مدلسازی ترمودینامیکی و بهینه سازی چند هدفه فنی و اقتصادی سیکل میکروتوربین با استفاده از الگوریتم ژنتیک

میزان مطالبات انرژی جهانی در طی سال های اخیر با رشد چشمگیری مواجه بوده است. طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی، انتظار می رود که مصرف جهانی انرژی طی دهه های آینده تقریباً دو برابر مقدار کنونی آن شود. از اینرو یافتن تکنولوژی های مناسبی که میزان قدرت تولیدی و راندمان بالا، آلودکی کم و نیز هزینه سرمایه گذاری و تعمیر و نگهداری اندکی دارند، ضروری به نظر می رسد. در سال های اخیر، با توجه به تغییرات ایجاد شده در ساختار صنعت تولید برق، خصوصی سازی و همچنین اهمیت یافتن مسائل زیست محیطی، تکنولوژی تولید برق به سمت تولیدات پراکنده سوق داده شده و توسعه این صنعت به نتایج قابل توجهی در زمینه کاهش تلفات شبکه و هزینه های انتقال و افزایش قابلیت اعتماد منجر شده است. یکی از جدیدترین تکنولوژی های مورد استفاده در تولید پراکنده که در کاربردهای غیر صنعتی بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، میکروتوربین ها هستند که علیرغم داشتن حجم و وزن کم، توانایی تولید قدرت نسبتاً بالایی دارند. سیکل میکروتوربین شامل یک کمپرسور هوا، رکوپراتور، محفظه احتراق و توربین گاز می باشد. در این پایان نامه، ابتدا هر یک از بخش های سیکل یک میکروتوربین با استفاده از قوانین ترمودینامیک مدلسازی می شود. سپس با استفاده از مفهوم انرژی و اگزرژی و نیز بکارگیری توابع اقتصادی و زیست محیطی، بهینه سازی چند هدفه یک نمونه میکروتوربین kw100 انجام شده است. پارامترهای طراحی نسبت فشار کمپرسور، راندمان آیزنتروپیک کمپرسور و توربین، دمای ورودی به محفظه احتراق و دمای ورودی به توربین گاز هستند. توابع هدف برای بهینه سازی در تحقیق حاضر به صورت مجموع هزینه کلی هر یک از تجهیزات، هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیرات و نگهداری، و نیز هزینه اثرات آلاینده های زیست محیطی ناشی از احتراق سوخت های فسیلی نیروگاه (انتشار nox و co)، راندمان اگزرژی و هزینه تخریب آلاینده co2 بر حسب کیلوگرم بر کیلووات ساعت در نظر گرفته شده است. سپس بخش های مختلف توابع هدف برحسب متغیرهای طراحی بیان شده و مقادیر بهینه آن ها با کمینه نمودن تابع هدف هزینه، بیشینه کردن تابع هدف راندمان اگزرژی و کمینه کردن آخرین تابع هدف توسط الگوریتم ژنتیک بدست می آید. در ادامه، تخریب اگزرژی و راندمان اگزرژی در اجزای مختلف سیکل میکروتوربین ارائه می شود. در انتها نیز برای بدست آوردن درک شهودی از مسائل مطرح شده و به دلیل اهمیت قیمت سوخت، آنالیز حساسیت نتایج نسبت به هزینه سوخت و نرخ سود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در راندمان های اگزرژی بالاتر، حساسیت تابع هدف هزینه به قیمت سوخت بسیار بیشتر از راندمان های اگزرژی پایین تر است.