بخشی از مقاله
خلاصه
تقاضای رو به رشد انرژی در سطح جهانی و از سوی دیگر ناکارآمد بودن سیستمهای مرسوم تولید برق برای تامین آن موجب شده تا دستاندرکاران امر به سمت استفاده از تکنولوژیهای مطمئن و کارآمدتر تولید به منظور کاهش تلفات و کنترل مصرف انرژی پیش بروند. در این میان استفاده از سیستمهای پراکنده تولید برق و به خصوص تولید همزمان - CHP - که نسبت به سیستمهای مرسوم مزایایی همچون بازدهی بالاتر از سوخت مصرفی - به دلیل استفاده از ظرفیت انرژی حرارتی مازاد نیروگاه - ، کاهش گازهای گلخانهای و استقلال نسبی از شبکه قدرت را دارند، رشد چشمگیر داشته است. در این پژوهش، تحلیل ترمودینامیکی وبهینه سازی یک سیستم تولید همزمان توان و گرمایش خانگی که بر پایه سیکل رانکین ارگانیک است و با انرژی خورشید کار میکند، انجام شده است. سپس تحلیل حساسیت ترمودینامیک برای میزان تأثیر پذیری عملکرد ترمودینامیکی سیستم از متغیرهای ترمودینامیکی انجام گرفته است و سپس با استفاده از بهینهسازی راندمان اگزرژی بیشینه شدهاست. با محاسبه تخریب اگزرژی هریک از اجزاء نتیجه حاصل شد بویلر کمکی %45 و کلکتور خورشیدی %28 از اگزرژی ورودی به سیستم را تخریب میکنند و بیشترین منبع تخریب اگزرژی به حساب میآیند. در حالت بهینه با در نظر گرفتن راندمان اگزرژی به عنوان تابع هدف، راندمان اگزرژی %13 نسبت به حالت پایه افزایش مییابد.
مقدمه
سیستمهای تولید پراکنده با هدف بهینهسازی در مصرف انرژی، کاهش اتلافات ناشی از انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در شبکه و نیز کاهش آلودگیهای ناشی از احتراق سوختهای فسیلی در نیروگاههای بزرگ بهکار گرفته میشوند. تولید انرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ و انتقال آن به مصرفکنندگان تلفات زیادی به همراه دارد. از طرف دیگر نیروگاههای بزرگ تولید برق به دلیل ظرفیت و تولید حجم زیاد علاوه بر داشتن هزینههای زیاد در سرمایهگذاری، نصب و راندازیه و نیز تعمیر و نگهداری، غالباً از راندمان الکتریکی پایینی برخوردار بوده و علاوه بر افزایش مصرف سوخت موجب افزایش آلایندههای زیست محیطی میگردند. مجموعه این عوامل و عواملی مانند قابلیت اطمینان بیشتر، تجدید ساختار در صنعت برق و ... کشورهای جهان را به سمت استفاده از تولیدات پراکنده سوق دادهاست. سیستمهای تولید همزمان با تکنولوژیهای مختلف، روشی برای حل مشکلات انرژی جهان از جمله کمبود انرژی، امنیت عرضه انرژی، کنترل آلایندهها و اقتصاد انرژی میباشد .[1] در این میان استفاده از سیستمهای تولید همزمان که انرژی موردنیاز خود را از خورشید تأمین میکنند به دلیل رایگان بودن منبع انرژی، عملکرد بدون صدا، ظرفیت کوچک و اثرات زیست محیطی پایین میتواند تکنولوژی ایدهآلی برای تولید پراکنده پاک و مطمئن باشد. سیستم تولید همزمان به سیستمی اتلاق میشود که ترکیب مؤثر و مفید تولید همزمان توان الکتریکی و بار گرمایشی را از یک منبع حرارتی، ممکن می سازد. سیستمهای تولید همزمان به علت احساس نیاز به تولید پراکنده که مقولهای جدید در عرضهی انرژی است، توسعه یافتند. سیستمهای تولید همزمان از لحاظ کاربرد به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند:
* سیستمهای تولید همزمان قدیمی در مقیاس بزرگ که در نیروگاهها و صنایع بزرگ استفاده میشود.
* سیستمهای تولید همزمان با ظرفیت نسبتاً کوچک که در بخش خانگی، تجاری، صنعتی کوچک و مؤسسهها کاربرد دارد.
هیچ مرز مشخصی برای تفکیک دو دستهی مذکور وجود ندارد و سیستمهای تولید همزمان میتوانند محدودهیعظیمی از ظرفیت 1 کیلووات تا 500 کیلووات را پوشش دهند. ظرفیتهای بیشتر از 1 مگاوات مربوط به نیروگاهها و صنایع بزرگ، از 1 کیلووات تا بیشتر از 10 مگاوات مربوط به خانههای مسکونی و پردیسهای دانشگاهی و ظرفیتهای 300 مگاوات و بیشتر مربوط به تأمین انرژی مناطق شهری میباشد. بطور کلی ظرفیتهای کمتر از 1 مگاوات را "مقیاس کوچک"، ظرفیتهای کمتر از 500 مگاوات را "مینی" و ظرفیتهای زیر 20 مگاوات را "میکرو" مینامند. یک سیستم تولید همزمان نمونه در شکل 1 نشان داده شده است که متشکل از ماشین گازی، ژنراتور و چیلر جذبی میباشد. ماشین گازی با گاز طبیعی کار میکند و انرژی مکانیکی تولید شده توسط آن از طریق ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. همچنین چیلر جذبی در تابستان بار سرمایی و در زمستان بار گرمایی را تأمین میکند. اگر گرمای خروجی از ماشین گازی کافی نباشد یک محفظهی احتراق تعبیه شده در چیلر جذبی، با استفاده از گاز طبیعی به عنوان منبع کمکی عمل میکند و در نتیجه نیاز سرمایشی، گرمایشی و توان الکتریکی تؤاماً تأمین میشود.
در مقایسه با نیروگاههای متمرکز و سیستمهای تهویه مطبوع، سیستمهای تولید همزمان پراکنده مزایایی دارند که بهشرح زیر میباشد:
1. این سیستمها %70-90 سوخت دریافتی را تبدیل به توان میکنند درحالیکه در نیروگاههای متداول این راندمان %30-45 میباشد. بهطور کلی برای تأمین مقدار مشخصی توان، سوخت کمتری مصرف میشود که علاوه بر صرفهجویی در مصرف سوخت، در هزینههای انتقال و توزیع نیز صرفهجویی میشود.
2. آلایندگی کمتری تولید میکنند. چون برای تولید مقدار مشخصی توان نسبت به تولید متمرکز، نیاز به سوخت کمتری دارند.
3. قابلیت اطمینان شبکهی عرضهی انرژی را افزایش میدهند به این دلیل که در مقابل بلایای طبیعی و حوادث، قابل کنترل هستند و میتوانند سریعاً را هاندازی شوند. یک سیستم تولید همزمان شامل پنج بخش اصلی زیر میباشد:
1. محرکه اصلی: توربین بخار، موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی، توربینهای احتراق، میکروتوربینها، موتور استرلینگ، پیل سوختی
2. مولد الکتریکی
3. تجهیزات حرارتی: چیلر جذبی، خشککن
4. سیستم بازیاب حرارت
5. سیستم کنترل و مدیریت
ترکیب انواع مختلف محرکهای اصلی و تجهیزات حرارتی، گونههای مختلف سیستمهای تولید همزمان را ایجاد میکند و از گرمای اتلافی محرک اصلی برای تأمین مقاصد گرمایشی و سرمایشی استفاده میشود .
