توربین هر چهار راندمان ذکر شده را افزایش می دهد. همچنین در مورد تغییر در نسبت فشار کمپرسور عملکرد سیکل متفاوت است به گونه ای که با افزایش نسبت فشار کمپرسور راندمان اگزرژی و راندمان حرارتی سیکل افزایش می یابد و با کاهش آن راندمان الکتریکی و راندمان انرژی سیستم افزایش می یابد. تناسب بین این دو عامل موثر در عملکرد سیکل به نیاز ما از سیستم بر می گردد که در خروجی به چه مقدار برق و حرارت نیاز داریم. پس از بررسی عوامل موثر بر عملکرد سیکل، با افزودن چیلر جذبی به ابتدای فرایند برای کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور نتیجه حاصل شد که با کاهش دما تا 10 درجه نسبت به سیستم اصلی راندمان الکتریکی سیستم حدود 4 درصد افزایش پیدا کرد.