مطالعه و مدلسازی سیستم ذخیره سازی هوای فشرده (caes)با مخزن فشار متغیر و توربین گازی

امروزه تمام تلاش های مهندسی بر روی حداکثر سازی و بهره گیری موثر از منابع انرژی موجود متمرکز شده است. تامین انرژی با توجه به کمبود منابع عمومی انرژی در خیلی از کشورها از یک سو و قیمت بالای انرژی از سوی دیگر، در سراسر جهان به یک موضوع حیاتی تبدیل شده است. به همین جهت دو موضوع مطرح می شود یکی استفاده بهینه از منابع انرژی موجود و دیگری ذخیره سازی انرژی در مقیاس هرچه وسیعتر. از سوی دیگر قوانین منع انتشار آلاینده هایی مثل دی اکسیدکربن و اثرات گلخانه ای آن و جریمه های سنگینی که برای آن در نظر گرفته می شود، طراحان سیستم های انرژی را مجاب به طراحی سیستم هایی با حداکثر راندمان و کمترین آلایندگی می-کند. این مباحث موجب ایجاد سیستم های ذخیره سازی انرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ نیروگاهی می شود. از جمله این سیستم ها، سیستم ذخیره سازی انرژی هوای فشرده می باشد. در این سیستم که متشکل از کمپرسور، مخزن ذخیره و اکسپندر (توربین) است، وقتی شبکه در حالت اوج بار قرار ندارد و بنابراین قیمت برق ارزان است، شبکه برق، کمپرسور را تغذیه کرده و کمپرسور، هوای فشرده را در مخزن زیر زمینی بسیار بزرگ ذخیره می کند. هنگامی که شبکه در حالت اوج مصرف قرار گرفت، هوای ذخیره شده در دسترس توربین قرار می گیرد تا برق مورد نیاز در شرایط اوج بار را تامین کند. در این سیستم چون کمپرسور از توربین جداست، بنابراین تمام توان تولیدی توربین به ژنراتور تحویل می شود. راندمان این سیستم نسبت به توربین های گاز متداول بیشتر و آلایندگی این سیستم نیز بسیار کمتر است. با توجه به اینکه مخزن ذخیره هوای فشرده یکی از اجزای مهم این سیستم است که نوع آن بر عملکرد سیستم تاثیر بسزایی دارد، لذا هدف اصلی این پروژه مدلسازی ترمودینامیکی سیستم ذخیره سازی انرژی هوای فشرده با مخزن فشار ثابت و حجم ثابت (فشار متغیر) می-باشد. برای انجام این کار از نرم افزار کد نویسی ees استفاده شده است و نتایج حاصل از آنالیز انرژی و اگزرژی ارائه شده است. این نتایج حاکی از عملکرد بهتر سیستم با مخزن فشار ثابت است بطوری که در این حالت ذخیره سازی هوا در دمای پائین تر و فشار بالاتری انجام می شود که چگالی ذخیره انرژی بالاتر را بدنبال دارد. همچنین راندمان حرارتی نیروگاه با مخزن فشار ثابت بیشتر از راندمان حرارتی نیروگاه با مخزن حجم ثابت بدست می آید. بررسی تاثیر بکارگیری ریکوپراتوری با کارایی 70% در سیکل نیروگاه ذخیره سازی انرژی هوای فشرده، کاهش 25% در مصرف سوخت نیروگاه را نشان می دهد. انجام آنالیز اگزرژی نشان می دهد که اولاً بیشترین تخریب اگزرژی در محفظه های احتراق وجود دارد و ثانیاً تخریب اگزرژی برای مخزن فشار ثابت کمتر از مخزن حجم ثابت است. همچنین محاسبه راندمان اگزرژی سیکل در فاز تولید برای دو حالت، حاکی از آن است که راندمان اگزرژی برای نیروگاه ذخیره سازی انرژی هوای فشرده با مخزن فشار ثابت حدوداً 4% از راندمان اگزرژی نیروگاه با مخزن حجم ثابت بیشتر است.