بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش سیکل توربین گازی ایستگاه تقویت فشار گاز خیرگو واقع در استان فارس منطقه لامرد به منظور بهینه سازی بازده سیکل مورد بررسی قرارگرفت و پس از شبیهسازی سیکل توربین گازی شامل بخشهای کمپرسور، توربین و محفظه احتراق ، با استفاده از معادلات بالانس جرم، انرژی و اگزرژی برای هر یک از اجزای سیکل توسط الگوریتم نوشتهشده در نرمافزار متلب، بازده اگزرژی و درصد بازگشتناپذیری محاسبه شد. سپس بازده اگزرژی سیکل بهعنوان تابع هدف و دمای ورودی به توربین، نسبت فشار کمپرسور، بازده ایزنتروپیک توربین و بازده ایزنتروپیک کمپرسور بهعنوان محدودیت در نظر گرفتهشد. در ادامه به تحلیل اگزرژی بهمنظور امکانسنجی بهینهسازی واحد و به دست آوردن قانون دوم ترمودینامیک پرداختهشد. در فصل تابستان و در دمای 40 C مقدار حداکثر دمای سیکل 1041/815K و نسبت فشار بهینه 7/574 kPa به دست آمد. مقدار بازده گویا و حرارتی در گرمترین روز سال به ترتیب 20/545 و 12/503 درصد محاسبه گشت. حداکثر کار مفید ممکن 239/904 kj/kg و کار خروجی گرفتهشده از سیکل 49/289 kj/kg و مقدار برگشتناپذیری 78/558 kj/kg و مقدار حداکثر کار مفیدی تلفشده 112/057 kj/kg به دست آمد. در نهایت مشاهده گردید مقدار بازده گویا در نسبت فشار بهینه همواره دارای مقدار بیشتر از آن در نسبت فشار کارکرد سیکل در فصول مختلف است. مقدار این اختلاف در گرمترین روز سال به % 1/18 و در زمستان به % 1/13 میرسد.
-1 مقدمه
تقاضای رو به رشد انرژی در سطح جهانی و از سوی دیگر ناکارآمد بودن سیستمهای مرسوم تولید توان برای تأمین فرایندها موجب شده تا کارشناسان اموربه سمت استفاده از فنّاوریهای مطمئن و کارآمدتر تولید جهت کاهش تلفات و کنترل مصرف انرژی پیش بروند. تحلیل اگزرژی ، روشی مناسب برای سنجش کارکرد اجزای فرایند است. با این روش میتوان اگزرژی نقاطی را که در آنها تبدیل انرژی صورت میگیرد، تعیین نمود، بازده اجزای سیکل را محاسبه کرد، همچنین میتوان محل وقوع بیشترین تلفات را شناسایی و برای کاهش آنها تلاش نمود. تحلیل اگزژی ، بهترین ابزار برای تصمیمگیری در جهت بهینهسازی سیکل با توجه به دادههای ورودی سیکل است. از افرادی که در این خصوص تحقیقاتی انجام دادهاند میتوان به آبدار که در مورد تحلیل اگزرژی و بهینهسازی ترمودینامیکی سیکل تولید همزمان توربین گازی بررسی هایی نمود - آبدار، - 1393 و نیز رانگ1 که در خصوص مدلسازی خطی و بهینه سازی آلگوریتم واحدهای تولیدکننده ترکیبی برق و حرارت تحقیقاتی نموده، اشاره کرد - رانگ،. - 2006
شبیهسازی ترمودینامیکی سیکل گازی نیز ابزاری بسیار سودمند برای پیشبینی رفتار هر یک از اجزای سیکل میباشد و بهوسیله آن میتوان متغیرهای اصلی مربوط به فرآیندهای صورت گرفته در سیکل را به دست آورد. هدف اصلی در این تحقیق تحلیل ترمودینامیکی و اکسرژتیک توربین گاز و به دست آوردن بهترین شرایط خواص ترمودینامیک کارکرد توربین و در نهایت رسیدن به بهترین بازده است. تحلیل اگزرژی به یافتن علت و مقدار دقیق اتلاف منابع انرژی کمک میکند. اگزرژی مقدار بیشینه کار مفیدی است که از انرژی ورودی قابل استحصال میباشد و یا میتوان گفت که اگزرژی نمایانگر کیفیت انرژی است. سیکل گازی مورد مطالعه، نیروگاه گازی ایستگاه تقویت فشار گاز خیرگو واقع در استان فارس میباشد. ابتدا به مدلسازی بخشهای مختلف نیروگاه در نرمافزار متلب پرداختهشده است، در ادامه جهت رسیدن به بهترین بازده در شرایط محیطی منطقه از الگوریتم ژنتیک استفاده میشود. در این مدلسازی بازده گویا بهعنوان تابع هدف و سایر خواص ترمودینامیکی شامل نسبت فشار سیکل، بازده توربین و کمپرسور و دمای بیشینه سیکل محدودیت در نظر گرفتهشده است.
-2 مواد و روش ها
در خصوص بهینهسازی سیکل های توربینهای مختلف تحقیقهای زیادی انجام گرفته از جمله حیدری تحلیل ترمودینامیکی و آنالیز اگزرژی سیکلهای نوین تولید همزمان برق و حرارت و پیل سوختی اکسید جامد را انجام داد - حیدری،. - 1389 گودرزی در خصوص تحلیل اگزرژی و بهینهسازی ترمواکونومیک سیکل توربین گاز با بازیاب حرارتی و تزریق بخار تحقیق نمود - گودرزی،. - 1391 بوام2 بهبود مشخصههای اصلی توربین گاز را در شرایط دمای بالای محیط با پاشش بخار در محفظه احتراق تحلیل کرد و تأثیر دمای محیط، نسبت فشار، متغیرهای پاشش و دمای محفظه احتراق در سیکل با و بدون پاشش بخار را مورد بررسی قرارداد - بوام، . - 2008 بیس3 کاربرد چیلر جذبی دو اثره لیتیومبروماید برای خنک کاری هوای گرم ورودی به توربین گاز در نیروگاه چابهار ایران را انجام داد.کل سیستم از جنبههای انرژی، اگزرژی و اقتصادی شبیهسازی شد و تأثیر پاشش بخار و میزان خنک کاری هوای ورودی بر بازده حرارتی، توان خروجی، سوخت مصرفی، بازده اگزرژی و قیمت کلی سیستم بررسی و ارائه گردید - بیس، . - 1999
در این پژوهش در ابتدای امر با استفاده از دادهها و اطلاعات عملکردی ایستگاه تقویت فشار گاز، به کد نویسی توربین گازی - شکل - 1 بهمنظور شبیهسازی واحد در نرمافزار متلب پرداخته میشود. در ادامه به بهینهسازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت دستیابی به بیشترین بازده پرداخته شدهاست. برای این منظور هر دو بازده حرارتی و قانون دوم ترمودینامیک بهعنوان تابع هدف در نظر گرفتهشدهاند. بهعبارتدیگر، در این کار، یک بهینهسازی با چند هدف انجام شدهاست. برای یافتن بهترین نسبت فشار در فصول مختلف سال، با مشخص بودن دمای محیط، نسبت فشار در بازهی 2 تا 30 تغییر دادهشده است، تا با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهترین نسبت فشار در هر فصل از سال مشخص شود. در این مدلسازی بازده گویا بهعنوان تابع هدف و سایر خواص ترمودینامیکی شامل نسبت فشار سیکل، بازده توربین و کمپرسور و دمای بیشینه سیکل محدودیت در نظر گرفتهشده است. هدف اصلی در این تحقیق تحلیل ترمودینامیکی و اکسرژتیک توربین گاز و به دست آوردن بهترین شرایط خواص ترمودینامیک کارکرد توربین و رسیدن به بهترین بازده است. جهت شبیهسازی بخشهای مختلف واحد ازجمله کمپرسور، محفظه احتراق و توربین در نرمافزار متلب و به دست آوردن نتایج فوق با استفاده از مفاهیم و معادلات مربوط در ترمودینامیک استفاده شدهاست.
شکل : - 1 - طرح کلی سیکل توربین گازی
-3نتایج و بحث
سیکل واقعی توربین گاز مطابق شکل2 نشان دادهشدهاست. ترم T0 - s2-s2s - مقدار انرژی تلف شده بهواسطه برگشتناپذیری کمپرسور و ترم T0 - s4-s4s - مقدار تلفات بهواسطه برگشتناپذیری توربین است. [ net]rejected بخشی از حداکثر کار مفید ممکن است که در سیکل توربین گاز از دسترس ما خارج است.
شکل - : - 2 نمودار T-S سیکل توربین گازی
مطابق جدول1 سیکل حقیقی توربین گاز در فصل تابستان آورده شده است. سیکل توربین گازی با شرایط ورودی 100kPa و 313/15 K و نسبت تراکم 10 به 1 تولید 42/5 MW توان میکند. مقدار حرارت اضافهشده طی فرآیند احتراق 394/2 kj/kg بوده و حداکثر درجه حرارت سیکل 997/2 K میباشد. مقادیر نسبت تراکم در چهارفصل سال بین 10 به 1 در فصل تابستان با دمای 40 C، و نسبت تراکم 13 به 1 در فصل زمستان با دمای محیط 5 C تغییر میکند. مقادیر حداکثر دمای سیکل و حرارت تولیدی نیز تابعی از دمای محیط و نسبت فشار کمپرسور است.
