با توجه به محدودیت سوخت های فسیلی و اهمیت روز افزون مدیریت مصرف انرژی در این پایان نامه سعی شده است با بررسی سیستم سرمایش بخش خانگی کشور و همچنین تحلیل دقیق چند سیکل سرمایشی و تولید همزمان، جایگاه سیستم های تولید همزمان توان و تبرید را در سیستم سرمایشی کشور مشخص کند و با ارائه الگویی برای اصلاح وضع موجود تا سال 2050 میلادی، گامی ارزنده در بهبود سیستم انرژی کشور در این بخش بردارد. بدین ترتیب پس از پیش بینی میزان مصرف انرژی بخش سرمایش خانگی کشور بر اساس شرایط فعلی تا سال 2050 به تفکیک استان ها و نوع تکنولوژی مورد استفاده در کشور، به بررسی دقیق و پویای سیستم تبرید اجکتوری با امکان استفاده از انرژی خورشیدی و همچنین ارائه یک دستگاه تبخیر فیلمی غیرمستقیم، تحلیل و ساخت آن پرداخته شد. سپس 3 سیستم تولید همزمان توان و تبرید نیز بر اساس یک تقاضای تعریف شده از توان و سرمایش در طول یک روز نمونه به صورت پویا بررسی شد. همچنین برای پیش سرمایش کمپرسور سیکل توربین گاز، یک سیستم تولید همزمان جدید با استفاده از تبخیر فیلمی ارائه شده است. در پایان نیز به تاثیر به کارگیری 4 راهکار به صورت مجزا و همزمان پرداخته شده است. جایگزینی دستگاه های موجود با انواع پربازده تر، به کارگیری گاز طبیعی در کنار انرژی خورشیدی برای سرمایش، استفاده از تکنولوژی تبخیر فیلمی غیر مستقیم در کنار دستگاه های تبرید تراکمی و استفاده از سیستم های تولید همزمان چهار راهکار ارائه و بررسی شده بودند که پیشنهاد پایانی به کار بستن تدریجی این راهکارها در کنار هم تا سال 2050 بوده که منجر به کاهش 32 درصدی مصرف انرژی الکتریکی این بخش خواهد شد.

افزایش روزافزون جمعیت جهانی، تقاضای انرژی، کاهش فزاینده ی سوخت های فسیلی و آلودگی های زیست محیطی توجهات پژوهشگران جامعه جهانی برای تحقیق و توسعه در مورد جایگزین های جدیدی انرژی را به طور گسترده ای به خود جلب کرده است. در این باره هیدروژن به عنوان یکی از انرژی هایی که مزایا قابل توجهی به ویژه از نظر زیست محیطی دارد، گزینه ی قابل قبولی می باشد. هیدروژن یک سوخت پاک است که می تواند با هوا بسوزد و آلودگی ناچیزی تولید نماید. یکی از روش های تولید هیدروژن که توانسته است نظر محققان را به خود جلب کند سیکل های ترموشیمیایی تولید هیدروژن می باشند. در این میان سیکل ترموشیمیایی سولفور-ید توانسته است توجه محققان و موسسات مختلفی را در سرتاسر جهان به خود جلب کند. در این پایان نامه برای واکنش های شیمیایی موجود در سیکل ثابت تعادل هر واکنش به صورت تابعی از پیشروی واکنش بدست آورده و تاثیر دما و فشار واکنش روی پیشروی واکنش را بررسی گردیده است. سپس با استفاده از قوانین ترمودینامیکی حاکم بر سیستم های انرژی و نیز با بکار بستن معادلات مربوط به تحلیل اقتصادی و ترکیب آن ها یک مدل اگزرژواکونومیکی از سیکل مورد نظر بدست آمد. پس از مدلسازی اگزرژواکونومیک با در نظر گرفتن توابع هدف ترمودینامیکی و اقتصادی به طور همزمان یک بهینه سازی چند هدفه انجام شد. در بهینه سازی با استفاده از تکنیک الگوریتم ژنتیک و به منظور دستیابی به کاهش هزینه واحد تولید محصول و تعیین راندمان بهینه سیکل سولفور-ید مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت.

یکی از مهم¬ترین منابع اتلاف آب و حرارت در نیروگاه¬های حرارتی موجود در حاشیه¬ی دریاها، سیستم آب خنک¬کن یکبارگذر می¬باشد. در جریان انجام این فرآیند مقدار قابل توجهی حرارت به هدر می¬رود که این مساله علاوه بر هزینه¬زا بودن، به علت بالا بودن نسبی دمای آب خنک¬کن برگشتی از کندانسور باعث پاره¬ای از مشکلات عملیاتی و بهره¬برداری می¬گردد. علاوه بر این وارد شدن آب خنک¬کن برگشتی با دمای بالا به دریا و یا رودخانه که معمولا حامل بعضی از ترکیبات شیمیایی مضر می¬باشد موجب بروز و انتشار آلودگی¬های حرارتی، بیولوژیکی و شیمیایی در محیط زیست می¬شود. لذا بازیابی حرارت از آب خنک¬کن برگشتی به دریا امری ضروری است. در این پژوهش، بازیابی حرارت از آب خنک‏کن برگشتی به دریا جهت تولید آب شیرین در نیروگاه¬های حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور در ابتدا سیستم آب شیرین¬کن¬های حرارتی‏ مدل¬سازی شده و سپس مدل¬های ترمواکونومیکی (بر پایه¬ی تحلیل اگزرژی و اقتصادی) مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک، تابع هزینه¬ی کلی آب شیرین تولیدی بهینه گشته و مقادیر بهینه¬ی متغیرهای تصمیم محاسبه شدند. همچنین اثرات بازیابی حرارت بر میزان مصرف بخار و هزینه¬ی آب شیرین تولیدی در این کار پژوهشی بررسی شده است. نتایج حاصله نشان می¬دهد بازیابی آب و حرارت از سیستم آب خنک¬کن تاثیر به¬سزایی بر کاهش هزینه¬ی آب شیرین تولیدی دارد.

دور ریزی آب از درام های بویلر بازیاب حرارت سیکل های ترکیبی یکی از منابع مهم اتلاف آب و حرارت در این نوع نیروگاه ها به شمار می آید. بنابراین بازیابی آب و حرارت از آب دورریز شده بسیار با اهمیت به نظر می رسد. در این پایان نامه بازیابی آب و حرارت از این آب در تولید آب شیرین از یک منبع آب کمکی (چاه یا رودخانه) و گرمایش غیر مستقیم فضا مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور چیدمان هایی از دو سیستم بازیاب ارائه می شود. سیستم اول که از یک آب شیرین کن چند مرحله ای تراکم بخار گرمایشیmed-tvc استفاده می کند تنها به منظور تولید آب شیرین بکار گرفته می شود. در حالی که سیستم دوم که از یک آب شیرین کن چند مرحله ای تبخیر ناگهانی با باز گردش آب شور msf-br به عنوان بخش اصلی خود استفاده می کند قسمتی از گرمای آب دورریزی در گرمایش فضا (در نیروگاه) به کار می گیرد. در ابتدا این سیستم ها مورد تحلیل ترمودینامیکی قرار می گیرند. در گام بعد با به کار گیری یک تحلیل ترمو اکونومیک (که بر پایه روش اقتصادی نیازمندی های در آمدی کل trr بنا شده) هزینه جریان های خروجی سیستم مشخص می گردد. در انتها با بهینهسازی تابع هزینه آب شیرین تولیدی با توجه به محدودیت های موجود کمترین مقدار هزینه آب تولیدی تعیین می گردد. الگوریتم مورد استفاده در فرایند بهینه سازی الگوریتم ژنتیک می باشد. تمام مراحل مدل سازی ها و تحلیل ها در محیط برنامه نویسی نرم افزار matlab انجام می گیرد. نتایج حاصل شده نشان می دهد که آب شیرین کن های گرمایی با توجه به ویژگی هایشان گزینه مناسبی برای بازیابی آب و حرارت از آب دورریز شده بویلر های بازیاب حرارت سیکل های ترکیبی می باشند و امکان بازیابی تا درصد های بالایی را فراهم می آورند. همچنین تاثیر به کارگیری آب دورریزی در تولید آب شیرین، در کاهش مصرف سوخت، کاهش قیمت آب تولیدی و کاهش تولید آلاینده کربن دی اکسید قابل ملاحظه است.

شرایط جهانی مصرف انرژی در حال حاضر، نیاز به منابع جایگزین آن را بیش از پیش نشان می دهد. در قرن اخیر، افزایش قابل توجه استفاده از منابع فسیلی، دورنمای نگران کننده ای را از پایان بهره برداری از این منابع ترسیم می کند. علاوه بر موارد ذکر شده، بحران آلودگی های زیست محیطی، ناپایداری قیمت ها و معضل های ناشی از وابستگی کشورها به منابع محدود انرژی تجدیدناپذیر، سیاستگذاران کشورهای توسعه یافته را به صرافت یافتن منابعی جدید و قابل اعتماد انداخت. در همین راستا سرمایه گذاری های زیادی برای توسعه استفاده از انرژی هسته ای انجام شد و نتایج نسبتاً خوبی را هم به همراه داشت. اما در دهه های اخیر، نمایان شدن مشکلات امنیتی و زیست محیطی این انرژی جایگزین، ادامه گسترش آن را با چالش مواجه کرد. این مشکلات، کارشناسان انرژی کشورها را به فکر منابع کمتر استفاده شده بشر یعنی انرژی های تجدیدپذیر انداخت. از معروفترین این منابع می توان به انرژی خورشیدی و بادی اشاره کرد که با وجود انواع نتایج مطلوبشان از جمله در صنعت نیروگاهی، استفاده از از آن ها به عنوان سوخت تا امروز به شکل تجاری میسر نبوده است. اما یکی از منابع به تازگی محبوب شده انرژی های تجدیدپذیر که قابلیت استفاده به عنوان سوخت را دارند، سوخت های زیستی نام دارند. از میان این سوخت ها که ریشه کاملاً زیست محیطی دارند، بیواتانول و بیودیزل به دلیل امکان استفاده از آن ها در وسایل نقلیه به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. بیودیزل سوخت پاکی است که از به عنوان جایگزین گازوئیل یاد می شود. برای تولید بیودیزل در ابعاد تجاری به نوعی روغن و الکل به عنوان خوراک و البته واحدی با تجهیزات فرایندی نیاز است. با توجه به نگرانی های شدید این روزهای دنیا در رابطه با موضوع تأمین انرژی، مطلوب است که واحد تولید این سوخت با شرایط بهینه و اصلاح شده انرژی مورد استفاده قرار گیرد. ما بنابر توضیحات ارائه شده، تصمیم گرفتیم که ضمن بررسی واحد تولید بیودیزل، با اعمال اصلاحاتی طراحی های جدیدی ایجاد کرده و آن ها را از منظر مصرف انرژی و شرایط اقتصادی مقایسه کنیم. برای این منظور ما دو واحد تولید بیودیزل را که یکی از روغن سویا و دیگری از روغن پسماند خوراکی تأمین شود، بر اساس یک طراحی مبنا، با ظرفیت (ton/year) 160000 و با استفاده از نرم افزار hysys شبیه سازی کرده و هزینه های عملیاتی و اولیه ناشی از آن را برآورد کردیم. در مرحله بعد با بررسی منحنی ترکیبی جامع برج های واحدها، میزان تلفات انرژی سینی های برج ها را شناسایی کرده و بر اساس بهینه سازی تحلیلی و بدون استفاده از روابط عددی، با تکیه بر داده های شبیه سازی به اصلاح برج ها پرداختیم. نتیجه جدید واحدها را طراحی 1 نامگذاری کردیم. سپس بر مبنای طراحی 1، شرایط بازگرداندن روغن واکنش نداده را بررسی کرده و نتیجه آن را طراحی 2 قرار دادیم. در مرحله آخر بر مبنای طراحی 2، به طراحی شبکه مبدل های حرارتی واحدها بر اساس تکنولوژی پینچ پرداختیم. این مرحله با دو سناریو استفاده و عدم استفاده از تولید بخار به عنوان یوتیلیتی سرد با نرم افزار aspen energy analyzer انجام شده و نتیجه آن طراحی 3 بود. در نهایت نتایج اقتصادی ناشی از طراحی های صورت گرفته را تحلیل و با هم مقایسه کردیم.

در این پژوهش سعی بر این بود که ابتدا به مطالعه جامعی از صنعت نیروگاه های حرارتی کشور پرداخته شود. در این بررسی که شامل مطالعه میدانی، گفتگو با کارشناسان، بررسی اسناد بالادستی و مطالعات پراکنده بود به طرحی جامع از آسیب ها، فرصت ها، چالش ها و قوت های این صنعت استراتژیک کشور رسیده شد. سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی(ahp) و ترکیب آن با ماتریس سوات(swot) و با استفاده از تظرات کارشناسان، مدل سازی استحصال دی اکسید کربن در این حوزه انجام شد.

سیکل جداسازی هوا از نوع کرایوژنیک شبیه سازی شده است و آنالیز پینچ، اگزرژی و اقتصادی بر روی آن صورت پذیرفته است. تحلیل پارامتری بر روی این سیکل و انتگراسیون آن با igcc نیز انجام گرفته است.