تحلیل عملکرد میکروتوربین در سیستم های تولید همزمان برق و حرارت (chp)

امروزه بحث انرژی و بهینه سازی مصرف آن، یکی از مهم ترین مباحث مطرح شده در بخش مهندسی است. با توجه به قیمت بالای انرژی و روند رو به کاهش منابع سوخت های فسیلی، توجه به استفاد? بهینه از انرژی و کنترل مصرف آن از طریق بکارگیری از سیستم های با راندمان بالاتر و یا فناوری های جدیدتر معطوف شده است. تحقیقات و پژوهش در این زمینه در کشورهای صنعتی از مدتها قبل آغاز شده و در کشورهای در حال توسعه نیز، گام های اولی? آن برداشته شده است. با توجه به مسائلی همچون تلفات و هزینه های خطوط انتقال و توزیع برق، عدم دسترسی محلی به شبک? برق سراسری، نیاز به مولدهای کمکی در ساعات اوج مصرف و راحتی و آسایش بیشتر مصرف-کنندگان، نیاز به نسل جدیدی از مولدهای تولید انرژی احساس می شود. این مولدها که در حقیقت نیروگاه های حرارتی در مقیاس کوچک می باشند، به نام مولدهای تولید پراکند? برق شناخته می شوند. استفاده از این مولدها به نتایج قابل توجهی در زمین? صرفه جویی و جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش قابلیت اطمینان در تولید برق منجر شده است. یکی از مهم ترین کاربردهای تولید پراکنده، تولید همزمان دو یا چند شکل انرژی از یک منبع اولیه است. فناوری های تولید همزمان، برق و یا توان مکانیکی تولید نموده و حرارت اضافی را برای مصارف مختلف بازیافت می نمایند. استفاده از این فناوری-ها به دلیل وجود مقدار زیاد تلفات در هنگام تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی و یا الکتریکی شکل گرفته است. این تلفات معمولاً به صورت حرارت وارد دودکش شده، و در اتمسفر آزاد می شود. با بازیافت این حرارت در مبدل های حرارتی، بازدهی کل سیستم به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و در عین حال که برق تولید می شود، حرارت مورد نیاز، نیز تامین می-گردد. یکی از این مولدهای سیستم های تولید همزمان که بخصوص برای مصارف مسکونی و تجاری به کار می رود، میکروتوربین ها هستند. این مولدها همانطور که از نامشان برمی آید، نمونه های کوچکی از توربین های گازی می باشند. با توجه به نوپا بودن فناوری میکروتوربین، در ابتدا قیمت برق تولیدی آن ها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود. با رشد این فناوری در کشورهای صنعتی و بازاریابی مناسب و اقبال عمومی در استفاده از آن، در عرض چند سال قیمت برق تولیدی آن به کمتر از نصف رسید، به طوریکه هم اکنون در کشورهای صنعتی نظیر آمریکا از آن استفاد? گسترده ای می شود و از لحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر است. قابلیت های گوناگون میکروتوربین، شامل بازدهی بالا در حالت تولید همزمان برق و حرارت، قابلیت جابجایی آسان، پایین بودن میزان آلودگی زیست محیطی در مقایسه با سامانه های احتراق متداول، زمان راه اندازی کوتاه و عمر بالا می باشد. سیکل ساد? میکروتوربین شامل کمپرسور، محفظ? احتراق و توربین است و جهت افزایش راندمان این سیکل، از یک مبدل حرارتی فشرده(ریکوپراتور یا ریجنریتور) استفاده می گردد. همچنین با توجه به حرارت موجود در گازهای خروجی، می توان از آن برای مصارف گرمایشی نیز استفاده کرد که در این حالت میکروتوربین به صورت یک واحد تولید همزمان در می آید. با توجه به مسائل مطرح شده، مدلسازی سیکل میکروتوربین در سیستم تولید همزمان و تحلیل عملکرد آن، مسئله ای حائز اهمیت است. از طرفی با توجه به نقش چشمگیر مبدل بازیاب حرارت در سیستم تولید همزمان، طراحی درست و بهین? آن در جهت کاهش هزینه های سیستم و افزایش راندمان ، ضرورت دارد. در این پایان نامه پس از معرفی کلی سیستم های تولید همزمان، سیکل میکروتوربین به روش انرژی و اگزرژی مورد تحلیل قرار می گیرد. در بخش های بعدی، بعد از امکان سنجی استفاده از بویلرهای حرارت مرکزی به عنوان مبدل بازیاب، طراحی بهین? مبدل مناسب در سیستم تولید همزمان با محرک میکروتوربین صورت می گیرد.