بخشی از مقاله
چکیده
نیروگاه های کوچک تولید همزمان برق و حرارت و سرما یکـی از راه حـل - های افزایش راندمان مصرف انرژی سوختهای فسیلی و صـیانت از منـابع و محیط زیسـت مـی باشـد . موقعیـت یـک سـاختمان آموزشـی ( انسـتیتو مهندسی نفت دانشگاه تهران واقع در پردیس شماره2 امیر آباد) با زیر بنای 28 هزار متر مربع در تهران با توجه به نیازهـای بـرق ، حـرارت و بـرودت، اطلاعات نقشه ساختمان به نرم افزار محاسبات روشنایی Dialux و نـرم - افزار محاسبات بارهای حرارت و بـرودتCarrier HAP وارد شـده اسـت . نیاز بیشینه برق این ساختمان 401,2 کیلووات الکتریکـی و تـوانهـای حرارت و برودت به ترتیب 1284 و 1460 کیلووات محاسبه گردیدند .حال به توجه به تولیدات شرکتهای مختلف ساخت نیروگاه های کوچـک تولیـد همزمان برق، گرمـا و سـرما (بخصـوصشـرکت اتریشـی (Jenbacher و هزینه های مربوطهبـر حسـب یـک مدلسـازی برنامـه ریـزی غیـر خطـی گسسته، بهینه سازی با توجهبـه معیارهـای حفاظـت از محـیط زیسـت و محرک اولیه موتور گازسوز انجام شده است . سپس برای یکـی از حالتهـای بهینه، بهترین و بدترین ماهها برای کارکرد سیستم تولید دوگانه از دیدگاه اقتصاد انرژی تعیین شدهاند.
کلمات کلیدی: تولید همزمان، نیروگاههای کوچک، بهینهسازی اقتصادی
مقدمه
قسمت عمده مصرف کنندگان نهایی انرژی در سرتاسر دنیا، صنایع و ساختمانهای تجاری هستند . درکشورهای در حال توسعه ناحیه آسیا - اقیانوس آرام، الکتریسیته تنها مشتمل بر % 20 تقاضای کل انرژی بخش صنعت می شود و باقی این تقاضاعمدتاً به شکل انرژی حرارتی است. متشابهاً، در حدود 60 درصد کل تقاضای انرژی در آپارتمانهای مدرن نواحی حاره نیز مربوط به سرمایش رفاهی می شود.[1]
معمولاً نیروگاههای دولتی تضمین کننده تأمین برق هستند و چیلرها و بویلرهای نصب شده در محل نیز نیازهای گرمایشی و سرمایشی مصرف کنندگان را تأمین می نمایند. در عمل چیزی در حدود 40 درصد انرژی اولیهای که به نیروگاه داده می شود به صورت برق به مشتری ارائه می-گردد.
تولید مرکب حرارت و برق(CHP) 1 یا تولید همزمان، بدلیل داشتن سرمایه گذاری اولیه پایین، مدت زمان تکمیل کوتاه، مصرف سوخت و آلودگی محیط زیست کمتر و تنوع موجود در سوخت مورد استفاده، در تمام جهان به عنوان جایگزینی مناسب برای روشهای تولید نیروی سنتی
1 Combined Heat and Power
به حساب میآید و به عبارتی تولید همزمان، از نظر ترمودینامیکی روشی برای مصرف سوخت با راندمانی بالاتر است . در تولید جداگانه برق، مقداری از انرژی سوخت به صورت حرارت دفعی، اتلاف می شود اما با استفاده از تولید همزمان، این حرارت مورد استفاده قرار می گیرد .از این طریق، راندمان کل پلنتهای تولید همزمان که از دو قسمت راندمان الکتریکی و راندمان حرارتی تشکیل شده، به حدود % 70 می رسد .[2]
شبیه سازی روشنایی در ساختمان مورد مطالعه
شبیه سازی روشنایی ساختمان انستیتو نفت با استفاده از نرم افزار Dialux انجام شده است که یکی از متداولترین نرم افزارها در این زمینه می باشد.
برای این شبیه سازی، نخست مدل کامل ساختمان انستیتو مهندسی نفت با استفاده از پلانهای مربوطه در نرم افزارDialux به صورت سه بعدی تهیه شد. برای این کار، هر طبقه به صورت یک فایل و یک پروژه جداگانه و هر فضا نیز به صورت یک اتاق مدلسازی گردید .سپس پنجره ها، دربها، نورگیرها (در صورت وجود) وسایل روشنایی(چراغها) اضافه گردیدند . برای اضافه کردن چراغها از کاتالوگهای موجود، کاتالوگ Claude بدلیل شبیه بودن به لامپهای مورد استفاده در ساختمان انستیتو انتخاب گردید . از این کاتالوگ نیز سه نوع مجموعه لامپ کم مصرف 15 وات، مهتابی بلند 72 وات 2×36 ) وات) و مهتابی کوتاه 80 وات 4×20) وات) انتخاب شدند. مشخصات فنی این لامپها مطابق جدول1 میباشد.
جدول :1 مشخصات لامپهای مورد استفاده در شبیه سازیDialux
مدل توان (وات) شار نوری (لومن)
Claude 1039605 HUBLOTS 111 15 900
Oryx-S 11W Wall mounted version
Claude 1058611 CLAUDREC 2 HR 86 5400
418 B2 PC
Claude 1046496 DEUG 236 LS A2 72 6700
برای انجام ارزیابی انرژی، نخست باید فرضیاتی را در مورد ساعات کارکرد سالانه در روز و شب، ارتفاع سطح مورد نیاز نورپردازی از زمین، ضریب تعمیر و نگه داری (به صورت تابعی از تناوب تمیزکاری اتاق مورد نظر، در محاسبات منظور می شود)، ضریب غیاب کارکنان در اتاق و غیره مشخص شود.
برای فرضیات مورد نظر در این بخش، از استاندارد DIN 18599 ، مطابق جدول 2 استفاده میگردد. برای تحلیل دقیقتر می توان برای هر فضا با توجه به کاربری آن یک مجموعه مقادیر خاص خود در نظر گرفت. جدول 3 نشانگر مصرف انرژی با لحاظ کردن فرضیات مذکور است.
سومین کنفرانس بینالمللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع
جدول :2 فرضیات ملاحظه شده برای ارزیابی انرژی ساختمان انستیتو
کمیت مقدار فرض شده
تعداد ساعات سالانه کارکرد در روز 2543
تعداد ساعات سالانه کارکرد در شب 207
شدت نور مورد نظر برای نگه داری 500
ارتفاع صفحه کاری 0,8 متر
ضریب نگه داری 0,84
ضریب غیاب 0,3
ضریب عملکرد جرئی برای زمان 0,7
کارکرد ساختمان برای روشنایی
پروفیل بهره برداری استاندارد
جدول :3 مقادیر کل و متوسط انرژی برق مصرفی برای روشنایی در طبقات مختلف ساختمان انستیتو مهندسی نفت
طبقه مساحت کل انرژی کل انرژی متوسط
(m2) روشنایی سالانه روشنایی سالانه
kWh) بر سال) kWh/m2) بر سال)
همکف 2561.59 50663.35 19.78
طبقه 1 1997.45 52126.27 26.10
طبقه 2 1006.90 18079.06 17.96
طبقه 3 1005.99 18801.40 18.69
طبقه 4 1004.36 18265.62 18.19
طبقه 5 997.56 24977.51 25.04
طبقه 6 930.75 26514.31 28.49
طبقه -1 2942.10 61693.33 20.97
طبقه -2 2953.99 77882.80 26.37
طبقه -3 3071.42 80722.56 26.28
بارهای برودتی، حرارتی و الکتریکی
در یک سیستم تولید همزمان دوگانه یا سه گانه، به دلیل ماهیت سیستم و سروکار داشتن با تامین نیازهای برق و حرارت به صورت همزمان، بررسی ساختمان مورد نظر از دیدگاه تهویه مطبوع اهمیت می یابد . چرا که یک مرحله بسیار مهم برای طراحی سیستم تولید همزمان، تعیین بارهای برودتی، حرارتی و الکتریکی به صورت تابعی از زمان می باشد.
در این پژو هش تمرکز اصلی بر روی تعیین بارهای گرمایشی، سرمایشی و الکتریکی (در دو قسمت وسایل الکتریکی و روشنایی) است که با استفاده از نرمافزار HAP و با فرضیات مختلف و با در نظر گرفتن شرایط ساختمان انستیتو مهندسی نفت انجام میگیرد، این بارها به صورت ساعت به ساعت، روزانه وماهانه تعیین میشوند.
فرضیات این بخش، شامل شرایط آب و هوا و روزهای تعطیل رسمی و آخر هفته، فضاهای در نظر گرفته شده، برنامه ساعات کاری ، خصوصیات انتقال حرارتی در نظر گرفته شده برای دیوارها، پنجره ها و سایبانها، نوع در نظر گرفتن نواحی و در پایان زمان بندی در نظر گرفته شده برای کارکرد سیستمهای گرمایش مرکزی و سرمایش مرکزی می باشد.
نتایج تحلیل انرژی، بصورت نیازهای بار حرارتی و برودتی و همچنین الکتریکی در زمانهای مختلف بدست می آید . مقادیر بار الکتریکی در دو بخش جداگانه بار روشنایی و بار سایر تحهیزات الکتریکی نظیر کامپیوترها
ICHVAC3-182
ﻭ آسانسور و غیره محاسبه می شود .همه این نتایج برای نواحی مختلف و فضاهای مختلف ساختمان بطور جداگانه و همچنین برای کل ساختمان، قابل دست یابی است.
محاسبات نتایج فوق الذکر در سه حالت مختلف با سه فرض مختلف انجام می گیرند .حالت اول، مربوط به در نظر گرفتن یک ناحیه برای هر طبقه و در نتیجه، 10 ناحیه برای کل ساختمان است؛ در این حالت، هم گرمایش
ﻭ هم سرمایش در تمام طول سال در دسترس هستند (شکل .(1 حالت دوم، مربوط به شرایطی است که نواحی با دقت بیشتر به جزئیات انتخاب می شوند ودر هر طبقه دو یا چند ناحیه وجود دارند و بدان معنی است که برای بیش از 200 فضا و 10 طبقه موجود در ساختمان مورد بررسی، 68 ناحیه بدست می آید .در این حالت نیز گرمایش و سرمایش در تمام طول سال در دسترس هستند (شکل .(2 حالت سومکاملاً مشابه حالت دوم است (چند ناحیه بر هر طبقه در نظر گرفته می شود) ، با این تفاوت که گرمایش و سرمایش به ماه های خاصی از سال محدود می شوند .در این حالت، با توجه به تجربه شرایط آب و هوایی تهران، سرمایش فقط برای ماههای آوریل، مه، ژوئن، ژوئیه، اوت و سپتامبر در دسترس است؛ گرمایش تنها برای ماه های ژانویه، فوریه، اکتبر، نوامبر و دسامبر در دسترس است و در ماه مارس نیز به دلیل مطبوع بودن هوا، نه گرمایش و نه سرمایش در دسترس نیستند (شکل .(3
شکل :1 تغییرات بار گرمایش و سرمایش کل در ساعات روز برای ماه ژانویه (نمونه)، با در نظر گرفتن یک ناحیه در هر طبقه و در دسترس بودن هم گرما و هم سرما در تمام سال
شکل :2 مقادیر بارهای حرارتی و برودتی برای ماه ژانویه، با فرض هر طبقه چند ناحیه و در دسترس بودن سیستمهای حرارتی و برودتی در تمام طول سال
سومین کنفرانس بینالمللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع
شکل :3 مقادیر بارهای حرارتی و برودتی برای ماه ژانویه، با فرض هر طبقه چند ناحیه و در دسترس نبودن سیستمهای حرارتی و برودتی در تمام طول سال
با توجه به شکلهای اخیر ، نتایج بدست آمـده از تعـداد 68 ناحیـه وبـا در دسترس بودن گرمایش و سرمایش در تمام طول سال منطقی تربـه نظـر می رسند، لذا برای ادامه تحلیلها، همین نتایج در نظر گرفته می شوند.
محاسبات اقتصاد انرژی
هزینه ها را می توان به دو قسمت هزینه های اولیه 1 و هزینه های عملیاتی و تعمیر و نگه داری تقسیم کرد. هزینه اولیه خود شـامل هزینـه سـرمایه گذاری ثابت و سایر هزینه ها می شود .هزینـه هـای عملیـاتی و تعمیـر و نگهداری نیز شامل هزینه های ثابت و هزینه های متغیر و هزینـه سـوخت هستند .هزینه سوخت را می توان بعنوان بخشی از هزینه های متغیـر بـه شمار آورد اما در برخی از مراجع [3] به دلیل اهمیت، آن را جـدا در نظـر می گیرند.
الف- هزینه کل سرمایه گذاری
هزینه سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز برای خریـد زمـین، سـاختن تمـامی تجهیزات مورد نیاز و خریداری و نصب و راه اندازی تجهیـزات مـورد نیـاز برای یک سیستم، هزینه سرمایه گذاری ثابت2 یا FCI نامیده شده و نشان دهنده هزینه کل سیستم است، با این فرض که با هزینه کـردن آن مقـدار پول، کل سیستم بطور لحظه ای ساخته شود و بنابراین، زمـان طراحـی و ساخت صفر در نظر گرفته می شـو د.حاصـل جمـع هزینـه ثابـت سـرمایه گذاری و سایر هزینه ها هزینه کل سرمایه گذاری یا TCI بوده که مشتمل بر مواردی مانند هزینه های راه اندازی اولیه3، سـرمایه در گـردش، هزینـه صدور گواهی نامه، هزینه های تحقیق و توسـعه و بهـره و تـورم در طـول زمان ساخت می شوند. اجزای تشکیل دهنده هزینه سرمایه گـذاری ثابـت در جدول 4 نشان داده شده اند.
ب - تخمین هزینه خرید تجهیزات4
اصولاً دست یابی به مقدار دقیق در تخمین هزینه خریـد تجهیـزات امـری بسیار دشوار می باشد زیرا شـرکتهای سـازندهعمومـاً قیمـت تمـام شـده تجهیزات خود را قبل از قطعی شدن سفارش، در اختیار افراد نمی گذارند . اطلاعات تقریبی موجود در مقالات و مراجع نیز با تحولات اقتصادی وبـالا و پایین شدن قیمتهای مواد اولیه، نیروی انسـانی، انـرژی و نظـایر آن،بـه سرعت اعتبار و دقت خـود را از دسـت مـی دهنـد . بهتـرین تخمینهـای هزینهها را می توان از لیست قیمت فروشندگـان تجهیزات یا لیست قیمت
1 Capital Cost 2 Fixed capital investment 3 Start up 4 PEC
ICHVAC3-182
جدول : 4 اجزای هزینه کل سرمایه گذاری
- I هزینه سرمایه گذاری ثابت الف -هزینه های مستقیم
- 1 هزینه های مربوط به محل سایت
هزینه خرید تجهیزات (PEC: 15-40% FCI) هزینه نصب تجهیزات((20-90%PEC
لوله کشی((10-70%PEC
ابزار دقیق و تجهیزات کنترلی((6-40%PEC تجهیزات و لوازم برقی((10-15%PEC
- 2 هزینه های خارج از محل سایت زمین (0-10%PEC)
فعالیتهای عمرانی، معماری و سازه ای (15-90%PEC) تجهیزات خدماتی (30-100%PEC)
ب -هزینه های غیر مستقیم
هزینه های مهندسی و نظارت (25-75%PEC)
هزینه ساخت و سود پیمانکار ( % 15 هزینه های مستقیم) هزینه های مربوط به شرایط پیش بینی نشده % 8-25) مجموع هزینههای بالا)
- II سایر هزینه ها
الف -هزینه راه اندازی اولیه % 5-12) سرمایه گذاری ثابت) ب – سرمایه در گردش % 10-20) هزینه کل سرمایهگذاری) ج - هزینه تحقیق و توسعه
سفارشات قبلی، لیست قیمت تهیـه شـده توسـط کارشناسـان، محاسـبات انجام شده با استفاده از بانکهای اطلاعاتی شرکتهای معظم مهندسی بدست آورد. در برخی مراجع [ 3 ]، با استفاده از نمودارهایی مـی تـوان بـه طـور تقریبی هزینه خرید تجهیـزات رابدسـت آورد .در شـرایطی نبـود لیسـت قیمت فروشندگان و یا زمان لازم برای تخمین هزینه هامـی تـوان از ایـن نمودارها کمک گرفت .البته نتایجبدسـت آمـده از ایـن نمودارهـا، ازنظـر کیفیت و دقت چندان مورد قبول نیست.
اجزای اصلی سیستم تولید دوگانه مورد بررسی در این پروژه، عبارتند از:
• مدول موتور و ژنراتور، ساخت شرکت اتریشی Jenbacher
• هیتر/ بویلر تامین حرارت مکمل
• تانک ذخیره آب داغ
تعیین هزینه سرمایه گذاری اولیه بر حسب ظرفیت بـرای هـر یـک ازایـن تجهیزات بررسی خواهد شد. بهینه سازی و تعیین اندازه، مبتنی بر انتخاب بین مدولهای موجود شرکت Jenbacher اتریش است.
برای تعیین هزینـه سـرمایه گـذاری اولیـه در صـورت انتخـاب هـر یـک از مدولهای فوق الذکر برای سیستم تولید دوگانه، از [4] بـدلیل عـدم پاسـخ دهی شرکت Jenbacher استفاده میشود. هرچند این نتـایج بـرای نـوع مشابهی از تجهیزات تولید دوگانه بدست آمدهانـد، امـا از دیـد مقایسـه ای معتبر می باشند.
هزینه سرمایه گذاری اولیه (شامل بر هزینه خرید تجهیزات و هزینه نصب و سایر موارد) برای چند مجموعه موتور و ژنراتور در کاربرد تولید دوگانه با ظرفیت 100 kW تا 5 MW تخمین زده شده است. در مورد هزینه های تخمین زده شده برای ظرفیتهای مختلف سیستم تولید دوگانه در جدول 5 سیستم تولید دوگانه، فرض می شود که این سیستم بار حرارتی را به صورت آب داغ تولید می کند، هرچند که سیستمهای تولید دوگانه چند مگاواتی قادر به تولید بخار فشار پایین نیز هستند . تجهیزات بازیافت حرارتی از خفه کن اگزوز که حرارت را از سیستم اگزوز استخراج می کند،
سومین کنفرانس بینالمللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع
مبدل حرارتی فرایندی برای استخراج حرارت از سیال خنک کننده بدنه موتور، پمپ گردش سیال، سیستم کنترل و لوله کشی تشکیل شده اند. همه موتورها به استثنای موتور 100kW ، مانند موتورهای Jenbacher از سیستم سوزاندن مخلوط رقیق گاز که دارای انتشار اندک آلاینده ها است، استفاده می کنند . بنا بر اطلاعات مرجع [4] مقدار هزینه سرمایه-گذاری کل برای هر یک از مدولهای CHP مطابق جدول 5 بدست میآید.
جدول : 5 هزینه سرمایه گذاری کل برای مدولهای تولید دوگانه
هزینه سرمایه گذاری ($) هزینه واحد ($/kW) ظرفیت (kW)
221000 2210 100
970000 1940 500
1640000 1640 1000
3390000 1130 3000
5650000 1130 5000
نمودار هزینه سرمایه گذاری کل بر حسب ظرفیت در شـکل 4 دیـده مـی شود. منحنی چند جمله ای درجـه چهـار بـا مقـدار R=1 تطـابق بسـیار بهتری را با منحنی اصلی نشان می دهد.
شکل :4 هزینه کل سرمایه گذاری بر حسب توان الکتریکی مدول تولید دوگانه
بنابراین، هزینه کل سرمایه گذاری بر حسب توان الکتریکی مـدولCHP ، از رابطه (1) بدست می آید:
y -1.7221440300E - 8x4 2.1910368285E - 4x3 - 9.0933960825E -1x2 2.3528681680E 3x - (1)
5.4108022604E 3
که در آن y هزینه کل سرمایه گذاری بر حسب دلار و x توان الکتریکی مدول تولید دوگانه بر حسب kW می باشد .می توان فرض کرد که این رابطه در گستره 100 تا 5000 کیلووات توان صادق است.
هزینه های تعمیر و نگه داری بسته به نوع، سرعت دورانی، اندازه، و تعداد سیلندر در یک موتور، تغییر میکنند . برای هزینه های تعمیر و نگهداری برای مدولهای تولید دوگانه بر حسب دلار بر تعداد ساعت کارکرد در سال، مشابه روند شکل 4 از جداول مورد نظر خواهیم داشت:
y 2.1998579801E -10x3 - 2.1886754427E - 6x2 (2) 1.4248874257E - 2x 9.7959158774E -1
که در آن،y هزینه تعمیر و نگهداری برای هر ساعت کارکرد سالانه بر حسب دلارو x توان الکتریکی مدول تولید مدول دوگانه برحسب کیلووات میباشد.
در این کار، سوخت مورد نظر گاز طبیعی با ارزش حرارتی 952,5Btu/scf در نظر گرفته می شود .[5] داریم:
ICHVAC3-182
(3) 1Btu/scf 0.000293/0.028316 kWh/m3
0.01035 kWh/m3
(4) LHVNatural Gas 0.01035×952.5kWh/m3
9.856kWh/m3
هزینه گاز مصرفی یک مدول تولید دوگانه بر حسب ریال، با تـوان حرارتـی Pth بر حسب کیلووات و راندمان حرارتی ηth، برابر خواهد بود با:
(5) Rls Pth × Nhr CPE 70.008
ηth
که در آن، Nhr تعداد ساعت کارکرد سالانه بوده و قیمت گاز طبیعی بدون احتساب حذف یارانه، 70,008 ریال بر کیلووات ساعت میباشد.
هر مدول تولید دوگانه، مقدار مشخصی مواد آلاینده به هوا منتشر میکند . هزینهی تحمیلی مواد آلاینده در واقع کاهش کارایی انسان بر اثر این آلاینده ها می باشد .[6]
جهت محاسبه بویلر گرمایش تکمیلی و مخزن ذخیره آب داغ، از اطلاعـات [7] استفاده می شود. ترسیم منحنی هزینه خرید تجهیزات بویلر بر حسب بار حرارتی (kW) در شکل 5 به همراه دو منحنی برازش آن به دو صورت خطی و چند جمله ای درجه 3 مشاهده می شود.
شکل :5 تغییرات هزینه خرید تجهیزات بر حسب بار حرارتی برای بویلر
در یک نمودار معمولی تخمین هزینه، وقتی تمامی داده های موجود هزینه بر حسب اندازه تجهیز روی نمودار لگاریتمی ترسیم شوند، حاصل یک خط مستقیم خواهد بود . شیب این خط مستقیم، نماینده یک پارامتر بسیار مهم در تخمین هزینه ها است که توان مقیاس1 نام دارد .[3] بعبارتی؛
(6) )α XY ) PE,W C PE,Y C
XW
در معادله (6)، هزینه خرید تجهیزات برای تجهیز بـا ظرفیـت XY ، CPE,Y
با دانستن هزینه خرید تجهیز مشابه CPE,w به ظرفیت XWحاصـل مـی-شود. مقدار توان مقیـاس αمعمـولاً کمتـر از واحـد اسـت . هزینـه خریـد تجهیزات بر حسب دلار برای بویلر عبارت است از:
(7) )0.78 Lth CAB 618500(
5861.4214
برای تخمین هزینه مخزن ذخیره در گسـتره ی حجـم 10000تـا 70000 گالن آمریکایی 37854) تا 264984 لیتر) از رابطه (8) استفاده میشود:
(8) y -9.4163225299E - 6x4 7.4479118442E - 3x3 -
2.3676155339E0x24.7735408811E2x
2.3386225895E4
که در آن y هزینه مخزن بر حسب دلار و x حجم ان بر حسب متر مکعب
1 Scaling exponent
CTCST (0.6 0.66 0.3 0.15 0.08) PEC 1.79PEC
سومین کنفرانس بینالمللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع
است. با در نظرگرفتن هزینـه هـای مربـوط بـه انتقـال و نصـب (تحویـل در تهران)، لولهکشی، کنترل و ابزار دقیق، سیم کشی و لوازم برقی، عایقبندی و لحاظ نکردن هزینههای عمرانی و خـدماتی؛ هزینـه کـل سـرمایه گـذاری تانک ذخیره عبارت خواهد بود از:
(9)
برای انتخاب تانک ذخیره فرض میشـودآب بـا دمـای 90 o C در مـدول
تولید شده و دمای بیشینهی آب خنککـن برگشـتی بـه موتـور 40 o C خواهد بود.
ج- بهینهسازی سیستم
هزینه سالانه برای بهینه سازی، شامل هزینـه هـای سـرمایهگـذاری اولیـه (تبدیل به سالانه) به اضافه هزینه های سوخت و عملیاتی، منهـای قیمـت برق تولید شده، است. برای طراحی سیستم تولید دوگانه، ابتدا باید منحنی نزولی پروفیل بار در تمام 8760 ساعت کار سال، تهیه و سپس، مـدولهای تولید دوگانه بر اساس میزان تولید گرما(یا برق) با توجـه بـه ایـن منحنـی انتخاب شوند. زمانی که میزان تولید گرمـای موتـور تولیـد دوگانـ ه بـرای تامین بار حرارتی کافی نیست، می توان از بویلر اسـتفاده کـرد . همچنـین میتوان با استفاده از مخزن عایق ذخیره آب داغ، مازاد انرژی حرارتی را در مواقعی که تولید آن بالاتر از مصرف است، ذخیره نمود بعداًوبـه اسـتفاده رساند. اگر مقدار برق تولیدی کمتر از تقاضای مصرف برق ساختمان باشد، همه برق تولید شده توسط مدولهای تولید دوگانه به مصـرف مـی رسـد و مازاد نیاز برق از شبکه خریداری میشود؛ همچنین روشهایی برای ذخیـره برق تولیدی در باتریهای ذخیره کننده برق و مصرف آن در مواقع بیبرقی بخصوص در شرایط کارکرد جزیـره ای مجموعـه نیروگـاه، وجـود دارد .در صورت داشتن اتصال دائم به شبکه و وجود قابلیت فـروش بـرق مـازاد بـه شبکه، استفاده از باتریمعمولاً توجیه اقتصادی ندارد .
با توجه به توصـیه شـرکت Jenbacherرعایـت، دو نکتـه بـ رای طراحـی الزامی است؛ اول اینکه مدولهای تولیـد دوگانـه قـادر هسـتند 50 تـا 70 درصد تقاضای کل حرارت سالانه را پوشش دهند. باقی این میـزان، بـرای مواقعی که بار حداکثر وجود دارد، با بویلر کمکی پوشـش داده مـی شـود . دوم اینکه هر مدول تولید دوگانه باید حداقل 4000 ساعت در سال کار کند.
مراحل طراحی بر اساس منحنی های بار انجام خواهد شد (شکل6 و .(7 در فصل سرد، بار حرارتی و در فصل گرم، بار برودتی حـداکثر خـود را دارنـد . همچنین مقدار حداکثر بار برودتی از بار حرارتی بیشتر است که به معنـی اهمیت در نظر گرفتن سیستم تولید سه گانه به جای تولید دوگانه است.
شکل : 6 منحنی توزیع ماهانه بارهای حرارتی و برودتی در سال برای ساختمان
ICHVAC3-182
شکل : 7 منحنی توزیع ماهانه بار روشنایی و سایر وسایل برقی به تفکیک در سال برای ساختمان
با توجه به نتایج شبیهسازی، منحنی های مدت زمان -بـار ، بـرای بارهـای الکتریکی (شکل (8، گرمایشی(شـکل (9 و سرمایشـی شـکل( (10 ترسـیم میشود. منظور از بار الکتریکی، بارالکتریکی کل اسـت کـه در هـر سـاعت برابر با حاصل جمع بار روشنایی و سایر وسایل برقی می باشد.
شکل :8 منحنی مدت زمان- بار برای بار الکتریکی
شکل :9 منحنی مدت زمان - بار برای بار گرمایشی
بار برودت و حرارت ارزش یکسانی ندارند زیرا در چیلـر جـذبی، عـلاوه بـر انرژی حرارتی مصرف شده، حرارت منتقل شده به آب خنک کن و انـرژی برق مصرف شده نیز در تولید برودت نقش دارند .یعنی به ازای ورود مقدار معینی بار حرارتی به یک چیلر جذبی، مقدار بـرودت تولیـد شـده اغلـب کمی بیشتر است . بنابراین، برای تعیین مقدار حرارت مصرف شده برای تولید مقدار معینی برودت، باید بار برودتی را در عددی بنام ضریب چیلر، ضرب کرد که می توان از کاتالوگهای چیلر جذبی کمک گرفت .[7]
