بازتوانی به عنوان روشی تجربه شده و تعمیم پذیر می تواند راهکار موثری برای احیاء شبکه نیروگاههای بخار کشور محسوب شود. در حال حاضر افزایش قابل توجه نیاز به انرژی الکتریکی در کشور و کمبود محسوس توان مورد نیاز، حرکت گردانندگان این بخش از بدنه تولید انرژی کشور در پاسخگویی به آنرا در پی داشته است. . یکی از مشکلاتی که در حال حاضر در شبکه تولید برق کشور احساس می شود مسائل مربوط به نیروگاههای بخار است. بسیاری ازاین نیروگاهها به پایان عمر مفید خود رسیده اند و یا در حال رسیدن به آن هستند بعلاوه تعداد قابل توجهی از نیروگاههای بخار با وجود عمر نه چندان زیاد، دارای راندمان قابل قبولی نمی باشند. در این میان می توان بعنوان راهکاری قابل قبول از تجارب تعمیم پذیر سایر کشورها در انجام روشهای گوناگون بازتوانی نیروگاههای بخار استفاده کرد. در این پایان نامه بعد از معرفی روشهای بازتوانی و نیز خصوصیات نیروگاههای بخار کشور به بررسی اثر انجام روشهای بازتوانی بر آنها پرداخته شده است تا تخمینی از اعمال این روشها بر نیروگاههای ایران حاصل شود. بعلاوه با توجه به تعدد نیروگاههای بخار قدیمی در ایران به بررسی انجام بازتوانی کامل بریکی از نیروگاههای بخار قدیمی (نیروگاه بعثت) توسط مدلسازی و بهینه سازی دو هدفه سیکل نهایی توسط توابع هزینه برق تولیدی و نیز راندمان اگزرژی پرداخته شده است.

بازتوانی به اضافه کردن واحد(های) توربین گاز به سیکل بخار و استفاده ازحرارت گازهای خروجی توربین (های) گاز به منظور بالا بردن راندمان کلی سیکل و افزایش ظرفیت نیروگاه ،گفته می¬شود. در تحقیق حاضر به دلیل عمر بالای نیروگاه بخار بندرعباس سناریوی بازتوانی کامل ارائه شده است و بازتوانی کامل نیروگاه در پنج سناریوی متفاوت بررسی شده است. در سناریوی اول تمام آبگرمکن ها و در سناریوی دوم آبگرمکن های فشار بالا حذف می گردد. سناریوی سوم عبارت است از حذف آبگرمکن های فشار بالا و اضافه نمودن مبدل های با گرمایش آب تغذیه موازی. وجود تمام آبگرمکن های آب تغذیه مبنای سناریوی چهارم و پنجم می باشد، با این تفاوت که در سناریوی پنجم مبدل های با گرمایش آب تغذیه نیز قبل از بویلر بازیاب حرارت تعبیه شده است. پژوهش با انتخاب سناریوی اول به عنوان سناریوی مرجع نوع و تعداد توربین گاز مناسب جهت بازتوانی نیروگاه را انتخاب نموده و پس از آنالیز تاثیر پارامترهای ورودی بر توابع هدف و توابع وابسته، با اعمال محدودیت های هزینه، سناریوی برتر را انتخاب نموده است. نتایج حاصل از بهینه سازی سناریوی های ارائه شده نشان می دهد که با درنظر گرفتن هزینه ای ثابت، سناریوی پنجم بالاترین راندمان را به خود اختصاص داده است. با اعمال هزینه تمام شده 1186.4 ریال به ازای هر کیلووات ساعت برق تولیدی راندمان سناریوی پنجم برابر 52.98% محاسبه شده است، که به معنای افزایش نسبی 14.28 درصدی راندمان نیروگاه می باشد. در این حالت بازتوانی از 2 توربین گاز v94.3a استفاده شده است که توان خالص خروجی در این حالت با افزایش 111 درصدی به 676.3 مگاوات رسیده است. انهدام اگزرژی سناریوی برتر در این حالت برابر 679.5 مگاوات و نرخ حرارت به ازای هر کیلو وات ساعت برابر 6600 کیلو ژول می باشد، که باتوجه به نرخ حرارتی 8738.29 kj.kw-1.h-1نیروگاه مبدا، بازتوانی به کمک سناریوی پنجم، موجب کاهش 24.47 درصدی نرخ حرارتی نیروگاه شده است.

تحلیل اگزرژی از قانون دوم ترمودینامیک نشات گرفته و جهت تحلیل، طراحیو ارتقاءسیستمهای انرژی و دیگر سیستمها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش مدل¬سازی سیکل بخار نیروگاه شهید رجایی به عنوان یک نیروگاه مناسب جهت انجام بازتوانی به روش گرمایش آب¬تغذیه صورت گرفته، بازدهی اگزرژی سیکل به عنوان تابع هدف برای بهینه¬سازی مد نظر بوده¬است. با استفاده از معادلات تعادل اگزرژی و سایر روابط، مقادیر انهدام و بازدهی اگزرژی در همه اجزا محاسبه شده و به وسیله آن مقدار بازدهی اگزرژی کل سیکل به دست آمده¬است. نهایتاً حساسیت تابع هدف در اثر تغییرات دبی زیرکش توربین¬های بخار موجود مورد بررسی قرار گرفته و بهینه¬ترین مقدار دبی با روش الگوریتم ژنتیک به¬دست آمده¬است. با در نظر گرفتن تغییرات اعمالی، مشخصات توربین گاز مورد نیاز برای تامین گرمایش زیرکش-ها نیز محاسبه شده¬است. با اعمال این روش در نیروگاه مورد بررسی، اضافه کردن یک توربین گاز 25 مگاواتی می تواند بازدهی حرارتی و اگزرژی نیروگاه را تا 5 درصد افزایش داده که در نتیجه آن توان تولیدی کل سیکل نیز 7 درصد افزایش پیدا می¬یابد. نتایج بررسی اقتصادی و بازگشت سرمایه این روش-ها قابلیت اجرای آنها را به صورت عملی تائید می کند.

در طراحی اولیه نیروگاه بخار جهت افزایش کارایی نیروگاه وبالا بردن راندمان،دمای آب تغذیه ‏ورودی به بویلررا بوسیله هیترهای آب تغذیه بالا می برند.با توجه به عمر بالای نیروگاههای بخار در کشور ‏به تبع هیتر های آب تغذیه نیز دچارخرابی می شوند.با خارج شدن این اجزاءاز سیکل نیروگاه بخار،میزان ‏راندمان وتوان خروجی وهزینه های تولید دچار تغییر می شوند. در این تحقیق برای بررسی تغییرات یاد ‏شده نیروگاه بخار 250مگاوات شهید رجایی قزوین موردمطالعه قرار گرفته است.‏ با تجزیه و تحلیل انرژی ،اگزرژی نیروگاه بخار در بار کامل نتایج نشان می دهند که تلفات انرژی به ‏محیط در کندانسور به مقدار341/1مگاوات می باشد در حالی که در دیگ بخار این مقدار58/88 مگاوات ‏می باشد اما نرخ بازگشت ناپذیری دیگ بخار بیش تر از کندانسور می باشد . همچنین راندمان اگزرژی ‏دیگ بخار46/24%و کندانسور 87/78% می باشد باکاهش دمای آب تغذیه ورودی به بویلر به میزان 45درجه سانتیگراد‏راندمان سیکل به 34/43%کاهش می یابد .در حذف هیترها دو سناریو در نظر گرفته شده که در سناریو ‏اول سیکل بدون سیستم کنترلی بوده ودر سناریو دوم سیستم کنترلی اصلی عمل می نمایددر حالت اول ‏راندمان2/8%کاهش ودر سناریوی دوم3/7%کاهش می یابد.درنهایت خصوصیات فنی و اقتصادی باحذف ‏هیترهای فشار قوی آب تغذیه به طرزقابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

بازتوانی به اضافه کردن واحد(های) توربین گاز به سیکل بخار و استفاده از حرارت گازهای خروجی آنها به منظور بالا بوردن راندمان سیکل گفته می شود. روشهای بازتوانی به دو دسته کلی تقسیم بندی می شود : بازتوانی کامل و بازتوانی جزئی. از بازتوانی کامل به عنوان روشی آزموده شده ومتداول، جهت بازسازی نیروگاه های بخار قدیمی و بالا بردن راندمان آنها استفاده می شود. در این تحقیق نیروگاه بخار بعثت تهران، به عنوان نیروگاه بخار مرجع در نظر گرفته شده است. این نیروگاه بخار قدیمی، توسط شرکت جنرال الکتریک باراندمان 31.46% طراحی شده است، در حالی که راندمان واقعی این نیروگاه در حال حاضر 26.81%می باشد. با استفاده از بازتوانی کامل، دو سیکل ترکیبی جداگانه با استفاده از دو بویلر بازیاب حرارت متفاوت (تک فشاره،دو فشاره) طراحی شده است. ازطریق تحلیل اگزرژی راندمان های حرارتی و اگزرژی سیکل های بازتوانی شده برای حالتی خاص از نظر میزان بخار تولیدی و با فرض غیر فعال بودن داکت برنر محاسبه شده و نقاط ضعف وقوت آنها، در استفاده از اگزرژی دود خروجی توربین گاز مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج دراین حالت نشان می دهد که راندمان های حرارتی و اگزرژی برای حالت تکفشاره به ترتیب 41.92% و 40.66 % و برای حالت دوفشاره به ترتیب 44.39 % و 43.06 % می باشند و دمای دود خروجی از دودکش در حالت دو فشاره کمتر از حالت تک فشاره می باشدودر هر دو سیکل، محفظه احتراق در قسمت گازی و بویلر بازیاب حرارت در قسمت بخار دارای بالاترین تلفات اگزرژی هستند. از طرفی با استفاده از داکت برنر و افزایش سوخت تزریقی به آن، به دلیل بالا رفتن دمای دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت، در حالت کلی راندمان حرارتی سیکل ترکیبی ، راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی و راندمان اگزرژی بویلر بازیاب حرارت، کاهش می یابند. در حالی که دمای دود خروجی از بویلر واتلاف اگزرژی دودکش ،دبی بخار تولیدی وتوان تولیدی افزایش می یابند.با در نظر گرفتن محدودیت ها و نیاز های طراحی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به بهینه سازی سیکل های بازتوانی شده از لحاظ فنی-اقتصادی پرداخته شده و با ماکزیمم قرار دادن هزینه هر کیلووات ساعت برق تولیدی (830 ریال)مشاهده می شود که سیکل بازتوانی شده تکفشاره در حالت بهینه عملکردی خود، نسبت به حالت دوفشاره دارای راندمان حرارتی و اگزرژی بالاتری می باشد. راندمان حرارتی سیکل های بازتوانی شده تکفشاره و دوفشاره به ترتیب به میزان 19.61 % و 19.39 % نسبت به راندمان حرارتی سیکل بخار مرجع درهنگام طراحی، بالاتر می باشند. راندمان های حرارتی و اگزرژی سیکل بهینه شده تکفشاره به ترتیب 51.05 % و 49.55% و این مقادیر برای حالت دوفشاره به ترتیب 50.85% و 49.33% می باشند. همچنین نتایج نشان می دهد که توان خالص تولیدی توسط این دو سیکل به ترتیب مقادیر mw 193.4و mw 226.7می باشند. توان تولیدی بالاتر سیکل بازتوانی شده دوفشاره درحالت بهینه خود نسبت به سیکل تکفشاره ، به دلیل جذب بهتر حرارت از دود توسط بویلر بازیاب حرارت می باشد.

امروزه موضوع شیرین کردن آب اقیانوس¬ها و دریا¬ها به دلیل کمبود منابع آب¬شیرین در بسیاری از مناطق خشک دنیا، مورد توجه اکثر کشورهای جهان قرار گرفته¬است. ایران به دلیل قرار گرفتن در زمره¬ی کشورهای خشک دنیا و نیز دسترسی به منابع آب¬شور خلیج¬فارس در جنوب و دریای خزر در شمال، از پتانسیل خوبی در این زمینه برخوردار است. درهمین راستا و در پایان نامه حاضر ابتدا تاریخچه¬ای از شیرین¬سازی آب و انواع روش¬های شیرین¬سازی بیان شده است. سپس معادلات جرم، انرژی، غلظت نمک و همچنین اگزرژی برای تک¬تک اجزای نوع خاصی از آب¬شیرین¬کن¬های حرارتی دارای ترموکمپرسور نوشته شده است. در ادامه کار و با کمک معادلات نوشته شده به بررسی و تحلیل فنی و همچنین تحلیل اگزرژی سیستم آب شیرین¬کن med-tvc جهت شیرین¬سازی آب دریای خزر و امکان¬سنجی الحاق مجموعه آب شیرین¬کن با نیروگاه سیکل ترکیبی شهید سلیمی نکا پرداخته شده است. دلیل عمده انتخاب آب دریای خزر جهت شیرین¬سازی درپایان نامه حاضر، بررسی و مقایسه حالات بهینه فنی استفاده از آب شیرین¬کن حرارتی برای شیرین¬سازی آب دریای خزر در مقایسه با آب خلیج فارس است. طرح شیرین¬سازی و انتقال آب این دریا به فلات مرکزی ایران که عملیات اجرایی آن از تابستان سال 91 آغاز گردیده¬است نیز دلیل دیگر این انتخاب است. پس از بررسی¬ سیستم آب شیرین¬کن از نظر فنی و نیز تحلیل اگزرژی سیستم¬ مذکور، به بررسی سیکل تولید همزمان آب و برق و اثر دبی گرفته شده از نیروگاه جهت راه¬اندازی آب¬شیرین-کن med-tvc، بر راندمان نیروگاه و نسبت بهره¬وری آب شیرین¬کن پرداخته شده است. حالات مختلف امکان الحاق آب¬شیرین¬کن med-tvc با نیروگاه سیکل ترکیبی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت استحصال بخشی از دبی خط تغذیه توربین lp نیروگاه جهت راه¬اندازی آب¬شیرین¬کن انتخاب و بررسی گردیده¬است. در انتها به بررسی الحاق آب¬شیرین¬کن حرارتی چندمرحله¬ای دارای ترموکمپرسور(med-tvc) با نیروگاه سیکل ترکیبی شهید سلیمی نکا از جنبه اقتصادی و بیان معایب و محاسن اجرای این طرح پرداخته شده است و مقایسه¬ای جهت رسیدن به پاسخ این سوال که از منظر اقتصادی حرارت یا دبی گرفته شده از نیروگاه جهت راه¬اندازی آب شیرین¬کن در سیستم تولید همزمان آب و برق در اولویت استفاده است یا استفاده در سیکل تولید توان نیروگاه سیکل ترکیبی، صورت گرفته است و در پایان این نتیجه حاصل گردید که در سیکل تولید همزمان آب و برق در صورتی که میزان بیش از 1674 مترمکعب در روز تولید و با تعرفه صنعتی به فروش برسد، سیستم مذکور توجیه اقتصادی خواهد داشت و برای مقادیر کمتر یا فروش با تعرفه خانگی سیستم تولید همزمان صرفه اقتصادی نخواهد داشت.