یک ایستگاه تقلیل فشار گاز شهری( cgs) دارای قسمتهای مختلفی میباشد که قسمت گرم کننده گاز ( heater) یکی از بخشهای مهم و حیاتی آن بشمار می آید. اهمیت قسمت گرمکن در ایستگاه تقلیل فشار از آن جهت است که گاز در ایستگاه تقلیل فشار در طی فرآیند کاهش فشار دچار افت دما میگردد، حال اگر میزان کاهش دما در طی این فرآیند به حدی باشد که از دمای هیدراته شدن گاز نیز بیشتر کاهش یابد در خطوط انتقال گاز پدیده یخ زدگی و یا هیدراته شدن رخ خواهد داد. برای جلوگیری از وقوع چنین اتفاقی دمای گاز قبل از کاهش فشار در ایستگاه باید افزایش یابد. هم اکنون این افزایش دما توسط گرمکنهای حرارتی که از سوخت گاز طبیعی استفاده می نمایند صورت می پذیرد. یکی از اصلی ترین معضلات استفاده از این نوع گرمکنها میزان مصرف بالای سوخت آنها، که در اکثر مواقع گاز طبیعی است، می باشد. در این پایان نامه بر این سعی شده است که امکان استفاده از انرژی خورشیدی را جهت گرمایش گاز قبل از فرآیند کاهش فشار و در نتیجه کاهش میزان گاز مصرفی هیتر را بررسی شود. دراین تحقیق در ابتدا با توجه به شرایط جغرافیایی وآب وهوایی شهر ساری و همچنین با استفاده از روشهای معتبر علمی شار خورشیدی تابیده شده شهر ساری محاسبه میگردد. در مرحله طراحی سیستم بهینه با دو سناریوی متفاوت روبرو میشویم. اول آنکه هیتر مورد استفاده از نوع قابل کنترل باشد یعنی اینکه هیتر گازی قابلیت واکنش لحظه ای به تغییرات توان مورد نیاز را داشته باشد و سناریوی دوم آنکه چنین قابلیتی در هیتر مورد نظر وجود نداشته باشد. هر کدام از این هیتزها طراحی خاص خود را میطلبد که از نظر تحلیل حرارتی و انرژی کاملاً متفاوت با دیگری میباشد. در هریک از این حالت ها، با ارزیابی های اقتصادی تعداد کلکتور بهینه انتخاب می شود. در نهایت بررسی اقتصادی سیستم صورت خواهدگرفت. لازم به ذکر است که این پژوهش بر روی ایستگاه آکند شهر ساری صورت گرفته است و جامعه آماری این تحقیق داده های هواشناسی مربوط به سال 1387 شهرساری می باشد.

امروزه سیستم های تولید همزمان سرمایش، گرمایش و برق به دلیل راندمان بالای صرفه جویی در انرژی و استقلال از شبکه برق به صورت جایگزین به طور گسترده مورد استفاده برای کاربرد های مختلف مسکونی، تجاری و صنعتی قرار می گیرند. این صرفه جویی در انرژی تا حد زیادی وابسته به نحوه عملکرد واحد تولید توان و اجزای مختلف سیستم و تغییرات تقاضای انرژی از طرف مصرف کننده می باشد. در این تحقیق از یک سیستم تولید همزمان سرمایش، گرمایش و برق برای بهینه سازی فنی اقتصادی سیستم انرژی در یک ساختمان خانگی نمونه در ناحیه خشک ایران (مشهد) نسبت به سیستم تولید مجزا با اتخاذ استراتژی ها و الگوریتم های مختلف به صورت ساعت به ساعت با توجه به تقاضاهای متغیر با زمان و دینامیکی سرمایش، گرمایش فضای ساختمان، آب گرم مصرفی و برق، استفاده شد. پارامترهای مهمی مانند هزینه انرژی، مصرف انرژی اولیه، راندمان کلی سیستم، اختلاف هزینه انرژی نسبت به سیستم تولید مجزا، نسبت اختلاف هزینه انرژی، بازگشت سرمایه و ... در بهینه سازی سیستم های تولید همزمان مورد بررسی قرار گرفتند. یک الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی (prooptalgorithm) برای بهینه سازی سیستم تولید همزمان با تمرکز بر روی حالت های عملکردی مختلف ممکن در واحد تولید توان بر مبنای رابطه تبدیل انرژی سوخت به برق و سایر اجزای سیستم و جریان انرژی در تجهیزات مختلف سیستم در هر گام زمانی پیشنهاد شد که در هر گام زمانی هزینه انرژی را کمینه می کرد. همچنین با استفاده از الگوریتم ژنتیک (ga) و اتخاذ مدل شبکه ای جریان و با تعریف دو تابع هدف مختلف، بهینه سازی سیستم تولید همزمان با هدف کمینه کردن اختلاف هزینه انرژی بین سیستم تولید همزمان و سیستم تولید مجزا انجام گرفت. استراتژی عملکرد واحد تولید توان بر مبنای دنبال کردن تقاضای انرژی الکتریکی (fel) ساختمان مورد بررسی قرار گرفت. از استراتژی حداکثر توان خروجی واحد تولید توان و فروش برق مازاد به شبکه (maxseg) نیز برای بررسی فنی اقتصادی سیستم تولید همزمان استفاده شد. استراتژی حداکثر توان خروجی واحد تولید توان و ذخیره سازی برق مازاد در مدل ذخیره سازی بلوک باتری (maxsbbs) با هدف پیدا کردن مناسب ترین بلوک باتری از لحاظ ظرفیت باتری با در نظر گرفتن دو شرط امکان سنجی عملی مدل ذخیره سازی بلوک باتری مورد مطالعه قرار گرفت. همان طور که قبلا گفته شد، بهینه سازی فنی اقتصادی سیستم های تولید همزمان مستلزم درنظرگرفتن پارامتر های مختلفی در سیستم به طور همزمان می باشد، که این پارامترها روند مشابهی نداشته و کاهش یا افزایش در یک پارامتر باعث رفتارهای متفاوتی در پارامترهای دیگر می شود. نتایج نشان داد که از لحاظ وابستگی و تعامل با شبکه برق، الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی و استراتژی های fel و maxsbbs تقریبا به طور کامل مستقل از شبکه و بدون ارتباط با آن فعالیت کردند و در استراتژی maxseg مقدار 51043.2 kwh برق مازاد در سال به شبکه فروخته شد. از لحاظ ذخیره سازی حرارت تنها استراتژی های maxseg و maxsbbs بدلیل فعالیت همیشگی واحد تولید توان در حداکثر توان خروجی، امکان ذخیره سازی داشتند. مصرف انرژی اولیه در استراتژی maxseg بیشترین مقدار را دارا می باشد و پس از آن الگوریتم ژنتیک قرار دارد و پس از آن ها با یک اختلاف زیاد الگوریتم پیشنهادی و استراتژی fel و استراتژی maxsbbs به-ترتیب بیشترین مقدار را دارند و استراتژی maxsbbs از این لحاظ کمترین مصرف را دارد. از دیدگاه هزینه انرژی، استراتژی maxseg بیشترین هزینه (حتی بیشتر از سیستم تولید مجزا) و پس از آن الگوریتم ژنتیک قرار دارد. الگوریتم پیشنهادی و استراتژی fel پس از آن ها در مرتبه پایین تری قرار گرفته و استراتژی maxsbbs کمترین مقدار هزینه انرژی را در این میان دارد. و متناسب با پارامتر هزینه انرژی، نسبت اختلاف هزینه انرژی در استراتژی maxseg منفی (کمترین) و در استراتژی maxsbbs بیشترین مقدار (3.69%) در سال می باشد. استراتژی maxsbbs بیشترین راندمان (66.05%) و پس از آن استراتژی maxseg (65.84%)، استراتژی fel (64.7%)، الگوریتم پیشنهادی (64.57%) و الگوریتم ژنتیک (تقریبا 61.3%) قرار دارند. از لحاظ بازگشت سرمایه، استراتژی fel و الگوریتم پیشنهادی به ترتیب بهترین بازگشت سرمایه را دارند.

با افزایش روند مصرف منابع انرژی، خطوط انتقال گاز طبیعی و ایستگاه های تقویت فشار نیز پیچیده و پیچیده تر می شوند. بدلیل طولانی بودن خطوط انتقال گاز، فشار و انرژی گاز بسبب اصطکاک بین گاز و دیواره داخلی لوله ها از دست می رود، برای غلبه بر این کاهش انرژی در خطوط انتقال، ایستگاه های تقویت فشار در مسیر نصب می شوند. مدلسازی ریاضی یکی از مهم ترین ابزارهای استفاده شده در جهت کمک به طراحی و عملکرد مطالعات می باشد. در این پژوهش، معادلات مدلسازی جریان گذرا، تراکم پذیر درخطوط لوله گاز، در دو حالت جریان همدما و غیرهمدما با استفاده از روش تفاضلات محدود ضمنی حل شده است. نمایش معادلات به فرم تفاضلات محدود ضمنی، پایداری را در گام های زمانی بزرگ تضمین کرده و در صنایع گاز بسیار مفید می-باشد. برای حل معادلات تفاضل محدود غیر خطی لوله، از روش نیوتن-رافسون استفاده شده است. در این پژوهش شبکه اصلی انتقال شامل خطوط انتقال، شیرهای نصب شده در ایستگاه های تقویت فشار و خطوط انتقال گاز، گره های اتصال (گره جمع کننده و پخش کننده) و ایستگاه تقویت فشار به صورت گذرا مدل سازی شده است. در تمامی معادلات به کار رفته علاوه بر تغییرات فشار و دبی تغییرات دما نیز در نظر گرفته شده است. برای معتبر سازی نتایج از مقایسه نتایج این پژوهش با سایر پژوهش های علمی و همچنین با مقادیر ثبت شده در ایستگاه تقویت فشار رضوی استفاده شده است. همچنین مشخص شد برای ایستگاه تقویت فشار رضوی با در نظر گرفتن محدودیت ها، هرچه دمای ورودی به ایستگاه کمتر و فشار ورودی به ایستگاه بیشتر باشد، ایستگاه سوخت کمتری مصرف می کند و نیز اگر برای یک شرایط خاص بتوان از چندین چیدمان مختلف برای کمپرسورهای ایستگاه استفاده کرد، چیدمانی که تعداد واحد در حال کار کمتری دارد، سوخت کمتری مصرف می کند.