عنوان

تحلیل ترمودینامیکی، اگزرژواکونومیکی و بهینه‌صسازی سیکل‌صهای تولید همزمان توان وتبرید جذبی بر پایه کالینا

‭۱۶۶۱۳پ‬

per

تحلیل ترمودینامیکی، اگزرژواکونومیکی و بهینه‌صسازی سیکل‌صهای تولید همزمان توان وتبرید جذبی بر پایه کالینا

/ناصر شوکتی

: فنی مهندسی مکانیک

، ‮‭۱۳۹۵‬

، راشدی

چاپی

دکتری

مهندسی مکانیک - تبدیل انرژی

‮‭۱۳۹۵/۰۷/۲۸‬

تبریز

انرژی یکی از مهمترین عوامل ضروری برای توسعه کشور می‌صباشد .از طرف دیگر مصرف انرژیهای فسیلی رو به کاهش و در نهایت اتمام منابع و ذخایر آن‌صها را در پیش رو داریم .مصرف انرژی، به خصوص سوختهای فسیلی، مهمترین عامل آلودگی هوا و تغییرات آب و هوایی می‌صباشند به همین دلیل استفاده بهینه از انرژی در فرآیند توسعه اقتصادی همواره به عنوان یک هدف مهم در توسعه پایدار مدنظر است .این امر با بهینه سازی و بهبود روشهای بهره برداری از منابع و فرآیندهای تبدیل و انتقال انرژی امکان پذیر می‌صباشد .مسائلی از قبیل محدویت منابع فسیلی، رشد بالای مصرف سالانه انواع انرژی در ایران و کم شدن در آمدهای ناشی از صدور نفت باعث می شوند که در صورت عدم برنامه ریزی و پیش بینی های لازم، روند توسعه کشور بطور جدی تحت تأثیر قرار گیرد .عدم کارآیی فنی و اقتصادی مصرف انرژی و هدر رفتن قریب به یک سوم از کل انرژی در فرآیند های مصرف و مشکلات فزاینده زیست محیطی ناشی از آن، ضرورت مدیریت مصرف انرژی و بالا بردن بازده و بهره وری انرژی را در کشورمان بیش از پیش آشکار می سازد .یکی از راه حل‌صهای نهادینه مصرف بهینه انرژی، استفاده از مولدهای تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش می باشد .در سال‌صهای اخیر استفاده از سیستم‌صهای تولید همزمان توان و تبرید جذبی به منظور بازیافت گرما و یا استفاده از منابع گرمایی دما پایین و متوسط مانند انرژی خورشیدی و زمین گرمایی و همچنین منابع گرمایی دما بالا مانند گازهای خروجی از موتور دیزل یا گازهای خروجی از سیستم توربین گاز بسیار مورد توجه قرار گرفته است و سیستم‌صهایی برای این منظور پیشنهاد شده است .در این تحقیق سیکل‌صهای تولید همزمان توان و تبرید جذبی برپایه کالینا مورد بررسی و بحث قرار گرفته است .در این سیکل‌صها، سیکل تولید توان جذبی کالینا به گونه‌صای با یک سیکل تبرید جذبی با هم ترکیب می‌صشوند که تفکیک این دو سیکل عملا بسیار دشوار بوده و این دو سیکل مجزا تبدیل به یک سیکل واحد گشته که همزمان توان و برودت را در یک حلقه تولید می‌صکنند .این سیکل‌صها با سیکل‌صهای تولید همزمان توان و تبرید متداول که درآن‌صها سیکل تولید توان و سیکل تولید سرمایش از یک جزء به هم متصل شده و توان و برودت در دوحلقه جدا تولید می‌صشوند متفاوت است .بنابراین بعد از تحلیل کامل انرژی و اگزرژی سیکل‌صهای تولید همزمان توان و تبرید جذبی برپایه کالینا، تحلیل جامع اگزرژواکونومیک هم روی این سیکل‌صها صورت گرفته و بعد از شبیه‌صسازی سیکل‌صها، مطالعه پارامتری جامعی روی هر سیکل صورت گرفته و در نهایت بهینه‌صسازی هر سیکل نسبت به پنج تابع هدف کمترین هزینه واحد کل محصولات تولیدی، بیشترین بازده قانون اول، بیشترین بازده قانون دوم، کمترین هزینه واحد اگزرژی محصولات تولیدی و کمترین هزینه مرتبط با تخریب اگزرژی و سرمایه گذاری نسبت به متغیرهای تصمیم‌صگیری هر سیکل انجام گرفته است .سپس برای بررسی کارایی ترمودینامیکی و اقتصادی سیکل‌صهای تولید همزمان توان و تبرید جذبی برپایه کالینا بررسی شده، این سیکل‌صها با سیکل‌صهای معروف تولید همزمان توان و تبرید جذبی همچون گوسوامی، رانکین آب آمونیاک- تبرید آب آمونیاک و ... و همچنین دو سیکل تولید همزمان توان و تبرید متداول) سیکل ترکیبی رانکین ارگانیک- تبرید جذبی آب آمونیاک و سیکل ترکیبی توربین گاز- تبرید جذبی آب آمونیاک (مقایسه گردیده است .در نهایت یک سیکل‌ص‍ تولید همزمان توان و تبرید جذبی جدید برپایه کالینا پیشنهاد شد .با توجه به نتایج حاصل از بهینه-سازی سیکل پیشنهادی توان و تبرید جذبی برپایه کالینا، کمینه هزینه واحد کل محصولات تولیدی‮‭[$/GJ] ۲/۱۳۵‬ ، بیشتری بازده قانون اول‮‭۵۲/۲۵‬ ، کمینه هزینه واحد اگزرژی محصولات تولیدی ‮‭[$/GJ] ۹۹۸/۴‬ و کمترین هزینه مرتبط با تخریب اگزرژی و سرمایه گذاری ‮‭[$/h] ۵۰۲/۶‬ برای سیکل پیشنهادی بدست آمده است که هزینه واحد کل تولید محصولات آن از همه‌صی سیکل‌صهای تولید همزمان توان و تبرید جذبی برپایه کالینای بررسی شده کمتر بوده و هزینه واحد اگزرژی محصولات در آن هم از همه‌صی سیکل‌صهای دیگر بررسی شده در این تحقیق کمتر است .همچنین مشاهده شد که سیکل‌صهای تولید همزمان برپایه کالینا اگرچه دارای بازده بالاتری نسبت به سیکل‌صهای تولید همزمان متداول هستند، ازنظر عملکرد اقتصادی) هزینه واحد کل محصولات تولیدی، هزینه واحد اگزرژی محصولات و مجموع هزینه تخریب اگزرژی و سرمایه‌صگذاری (هم قابل مقایسه با سیکل‌صهای تولید همزمان متداول نیستند و کاملا بر این سیکل‌صها ارجحیت دارند

Long-term planning in the energy sector has a positive impact for the economy of our country on global energy markets. Increasing efficiency of energy conversion systems and decreasing environmental emissions due of energy production are the results of optimizing in the energy sector. Using cogeneration systems including power, heating and cooling is one of the approaches to increase efficiency of energy systems. In energy systems based on using gas turbine, steam turbine or internal combustion engine, low percentage of the input energy is converted to electricity, thus a large amount of energy is wasted. Using this wasted energy leads to increase in system efficiency and reduce of fuel consumption and pollutant emissions. In Iran and Europe, respectively, 25 and 23 of the total electricity consumption is spent to the cooling and air conditioning in warm seasons of the year. So, absorption refrigeration chillers can be a very important component in the success of the cogeneration systems from technical and economic points of view, especially in warm and humid climates. In this work, absorption power/cooling cogeneration cycles based on Kalina are investigated. In these cycles, an absorption power cycle has been combined with an absorption refrigeration cycle in such a way that separation of the cycles is difficult and power and cooling are produced in one loop simultaneously. These cycles are different with the conventional power/cooling cogeneration cycles in which the power and refrigeration cycles are connected through a component and power and cooling are produced in two separated loops. So first, the power/cooling cogeneration cycles based on Kalina are analyzed from energy and exergy concepts and then a comprehensive exergoeconomic analysis is done on these cycles. After simulating these cycles, a parametric study has been conducted and the effect of different parameters of the cycles on the thermodynamic and exergoeconomic performance of the cycles has been investigated. Eventually, all cycles are optimized for five considered objective function (minimum unit cost of product, maximum first law efficiency, maximum second law efficiency, minimum unit cost of produced exergy and minimum sum of exergy destruction and capital investment cost rates). Also the analyzed power/cooling cogeneration cycles based on Kalina are compared with the famous absorption power/cooling cycles like Goswami and Lior cycles and the conventional power/cooling cogeneration cycles like GT-ARS and ORC-ARS. In the following, a novel absorption power/cooling cogeneration cycle based on Kalina is proposed that according to its optimization results, the minimum unit cost of product, maximum first law efficiency, minimum unit cost of produced exergy and minimum sum of exergy destruction and capital investment cost rates for proposed cycle are calculated 135.2 [$/GJ], 25.52 [ ], 4.998 [$/GJ] and 6.502 [$/h], respectively. The unit cost of produced exergy for the proposed cycle is lower than the corresponding values for all of the analyzed cycles in optimal condition. Also it is observed that the absorption power/cooling cogeneration cycles based on Kalina are preferred to the conventional power/cooling cogeneration cycles in both of thermodynamic and economic approaches

شوکتی، ناصر

استاد راهنما

رنجبر، سیده فرامرز، استاد راهنما

یاری، مرتضی، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی