تولید همزمان برق و حرارت به صورت غیر متمرکز برای ساختمان¬های مسکونی با استفاده از گاز طبیعی

افزایش روز افزون مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه¬ای به واسطه توسعه فعالیت¬های انرژی¬بر نظیر فرآیندهای صنعتی، ساختمانی، نیروگاهی و حمل و نقل، استفاده بهینه از منابع انرژی را ضروری می¬-سازد. تولید همزمان برق و حرارت به صورت غیر متمرکز، راهکاری برای حل مشکلات مربوط به انرژی همچون کمبود منابع، امنیت عرضه، کنترل انتشار آلاینده¬های زیست¬محیطی و صرفه¬جویی در مصرف انرژی می¬باشد. بخش ساختمان (مسکونی و تجاری) بیش از 36 درصد از تقاضای انرژی کشور را شامل می¬شود و بنابراین یکی از منابع اصلی انتشار گازهای گلخانه¬ای به شمار می¬رود. از اینرو در این تحقیق یک سیستم تولید همزمان برق و حرارت بر پایه چرخه رانکین آلی با رویکرد کاربرد خانگی توسعه یافته و به صورت تجربی مورد آزمایش قرار گرفته است. منبع تأمین انرژی اولیه این سیستم، گاز طبیعی بوده و از ایزوپنتان که یک ماده سازگار با محیط زیست است، به عنوان سیال عامل چرخه استفاده شده است. همچنین، یک منبسط کننده پره¬ای به عنوان دستگاه انبساط در سیستم تولید توان، ساخته شده است. عملکرد دستگاه آزمایشگاهی توسعه داده شده در دماهای مختلف منبع گرم شامل 85، 80، 75، 70 و °c65 به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، یک آزمایش ساده برای برآورد میزان تلفات توان به واسطه اصطکاک در داخل منبسط کننده و مولد برق، انجام شده است. رفتار ترمودینامیکی فرایند نیز، از طریق مدل¬سازی ترمودینامیکی آن بررسی شده است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد که با افزایش دمای منبع گرم، میزان توان تولیدی سیستم افزایش می¬یابد. حداکثر توان الکتریکی تولید شده توسط سیستم مربوط به حداکثر دمای منبع گرم (°c1/84) بوده و معادل w4/77 می¬باشد. بازده الکتریکی خالص متناظر با این توان، 66/1 درصد بود. همچنین، در حداکثر دمای منبع گرم، بازده ترمودینامیکی سیستم و بازده چرخه رانکین ایده¬ال در شرایط عملیاتی مشابه، به ترتیب 09/3 و 41/8 درصد به دست آمد. در محدوده دمایی آزمایش شده، متوسط بازده گرمایی سیستم تقریباً 5/75 درصد بود. قابل ذکر است که در سیستم مورد مطالعه، بازده گرمایی وابسته به بازده سیستم گرمایش آب (آب گرمکن گازی) بوده و بنابراین تغییرات آن در دماهای مختلف منبع گرم، ناچیز بوده است. منبسط کننده ساخته شده در این تحقیق نیز عملکرد قابل قبولی نشان داد. آزمایش تعیین تلفات اصطکاکی نشان داد که تلفات توان به واسطه اصطکاک، در مقایسه با توان الکتریکی تولیدی سیستم، قابل ملاحظه می¬باشد. دلیل این امر بالا بودن میزان بازگشت¬ناپذیری¬ها در داخل منبسط کننده و مولد برق است. انجام تحقیقات بیشتر با هدف افزایش بازده الکتریکی خالص سیستم ضروری می¬باشد. این امر با کاهش تلفات حرارتی و افت فشار در داخل سیستم و به کارگیری اجزایی با بازده بالا از جمله منبسط کننده و مولد برق، امکان¬پذیر است.