بخشی از مقاله
چکیده: بحران انرژی موجود در جهان امروزی دیدگاه بشر را به استفاده بهینه از انرژیهای موجود سوق داده و کارشناسان همواره در پی تحقق این موضوع مهم گام برداشتهاند. هدف از پژوهش حاضر شبیه سازی یک سیستم ترکیبی است که ضمن تولید توان بتوان از حرارت اتلافی از دودکش این نیروگاه دو مگاواتی، برای تولید آب شیرین به روش تقطیر چند مرحله ای و همچنین تولید سرمایش با استفاده از چیلر جذبی تک و دو اثره استفاده کرد. سیستم ترکیبی در نرم افزار EES شبیه سازی می شود. در ادامه عملکرد سیستم ترکیبی در چهار سناریوی مختلف مورد بررسی قرار می گیرد و در هر سناریو مقادیر آب شیرین و بار سرمایی حاصل از چیلر جذبی تک اثره و دو اثره بدست میآید.
.1 مقدمه
کاهش متوسط سالانه بارندگی در سالهای اخیر در کشور به ویژه در مناطق با اقلیم گرم و خشک و کویری ، باعث کمبود منابع آب شده است و بحران کم آبی به عنوان یک معضل اساسی مورد توجه دستگاه های حاکمیتی مرتبط قرار گرفته است. از طرفی برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی باعث پایین رفتن سطح این آب ها شده است تا جایی که در بعضی از مناطق کشور به آب های شور رسیدهایم. لذا برای جبران کمبود آب شیرین، استفاده از آب شیرین کنها امری ضروری میباشد. آب شیرین کنهای متداول از انرژی الکتریکی و حرارتی برای شیرین سازی آب استفاده میکنند. بهینه سازی انرژی به عنوان یک راهکار اساسی برای کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش آلاینده های زیست محیطی در کشورهای پیشرفته دنیا مطرح شده است.
امروزه این کشورها به بهینه سازی و مدیریت انرژی به عنوان یک منبع جدید انرژی مینگرند. در این میان یکی از مهم ترین راهکارهای بهینه سازی انرژی انجام شده در تمامی این کشورها با هدف افزایش بازده تولید انرژی و استفادهی بهینه از منابع سوخت با بازده کلی 75 تا 90 درصد، استفاده از سیستم های تولید همزمان سرما ، گرما و الکتریسیته میباشد. فن آوریهای تولید همزمان برق و حرارت ،برق و یا توان مکانیکی تولید نموده و حرارت اضافی را برای مصارف مختلف از جمله گرمایش و سرمایش به طور قابل ملاحضهای بازیافت مینماید.
در مورد شبیه سازی سیستم های ترکیبی تولید برق و آب شیرین کن ها تحقیقات زیادی انجام شده از جملهی آنها میتوان به مقالهی سالکدو1و همکاران [1] در سال 2011 اشاره نمود که به بررسی اقتصادی و زیست محیطی سیستم ترکیبی آب شیرین کن و سیکل رانکین و سیستم تامین کننده قدرت با استفاده از کلکتور خورشیدی پرداخته شده است. در این مقاله از داده های آب و هوایی تاراگونا واقع در اسپانیا استفاده شده است. در سال 2013 ثنایی و اصغری [2] یک طرح انالیز چهارگانه - انرژی ، اگزرژی ، اقتصادی و زیست محیطی - برای یک سیکل ترکیبی ارائه دادند که در آن با انجام بهینه سازی چندمنظوره و استفاده از روش پارتو - ویلفردو پارتو 1848-1923 ایتالیا - ارزیابی آسان تری از تجارت آف بین انجام دادند.
در سال 2014 الزهرانی و همکاران [3] سیستم ترکیبی تولید برق با دادههای صنعتی و آب شیرینکن اسمز معکوس و تقطیر چند مرحلهای با تراکم بخار حرارتی 2 را از لحاظ بالانس انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار دادند و تاثیرات پارامترهای مختلف در سیستم تولید برق از جمله نسبت فشار و دمای ورودی توربین را روی نرخ تولیدی آب شیرین مورد بررسی قرار دادهاند و نتیجه گرفتند که برگشت ناپذیری های عمده در محفظهی احتراق رخ میدهد.
در سال 2015 لوتاتیدو3و عرفات[4] سیستم زمین گرمایی با آنتالپی کم را با سیستم نمک زدایی اسمز معکوس و تقطیر چند مرحله ای شبیه سازی کردند و بعد از آنالیز اقتصادی به این نتیجه رسیدند که در کشور های حوزه خلیج فارس، ترکیب سیستم زمین گرمایی با اسمز معکوس از لحاظ اقتصادی با صرفه تر از ترکیب سیستم زمین گرمایی با تقطیر چند مرحله ای میباشد و همچنین طول عمر عملیاتی سیستم ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. در سال 2016 گابریل4و همکاران [5] ابتدا یک دید کلی را روی فرآیند تولید قدرت و پتانسیل تولید آب را ارائه میدهند و از حرارت مازاد نیروگاه به عنوان حرارت ورودی به سیستم ترکیبی تولید برق و آب شیرین کن تقطیر چند مرحله ای-اسمز معکوس استفاده میکند و این سیستم را برای حداکثر کارایی و شیرین سازی مقرون به صرفه با استفاده از فرمولهای ریاضی بهینه سازی و آنالیز اقتصادی میکنند.
همچنین در سال 2016 مختاری و سپهوند [6] سیستم ترکیبی توربین گاز و آب شیرین کن اسمز معکوس و تقطیر چند مرحله ای را برای شهر بشاگرد واقع در جنوب ایران شبیه سازی کردند و نشان دادند که با کوپل کردن دو سیستم آب شیرین کن با هم به میزان 2,3 تا 2,8 درصد در هر متر مکعب در طولانی مدت صرفه جویی در هزینه را خواهد داشت.مطالعات زیادی در زمینهی سیستم های تولید همزمان بر پایهی محرک های اولیه مختلف انجام شده است، که از جملهی آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
در سال 2014 وانگ [7]5 یک سیستم تولید همزمان بر پایهی پیل سوختی پلیمری را بررسی کرد. تأثیر پارامترهای کلیدی مانند دبی گازورودی، دبی آب خنک کاری و دمای کاری پیل بر عملکرد سیستم را مورد بررسی قرار داد. در سال 2014 طاهری و همکاران [8] به بررسی سیستم تولید همزمان آب شیرین، برق و برودت و طراحی سیکلی بهینه جهت بهرهگیری از بخار مازاد کم فشار جهت تولید آب شیرین، برق و برودت پرداختند. در سال 2016 توکلی و همکاران [9] به بررسی سیستم های تولید همزمان برق، حرارت و برودت با مطالعه و مقایسهی قیمت حامل های انرژی در ایران و مکزیک با استفاده از تعادل و تقاضای انرژی - استفاده از الگوریتم ژنتیک - ، پرداختند.
در این مقاله روش حل بدین صورت است که ابتدا به شبیه سازی واحد تولید توان گازی و برآورد میزان حرارات اتلافی از اگزوز این واحد و مولد بخار بازیاب حرارت اتلافی از دودکش سیستم تولید همزمان برق و حرارت و سپس به شبیهسازی واحد شیرین سازی آب بر پایه فرایند تقطیر چند مرحله ای - - MED و شناخت عوامل موثر بر عملکرد آب شیرین کن تقطیر چند مرحلهای و شبیه سازی سیستم تولید سرمایش با استفاده از چیلر جذبی و در نهایت به شبیه سازی سیستم ترکیبی تولید توان، آب شیرین و سرمایش در سناریوهای مختلف پرداخته میشود.
.2 معادلات حاکم
.2-1 سیکل توربین گاز سیکل توربین گاز توسط روابط قانون اول ترمودینامیک مدل شده است. همان طور که در شکل 1 دیده میشود هوا در شرایط محیطی وارد کمپرسور میشود - نقطه - 1 و بعد از متراکم شدن - نقطه - 2 به همراه سوخت به داخل محفظه احتراق پاشش میگردد و انفجار صورت میگیرد. بعد از آن گازهای حاصل از احتراق از محفظه احتراق خارج شده - نقطه - 3 و با عبور از داخل توربین گاز - نقطه - 4 برق تولید میشود. تلفات مربوط به سیکلگاز عمدتاً در سه جز اصلی یعنی کمپرسور، محفظه احتراق و توربین گاز رخ میدهد. برای محاسبات بازگشت ناپذیریها در هر جزء باید هرکدام از آنها را به صورت یک حجم کنترل در نظر بگیریم .
