تحليل فني و اقتصادي سيستم‌هاي توليد همزمان قدرت، حرارت و سرمايش (CCHP) با موتور گازسوز و با منبع ذخيره سرمايش

دكتري

در اين گزارش ابتدا به معرفي يك پيكربندي جديد براي سيستم يكپارچه متشكل از موتور گازسوز به عنوان محرك اوليه، سيكل ارگانيك رانكين چندطبقه و سيستم تبريد تراكمي به همراه مخزن ذخيره يخ، به منظور تأمين انرژي‌هاي مورد نياز در واحد مصرف (الكتريكي، حرارتي و سرمايشي) با بازده بالا و مصرف انرژي اوليه پايين پرداخته شده است. در اين پيكربندي، سيكل ارگانيك رانكين چندطبقه متشكل از دو حلقه دما بالا و دما پايين بوده و از سيستم‌ تبريد تراكمي به‌همراه مخزن ذخيره يخ به منظور تأمين انرژي سرمايشي كل، كاهش مصرف انرژي الكتريكي و هزينه‌هاي عملكردي كل سيستم استفاده شده است. در بخش دوم، از دو روش مستطيل بيشينه و مديريت انرژي به منظور تعيين اندازه (ظرفيت) تجهيزات و استراتژي عملكرد سيستم يكپارچه استفاده شده است. روش مستطيل بيشينه متشكل از دو استراتژي مستطيل بيشينه پايه و مستطيل بيشينه اصلاح شده و روش مديريت انرژي متشكل از 4 استراتژي دنبال كردن بارهاي الكتريكي، دنبال كردن بارهاي حرارتي، دنبال كردن تركيبي بارها و تعيين نقطه كمينه مي‌باشند. تحليل سيستم يكپارچه پيشنهادي در 4 جنبه انرژي، اگزرژي، زيست‌محيطي و اقتصادي انجام شده و بهينه‌سازي با تعريف متغيرهاي طراحي مناسب و توابع هدف سود نسبي ساليانه و بازده اگزرژي كل با استفاده از الگوريتم ژنتيك چندهدفه دنبال شده است. در ادامه، نتايج حاصل از تركيب هريك از استراتژي‌هاي روش مستطيل بيشينه و روش مديريت انرژي با روش بهينه‌سازي چندهدفه ارائه گرديده است. نتايج تحليل فني-اقتصادي و بهينه‌سازي سيستم يكپارچه پيشنهادي در مورد مطالعاتي ساختمان اداري 17 طبقه متشكل از 136 واحد با متراژ تقريبي 100 مترمربع براي هر واحد در شرايط آب و هوايي گرم و مرطوب در فصول گرم و شرايط آب و هوايي معتدل در فصول سرد، حاكي از سودآوري استفاده از سيستم يكپارچه در مقايسه با سيستم مرسوم به ميزان حدود 105×85/3 دلار در سال بوده كه به طور عمده ناشي از كاهش هزينه‌هاي خريد برق از شبكه و مصرف سوخت در بويلرهاي پشتيبان به‌همراه افزايش درآمد حاصل از فروش برق مازاد به شبكه سراسري است. اين موضوع سبب گرديده كه دوره بازگشت سرمايه در سيستم يكپارچه حدود 63/3 سال محاسبه گردد. مقايسه نتايج حاصل از تركيب روش بهينه‌سازي چندهدفه و روش مستطيل بيشينه در 5 استراتژي بهينه‌سازي منفرد، مستطيل بيشينه پايه، مستطيل بيشينه اصلاح شده، تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با مستطيل بيشينه پايه و تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با مستطيل بيشينه اصلاح شده، در مورد مطالعاتي مجتمع مسكوني با 16 بلوك متشكل از 384 واحد با متراژ تقريبي 80 مترمربع براي هر واحد در شرايط آب و هوايي گرم و خشك در فصول گرم و شرايط آب و هوايي معتدل در فصول سرد نشان داد كه استفاده از استراتژي تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با مستطيل بيشينه اصلاح شده سبب بيشينه شدن مقادير توابع هدف سود نسبي ساليانه (106×04/1 دلار در سال) و بازده اگزرژي كل (54/46 %) و كمينه شدن پارامتر دوره بازگشت سرمايه (64/3 سال) شده است. مقايسه نتايج حاصل از تركيب روش بهينه‌سازي چندهدفه و روش مديريت انرژي در 8 استراتژي دنبال كردن بارهاي الكتريكي، دنبال كردن بارهاي حرارتي، دنبال كردن تركيبي بارها، تعيين نقطه كمينه، تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن بارهاي الكتريكي، تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن بارهاي حرارتي، تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن تركيبي بارها و تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با تعيين نقطه كمينه در مورد مطالعاتي مجتمع مسكوني نشان داد كه استفاده از استراتژي تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن بارهاي حرارتي سبب بيشينه شدن مقادير توابع هدف سود نسبي ساليانه (106×15/1 دلار در سال) و بازده اگزرژي كل (59/49 %) و كمينه شدن پارامتر دوره بازگشت سرمايه (93/2 سال) شده است. محاسبه مصرف برق در سيستم تبريد تراكمي به همراه مخزن ذخيره يخ در تركيب روش بهينه‌سازي چندهدفه با هريك از روش‌هاي مديريتي در مورد مطالعاتي مجتمع مسكوني نشان داد كه عملكرد ساليانه اين سيستم تحت استراتژي‌هاي تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با مستطيل بيشينه اصلاح شده، دنبال كردن بارهاي حرارتي و تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن بارهاي حرارتي سبب كمينه شدن مصرف انرژي الكتريكي كل شده است. درنهايت، مقايسه مقادير بهينه توابع هدف سود نسبي ساليانه و بازده اگزرژي كل به‌همراه دوره بازگشت سرمايه در استراتژي‌هاي مطالعه شده منجربه انتخاب استراتژي تركيب بهينه‌سازي چندهدفه با دنبال كردن بارهاي حرارتي به عنوان استراتژي نهايي گرديد.

209657

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك، تبديل انرژي

سپهر صنايع