بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
آناليز انرژي و اگزرژي نيروگاه گازي زاگرس کرمانشاه
چکيده - در اين مقاله تحليل انرژي و اگزرژي نيروگاه گازي زاگرس کرمانشاه صورت گرفته است . سپس به مفاهيم اگزرژي و انرژي پرداخته شده است ، و در ادامه به بررسي و آناليز اگزرژي نيروگاه گازي زاگرس دو پارامتر تلفات اگزرژي و راندمان قانون دوم که پارامترهاي اصلي براي مقايسه اجزاي سيکل به لحاظ کارايي ميباشند، براي اجزاء نيروگاه گازي زاگرس محاسبه گرديده است ؛ سپس درستي روابط و محاسبات انجام شده توسط بالانس انرژي و اگزرژي کل سيکل مورد بررسي قرار گرفته است . نتايج خروجي از نرم افزار EES متاثر از پارامترهاي عملکردي هم چون دماها، فشارها و دبيهاي ورودي و خروجي جريان ميباشد، مقادير خروجي نيز، جهت ارائه گزارش به نيروگاه زاگرس ، به منظور آشکار سازي نقاط حداکثري هدر رفت انرژي تعيين شد.
کليد واژه - نيروگاه گازي - آناليز انرژي و اگزرژي -راندمان اجزاءنيروگاه -راندمان اگزرژي وانرژي
١- مقدمه
از آنجا که مهمترين عامل توليد انرژي الکتريکي در حال حاضر تبديل سوخت هاي فسيلي و گازي به انرژي الکتريکي مي - باشد و با در نظر داشتن محدوديت هايي که براي دسترسي به اين سوخت هاي تجديدناپذير وجود دارد لزوم توجه و شناخت اين نوع از نيروگاه ها و اجزاي داخلي آن ها به منظور بهينه سازي و ساير تحليل هاي علمي (تحليل انرژي و اگزرژي) بر کسي پوشيده نيست و از جمله پژوهش هاي حائز اهميت ميباشد در خلال دو دهه پيشين ، با بالا رفتن قيمت انرژي و آسيب -
هاي زيست محيطي و نيز محدود بودن منابع اصلي انرژيهاي تجديدپذير، استفاده از سيستم توليد و تبديل انرژي با راندمان بيشينه جهت صرفه جويي در استفاده از منابع ارزشمند انرژي، روز به روز اهميت بيشتري يافته است . عمده سهم توليد برق انواع نيروگاه ها در کشور ايران در يک روز مشخص (مورخ ١٣٩٢.٠٧.١٥) بدين صورت است [١].
همان طوري که در جدول ١ مشخص شده است و با توجه به برق توليد شده در پيک ، نيروگاه هاي گازي با حدود ٣٤.٩ % از کل ، نيروگاه هاي سيکل ترکيبي با حدود ٢٨.٨ % از کل و نيروگاه هاي بخار با حدود ٢٦.٥ % از کل ، بيشترين سهم را در توليد برق مصرفي کشور در اختيار دارند.
با عنايت به آمار فوق و همچنين اين موضوع که کشور ايران دومين کشور برتر دنيا به لحاظ داشتن مخازن ذخيره گازي است و استفاده مناسب از اين سرمايه سبب رشد و شکوفايي اقتصاد کشور مي شود، تحقيق و بهينه سازي نيروگاه هاي کشور علي - الخصوص نيروگاه هاي گازي (به دليل قديمي بودن طراحي برخي از نيروگاه ها و عدم مطابقت با تکنولوژي روز دنيا) بسيار قابل توجه است .
آناليز اگزرژي همراه با قانون اول و دوم ترموديناميک ، اين امکان را فراهم ميسازد که روش مطلوب براي تحليل سيستم هاي تبديل انرژي و همچنين شناخت سطوح انرژي و فرآيندهاي نامطلوب ترموديناميکي سيستم هاي انرژي را به توان يافت . آناليز اگزرژي ابزاري مفيد براي آشکار کردن تفاوت بين تلفات انرژي با برگشت ناپذيريهاي داخلي در يک پروسه است [٢].
تحليل اگزرژي روشي مناسب براي سنجش کارکرد اجزاي پروسه است . با اين روش ميتوان اگزرژي نقاطي را که در آن ها تبديل انرژي صورت ميگيرد، به دست آورد؛ راندمان اجزاي سيکل را محاسبه کرد، همچنين ميتوان محل وقوع بيشترين تلفات را شناسايي و براي کاهش آن ها تلاش کرد [٣]. آناليز اگزرژي بهترين ابزار براي تصميم گيري در جهت بهينه سازي سيکل با توجه به داده هاي ورودي سيکل است [٤].
آناليز اگزرژي يک ابزار بسيار کارآمد در آناليز ترموديناميکي سيستم هاي انرژي ميباشد. اين تکنيک نسبتاً جديد، براي اولين بار در اروپا در دهه ١٩٦٠ معرفي شد. از آناليز اگزرژي ميتوان به منظور بهينه سازي سيستم هاي انرژي از نقطه نظر ترموديناميکي استفاده نمود [٥]. عبارت اگزرژواکونوميک براي اولين بار در يادداشت هاي درسي تريبوس در دانشگاه MIT در سال ١٩٦١ و همچنين در پايان نامه دکتراي ايوانز به کار برده شد.
در کشور عزيزمان ايران نيز برخي از مطالعات انجام شده در زمينه تجزيه و تحليل انرژي و اگزرژي در نيروگاه هاي کشور عبارتند از:
نيروگاه بخار پالايشگاه اصفهان که توسط نصرآزاداني و احمدي دانش [٦] انجام پذيرفته و در آن ضمن معرفي بويلر اين نيروگاه به عنوان عامل مهم نابودي اگزرژي، راه کارهايي نظير افزايش دماي آب تغذيه را به منظور کاهش تلفات اگزرژي و افزايش راندمان نيروگاه پيشنهاد و بررسي مي نمايد. نيروگاه هاي بخار بندرعباس توسط حسينعليپور، کريم مقصودي، علي محمدي [٧]، نيروگاه بخار همدان توسط عامري [٨]، آناليز اگزرژي، اگزرژواکونوميک و زيست محيطي و بهينه سازي چند هدفه سيکل بخار نيروگاه نکا توسط الگوريتم ژنتيک توسط عامري و بهرامي [٩].
٢- معرفي نيروگاه گازي زاگرس
نيروگاه سيکل ترکيبي زاگرس يکي از پروژه هاي مهر ماندگار استان کرمانشاه است . اين نيروگاه در زميني به مساحت حدود
٢٧ هکتار و در مجاورت نيروگاه حرارتي بيستون واقع در کيلومتر ٢٠ جاده کرمانشاه و در ارتفاع ١٣٠٠ متري از سطح دريا واقع شده است . اين نيروگاه داراي ٤ واحد توربين گازي با ظرفيت ٦٤٨ مگاوات (هر کدام از واحدها داراي ظرفيت نامي ١٦٢ مگاوات ) ميباشد و به دليل عدم تامين منابع مالي بخش مربوط به بخار آن راه اندازي نشده است . توربين هاي گازي اين نيروگاه از نوع متداول توربين هاي گازي در ايران و مدل v94.2 ساخت شرکت زيمنس آلمان ميباشد (البته در حال حاضر اين توربين ها تحت ليسانس اين شرکت و توسط شرکت مپنا توليد ميشوند).
مطابق مدارک فني راندمان متوسط نيروگاه در شرايط iso برابر ٣٣.١ درصد ميباشد. تصوير واقعي از نيروگاه زاگرس را در شکل
زير ميتوانيد ملاحظه بفرماييد:
شکل ١. تصوير واقعي از ٤ واحد گازي نيروگاه زاگرس
سوخت مصرفي اصلي گاز طبيعي بوده که امکان استفاده از گازوئيل به عنوان سوخت دوم نيز در واحدهاي نيروگاه وجود دارد. مصرف حداکثر هر واحد نيروگاه در بار پايه به ميزان ٣٧ تا ٤٠ متر مکعب نرمال گاز طبيعي در ساعت و يا ٣٣ تا ٣٥ هزار ليتر گازوئيل در ساعت ميباشد. براي ذخيره سوخت مايع ، سه تانک ٣٣،٠٠٠،٠٠٠ ليتري (سي و سه ميليون ليتري) در نظر گرفته شده است .
انرژي توليدي نيروگاه با سطح ولتاژ ٤٠٠ کيلو ولت از طريق يک خط به پست ٤٠٠کيلو ولت مرصاد (در حال حاضر) متصل مي - باشد. طرح توسعه نيروگاه شامل دو واحد بخار بوده که هرکدام از واحدها توان توليد ١٦٠ مگاوات را دارند
در جداول ذيل برخي از اطلاعات مربوط به بخش هاي مختلف نيروگاه زاگرس (گزارشات داخلي نيروگاه ) را به اختصار مرور خواهيم کرد و سپس به تحليل و آناليز اگزرژي اين نيروگاه خواهيم پرداخت .
٣- معادلات حاکم
اگزرژي مخصوص براي يک سيستم از انرژي E و جرم m به صورت زير ميباشد:
و اگزرژي کل سيستم نيز برابر است با:
اگزرژي کل جريان براي جريان جرم يادشده عبارتست از:
براي يک منبع حرارتي با دماي T و نرخ تبـادل حـرارت ̇ و در شرايط دماي محيط داريم :
براي اگزرژي کار ورودي يا خروجي در يک سيستم داريم :
