تحلیل ترمودینامیکی سیکل ترکیبی برایتون-تولید بخار رانکین بر اساس قانون دوم ترمودینامیک

با کاهش منابع و افزایش قیمت سوخت های فسیلی، افزایش آلودگی های زیست محیطی و قوانین سختگیرانه سازمان های حفاظت از محیط زیست از جمله مالیات بر تولید co_2 و گازهای no_x بکارگیری روش هایی جهت بهبود کارایی سیکل های تولید قدرت به ازای مصرف سوخت کمتر، بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته است.از طرف دیگر بحث کاهش هزینه های نصب و نگهداری تجهیزات نیز که طی دو دهه ی اخیر مطرح شده جایگاه ویژه و مستحکمی برای آنالیز اقتصادی نیروگاه ها و بطور کلی سیستم های ترمودینامیکی یافته است. بر این اساس ایده ی سیکل های ترکیبی که از ترکیب دو یا چند سیکل قدرت متفاوت تشکیل می شوند در اوایل قرن حاضر مطرح و در سال 1950 اولین نمونه از این سیکل ها ساخته شد. بعد از آن با توجه به بالا بودن بازده حرارتی آنها نسبت به سیکل های ساده تر تشکیل دهنده و مصرف بهینه سوخت، تعداد نیروگاه های سیکل ترکیبی احداث شده به ویژه از دهه 1970 به سرعت افزایش یافت. در این پایان نامه سیستم ترکیبی توربین گاز با بازیاب به عنوان سیکل تولید توان در نظر گرفته شده است. با مدلسازی مولد بازیاب بخار و مشخص کردن دماهای ورودی و خروجی اکونومایزر و اواپراتور در شرایط کارکرد متفاوت میزان تولید بخار برای ورود به توربین بخار مشخص می شود. سپس از تحلیل انرژی و اگزرژی به عنوان یک ابزار توانمند در تعیین عملکرد سیکل ترکیبی از منظر اگزرژی-اقتصادی و زیست محیطی استفاده شده است. اعمال معادلات اقتصادی زمانی میسر است که تمامی مشخصات ترمودینامیکی سیکل تعیین شده باشد . لذا پس از تحلیل کامل انرژی و اگزرژی، مجموع هزینه المان ها و تجهیزات سیکل و سوخت مصرفی نیروگاه با استفاده از معادلات اقتصادی تعیین می شود. هزینه -های ناشی از آلودگی های زیست محیطی که به سبب انتشار گازهای مضر از قبیل گاز co_2 و گازهای پایه ی no_x است نیز به هزینه های مذکور افزوده می شود. به منظور بهینه سازی سیکل مورد نظر از منظر اگزرژیک، اقتصادی و زیست محیطی روابط و معادلات مربوطه به بازده، نرخ هزینه اقتصادی و همچنین نرخ هزینه زیست محیطی بصورت همزمان در نظر گرفته شده اند. در بهینه سازی چندهدفه در ابتدا دو تابع هدف که عبارتند از 1- بازده اگزرژیک، 2- نرخ هزینه کلی سیستم انتخاب و بهینه سازی روی آنها اعمال شده است. که مشخصاً بازده اگزرژی باید بیشینه و نرخ هزینه های کلی سیستم باید کمینه باشد. در بهینه سازی سه هدفه، دومین تابع هدف به دو تابع هدف مستقل تجزیه شد که عبارت است از: 2- نرخ هزینه کلی سوخت و تجهیزات و 3- نرخ هزینه ناشی از آلودگی های زیست محیطی (بر اثر انتشار گازهای مضر). مشخصاً دو تابع مذکور باید کمینه شوند این در حالیست که بازده اگزرژیک باید بیشینه شود. تمامی نتایج بصورت نمودار ها و شکل هایی ارائه شده که با نتایج چند مرجع نیز مقایسه شده اند