پایان نامه ارشد برق الکترونیک :تولید همزمان برق وحرارت

ارسال شده در 27 دی 1399 توسط نجفی زهرا در بدون موضوع

هنگامی كه توماس ادیسون برای تأمین برق موردنیاز شهروندان نیویورك ایستگاه تولید برق «پیرل استریت» را راه انـــدازی كرد، اساسا ً استراژی را مطرح كرد كه ما امروزه ازآن به عنوان «تولید پراكنده » یا «Distributed Generation» یاد می كنیم .
تولید پراكنده طبق تعریف عبارت است از تولید برق درمحل مصرف یا در نزدیكی آن با استفاده از سیستم های تولید برق نسبتا ً كوچك كه ظرفیت آن ها معمولا ً كمتر از 25 مگا وات می باشد. سابقه استفاده از تولید پراكنده به درستی روشن نیست ولی آنچه مشخص است این است كه بعد از دهه 70 عوامل مختلفی دست به دست هم دادند و موجب بوجود آمدن مبحثی به نام «تولید پراكنده » شدند .
1- 1- Cogeneration (تولید همزمان برق وحرارت)
تولید همزمان برق وحرارت یا به اختصار تولید همزمان (Combined Heat&Power or CHP) یكی از مهمترین كاربردهای تولید پراكنده است كه عبارت از تولید همزمان وتوأم ترمودینامیكی دو یا چند شكل انرژی ازیك منبع ساده اولیه می باشد. استفاده هر چه بیشتر از گرمای آزاد شده درحین فرآیند سوختن سوخت ، باعث افزایش بازده انرژی وكاهش مصرف سوخت ودر نتیجه كاهش هزینه های مربوط به تأمین انرژی اولیه می گردد. از گرمای اتلافی بازیافت شده از این سیستم ها می توان برای مصارف گرمایشی ، سرمایشی و بسیاری از فرآیندهای صنعتی استفاده نمود . تولید همزمان برق و گرما ، می تواند علاوه بر افزایش بازده وكاهش مصرف سوخت ، باعث كاهش انتشار گازهای آلاینده نیز گردد. در CHP از انرژی گرمایی تولید شده در فرآیند تولید قدرت به عنوان منبع انرژی استفاده می شود .

2- 1- مزایای تولید همزمان برق وحرارت :

افزایش بازده انرژی
كاهش هزینه های تأمین انرژی
تأمین انرژی الكتریكی با كیفیت بسیار بالا تر
امكان فروش برق تولید شده اضافی به شبكه

جهت بهتر متوجه شدن مزایای تولید برق وحرارت میتوان به شكل (1-1) مراجعه كرد :
شكل (1-1)

3- 1- انگیزه های احداث واحدهای CHP با مروری بر تجربیات جهانی

نیاز به تجدید ساختار در صنعت برق
رشدسریع تكنولوژی وظهور فن آوری های با راندمان بالا
آلودگی هوا ومحیط زیست ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی در تكنولوژیهایی كه راندمان پایین داشتند وهم آلودگی زیادیی تولید می كردند.
لزوم صرفه جویی در مصرف انرژی با توجه رو به زوال بودن منابع سوخت فسیلی ، از سوی دیگر ، تولید پراكنده مزایای بالقوه ای دارد كه از آن جمله می توان به موارد ذیل اشاره نمود :
كاهش نیاز به افزایش ظرفیت برق شبكه
احداث وبهره برداری بسیار آسان وسریع
تولید برق با كیفیت بالا وامكان استفاده از گرمای حاصله به صورت همزمان
صرفه جویی زیاد در مصرف انرژی
امكان استفاده از منابع انرژی اولیه متنوع مانند بیوگاز ، گاز طبیعی و . . .
صرفه جویی اقتصادی برای مصرف كننده نهایی
افزایش امنیت تأمین انرژی برای مصرف كننده نهایی
انتشار آلاینده های زیست محیطی پایین

4 – 1 – نحوه استفاده از تكنیك Cogeneration در این پروژه
امروزه لزوم سرمایه گذاری هنگفت در امر توسعه بخش عرصه انرژی وتلفات در شبكه توزیع وانتقال ، از دغدغه های وزارت نیرو محسوب می شود . توسعه تولید پراكنده درصنایع ، پالایشگاهها ، شهرك های مسكونی وصنعتی ، یكی از روشهای رفع این نگرانی ها است بخصوص اگر با استفاده از تكنولوژیهای مختلف ، علاوه بر تولید انرژی الكتریكی درمحل ، امكان تأمین انرژی گرمایی مورد نیاز نیز وجود داشته باشد . سیستمهای تولید كننده همزمان انرژی الكتریكی وحرارتی ، ضمن امكان بهره مندی از سرعت عمل بالا درنصب ، از میزان تلفات در سیستم انتقال وتوزیع نیز كاسته واثرات مثبت زیست محیطی را در بر دارند .
در این پروژه با استفاده از روش تولید همزمان (Cogeneration) ازتوربین گازی 7/53 مگاواتی پالایشگاه آبادان بازیافت حرارت گردیده كه نحوه عملكردآن بصورت شماتیك درشكل(2-1) آمده است .
همانگونه كه درشكل (4-1) مشخص گردیده، توسط دیگ بازیاب حرارتی ، حرارت گازهای خروجی توربین دریافت شده (البته بخشی از آن ) واز این حرارت در یك سیستم تبرید جذبی ، جهت تولید سرما استفاده می شود كه البته این سیكل تبرید نیز جهت خنك كاری هوای ورودی به كمپرسور آنهم درجهت بالا بردن راندمان توربین گازی مورد استفاده قرا خواهد گرفت .

شكل (2-1)

فصل دوم

1-2- اساس كار توربین گازی از دید قوانین ترمودینامیكی
در ابتدا قبل از پرداختن به مسئله بازیابی حرارت از گازهای خروجی توربین ، بدلیل اینـــــكه از این حرارت می خواهیم در سیكل تبرید جهت خنك كاری هوای ورودی به كمپرسور از آن استفاده نمائیم بنابراین اجازه دهید ، دلا ئل اینكاررا كه درپیش رو ثابت خواهیم كرد از عوامل بالا بردن راندمان توربین گازی است بیاوریم .
توربین های گـازی جزء ماشین های دوار سیـكل باز هستنـد كه مـستقیما ً ازهـوای آزاد تنفـس می كنند . لذا عاملی كه باعث تغییر شرایط هوای ورودی آنها گردد، موجب تغییر عملكرد توربین خواهد شد .یكی از این عوامل ، افزایش دمای هوای ورودی به كمپرسور می باشد . از آنجا كه پره های واقع شده در ورودی كمپرسور غالــبا ً در یك زاویــه ای ثابت می شوند ، انتـظار می رود كه این ماشینها ، در یك دور داده شده ، حجم ثابتی از هوای اتمسفری را در شرایط مختلف آب وهوایی از خود عبور دهند .بدیهی است كه با افزایش دمای محیط چگالی هوا كاهش وبه تبع آن دبی جرمی عبوری توربین نیز طبق رابطه (1-2) كاهش پیدا می كند .
(1-2) =
در این رابطه دبی جرمی ، چگالی و دبی حجمی می باشند .
اما از آنجائیكه توان تولیدی توسط این ماشبنها ، رابطه مستقیم با دبی جرمی عبوری از آنها دارد، در شرایطی كه چگالی هوا بخاطر افزایش دما كاهش می یابد ، قدرت خروجی توربین نیز افت پیدا می كند.تبعات ناشی از افزایش دمای محیط را ، از بعد دیگری نیز می توان مورد بررسی قرار داد.

رابطه (2-2) ، توان مصرفی یك كمپرسور به ازای واحد جرم عبوری از آن نشان می دهد .
(2-2)

رابطه بالا نشان می دهد كه با افزایش دمای هوای ورودی كمپرسور (T1) ، انرژی مورد نیاز كمپرسورجهت فشرده كردن هوای ورودی افزایش پیدا كرده ودر نتیجه قدرت خروجی توربین برای راندن ژنراتور متصل به خود كاهش می یابد .

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***