بخشی از مقاله
چکیده
به تولید توام دو یا چند شکل انرژی از یک منبع ساده اولیه تولید همزمان می گویند. از سیستم های تولید همزمان می توان به تکنولوژی 5MCHP اشاره نمود، که دارای قدرت پایین در حد چندین کیلووات می باشد و معمولا برای استفاده در ساختمان های مسکونی طراحی می شود. تولید توام گرما و انرژی ابزاری کارامد در راستای استفاده از سوخت است. برای دستیابی به بهینه مصرف انرژی در مصرفکنندگان مختلف تلاشهای بسیاری شده است. از مهمترین مصرفکنندگان، مصرفکنندگان خانگی می باشند که میزان قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می دهند.
در کشور ما سرانهی مصرف انرژی در ساختمان ها نسبت به حد استاندارد خود بالاتر می باشد و این گونه تحقیقات می تواند در جهت بهینه سازی مصرف، بسیار راهگشا باشد. اگرچه ایران از غنیترین منابع انرژی برخوردار است، اما استفاده نادرست و اتلاف انرژی خسارت جبرانناپذیری را به کشور، معادل تمام بودجه عمرانی کشور، بر اساس آمار سال 1382، تحمیل می نماید. از اینرو دستیابی به بهینه مصرف انرژی در ساختمان های مسکونی می تواند گامی بزرگ در جهت بهینه سازی مصرف انرژی باشد.
مسئله اساسی این مقاله بررسی روش MCHP و مقایسه آن با روش های دیگر در بحث هدر رفت انرژی است. در این مقاله انرژی صرفه جویی شده در روش MCHP در یک واحد مسکونی با دو روش دیگر برای یک دوره زمانی 180 روزه مقایسه گردیده و برای شبیه سازی این امر، نرم افزار MATLAB بکارگیری شده است. نتایج نشاندهده این واقعیت بود که استفاده از تکنولوژی MCHP در افزایش صرفه جویی انرژی نسبت به روش های دیگری که در این مقاله روی آنها مطالعه صورت گرفته، بسیار مفیدتر است.
.1 مقدمه
امروزه با توجه به اهمیت روزافزون انرژی و هزینه هایی که صرف انرژی می شود، مقوله بهینه سازی مصرف انرژی در ابعاد مختلف مورد توجه بسیاری از پژوهشگران و برنامه ریزان دولتی و خصوصی قرارگرفته است. روش هایی که مطرح می شوند روش هایی هستند که امروزه به صورت مؤثری در نقاط مختلف دنیا مورد استفاده و ارتقا قرار گرفته اند و در این تحقیق به جنبه استفاده بومی از آنها نیز توجه می شود. روش های بسیار گوناگونی برای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان های مسکونی مورد توجه بوده، اما در این مقاله استفاده از روش MCHP مورد مطالعه قرار گرفته شده است.
انرژی یکی از اصلی ترین عوامل برای شکلگیری و پیشرفت جوامع صنعتی بوده و میزان دسترسی کشورها به منابع گوناگون انرژی نشانگر پیشرفت و قدرت سیاسی و اقتصادی آنان است. قیمت بالای انرژی و هزینه های بسیار زیاد بخش سرمایه ای آن از یک طرف و رشد بی پروای صنعتی شدن جوامع و نیاز روزافزون آنها به انرژی از طرف دیگر، کشورها را بر آن داشته که برای جلوگیری از مصرف بی رویه و غیر بهینه انرژی و همچنین کاهش هزینه های تولید و افزایش رفاه عمومی، بهره وری انرژی را مدنظر قرار دهند
دانایی و آگاهی بهره وری انرژی و درک مفهوم واقعی آن در ارائه الگوی مصرف انرژی و استفاده از انرژی بر اساس الگوی مصرف و به طور کل مصرف بهینه انرژی، محوری اساسی است. بر این اساس و همچنین از آنجا که بخش زیادی از مصرف انرژی برق، گاز و همچنین آب کشور توسط مشترکین خانگی مصرف می شود، لذا در این تحقیق واحد مسکونی مورد توجه قرارگرفته و سعی شده با دادههای واقعی ضمن آگاهی دادن، نوع نگرش نیز فنی و اقتصادی باشد.
با توجه به اینکه انرژی و قیمت انرژی از با اهمیتترین پارامترهای استراتژیک در کشورهای صنعتی و حتی غیر صنعتی است، بهینه سازی مصرف انرژی بسیار مهم و اثرگذار است. سرانه مصرف انرژی در کشورها از پارامترهای توسعه یافتگی است و به زودی اهمیت این موضوع نیز بیش از این افزایش خواهد یافت. از جهت دیگر وقتی در قالب ملی به این تحقیقات می نگریم، متوجه می شویم که این تحقیقات در کشور ما کمتر مورد توجه قرار گرفته است و هر تحقیقی در این زمینه، خود راهگشایی برای ارائه روش های جدید و کارا در این بخش خواهد بود.
اصطلاح بهینه مصرف و بهینه سازی مصرف از زمانی کاربرد بیشتری پیدا کرد که انرژی و قیمت انرژی و نقش استراتژیک آن اهمیت خود را پیدا نمود. در شیوههای اولیه مصرف، مصرف انرژی بهصورت مصرف تا حد رفع نیاز بدون توجه خاص به رعایت ملاحظات مربوط به شیوه مصرف برای کاهش مصرف بود. اما بعدها مشخص شد که می توان مصرف انرژی برای رفع نیازهای ضروری را بهگونه ای مدیریت کرد که با مصرف کمتر نسبت به مصرف فعلی مصرفکننده، درعین حال که مصرف انرژی را کاهش می دهیم، نیازهای مصرفکننده نیز مانند قبل به خوبی برطرف شود. در کشور ما نیز بهینه سازی مصرف انرژی بیش از یک دهه است که بهصورت جدی دنبال می شود.
به منظور انتخاب ظرفیت مناسب سیستم تولید همزمان برق و حرارت، تعیین میزان تقاضای برق و حرارت ضروری است. بر این اساس، لازم است که منحنی های تقاضای توان الکتریکی و حرارتی واحدهای مسکونی استخراج گرددعموماً. در کشور تقاضای اصلی حرارت در بخش خانگی به علت نیاز به پخت وپز، آب گرم مصرفی و تأمین حرارت، سیستم گرمایشی بوده و تقاضای برق جهت استفاده در سیستم روشنایی، تجهیزات و سیستم سرمایشی ساختمان است.
بدین ترتیب، در بخش خانگی نوع و نحوه بهره گیری از این سیستم ها به تقاضای برق و حرارت واحد مسکونی وابسته است. یکی از اصلیترین عوامل مؤثر بر تقاضای مصرف انرژی در بخش خانگی، تغییرات آب و هوایی و یا به عبارت دیگر، بار حرارتی و برودتی حاصل از آنهاست. به همین دلیل، در تحلیل فنی و اقتصادی استفاده از Micro-CHP لحاظ کردن تفاوتهای اقلیمی کشور اهمیت بسیار دارد. در این راستا، از نتایج تحقیقات گذشته استفاده خواهیم نمود و بهینه سازی را در جهات مختلف برای یک ساختمان مسکونی با استفاده از سه روش شبیه سازی می نماییم و به صورت دقیقتر آن روشها را مورد بررسی قرار می دهیم. به طور کلیتر، فناوری گرما و توان ترکیبی CHP که به نامهای دیگری از جمله تولید همزمان نیز معروف است، به تولید همزمان گرما و توان از منبع سوختی واحد اطلاق می شود.
در تحقیقی که توسط علی جوکار و امید شاه حسینی در سال 2011 انجامشده ، ایران به چهار اقلیم سرد، گرم و خشک، معتدل و مرطوب و گرم و مرطوب تقسیم بندی شده که استان های دارای شبکه گاز شهری در هر یک از این اقلیم ها آورده شده است.
در تحقیقی دیگر که توسط یداالله یعقوبی در سال 1392 صورت گرفته است نتایج نشان دهنده این موضوع بوده که فناوریMCHP از محک زمان سربلند بیرون آمده است و استفاده از آن مزایای مهمی از جمله افزایش بازدهی کلی ترمودینامیکی سیستم، کاهش هزینه های مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را به دنبال دارد.
سورنا ستاری استاد دانشگاه صنعتی شریف و فاطمه تیموری و حمزه کلایی، در تحقیق خود به امکان سنجی فنی و اقتصادی استفاده از MCHP ها در منازل مسکونی پرداختند و نتایج آنها بیانگر این بود که تولید توام گرما و انرژی ابزاری کارآمد در راستای استفاده بهینه از سوخت است.
معمولا در مولدهای قدرت امروزی، از سوزاندن سوخت های فسیلی و حرارت حاصله برای تولید قدرت محوری و سپس تبدیل آن به انرژی الکتریسیته استفاده می شود. متداولترین این سامانه ها نیروگاه های بزرگ برق می باشند . در کشور ایران بازده نیروگاه های حرارتی چیزی در حدود %34 است. بخشی از این تولید نیز در شبکه های انتقال تلف می شود که اگر تولید برق در محل مصرف صورت گیرد می توان از این اتلاف انرژی جلوگیری نمود.
در روش MCHP می دانیم که به همراه تولید الکتریسیته، از گرمای ایجاد شده برای گرمایش ساختمان ها استفاده می شود. در این صورت متغییری که مطرح است بازده مصرف سوخت فسیلی برای تولید الکتریسیته و گرما برای ساختمان موردنظر است. در این روش آنچه از اهمیت زیادی برخوردار است دستگاهی است که همزمان با تولید برق، گرمای تولید شدهاش را برای گرمایش به ساختمان ها منتقل میکند.
هدف اصلی این تحقیق دستیابی به مصرف بهینه انرژی است و به دنبال آنیم که بدانیم در صورت استفاده از تکنولوژی MCHP در یک ساختمان مسکونی به چه میزان می توانیم انرژی صرفه جویی کنیم.
.2 روش انجام تحقیق
در روش MCHP که روشی نوین می باشد، از حرارت جانبی حاصل از مصرف سوخت های فسیلی برای تولید انرژی الکتریکی و گرم کردن خانه ها استفاده می شود. در واقع در این روش، دیگر تولید انرژی الکتریکی به صورت متمرکز در نیروگاه های خارج از شهرها صورت نمیگیرد، بلکه با خانگی کردن تولید انرژی الکتریکی، از هزینه ها و اتلاف انرژی در نیروگاه ها و در مسیر انتقال، جلوگیری می شود و علاوه بر آن از گرمای جانبی تولید شده نیز، برای گرمایش منازل مسکونی استفاده می گردد.
این روش می تواند بسیار مناسب و به صرفه باشد، اما در کشور ما هنوز به صورت وسیع اجرایی نشده است. در این مقاله برای مقایسه استفاده از روش MCHP با روش های دیگر یک ساختمان مسکونی برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است که مساحت و ابعاد آن مورد نیاز نیست و فقط مصرف انرژی این ساختمان مورد نظر است.
با توجه به اینکه در تحقیقات قبلی روی مبحث MCHP، محاسبات لازم مربوط به پارامترهایی نظیر راندمان الکتریکی و حرارتی برای پنج تکنولوژی استفاده شده در این روش انجام شده است، از این پارامترها استفاده خواهیم نمود و به محاسبه میزان انرژی صرفه جویی شده می پردازیم.
