تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک و بهینه‌سازی یک سیستم CCHP با ذخیره‌سازی حرارتی برای استفاده در یک مجتمع مسکونی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی

2 دانشگاه صنعت نفت

چکیده

در این پژوهش به بهینه‌سازی و تحلیل اگزرژی و ترمواکونومیک یک سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرما با ذخیره‌سازی حرارتی به‌منظور استفاده در یک مجتمع مسکونی به مساحت 147 هزار مترمربع، با محرک اصلی موتور احتراق داخلی گازسوز پرداخته شده است. بهینه‌سازی سیستم بر اساس کمینه‌سازی هزینۀ سالانه و در دو حالت استفاده و عدم استفاده از مخزن ذخیرۀ حرارتی و به روش جستجوی مستقیم انجام شده است. در حالت عدم استفاده از مخزن ذخیرۀ حرارتی، موتور با ظرفیت 2004 کیلووات و مدت کارکرد 4001 ساعت و در حالت استفاده از مخزن ذخیرۀ حرارتی، موتور با ظرفیت 2004 کیلووات و مدت کارکرد 5268 ساعت و ظرفیت مخزن 93/18 مترمکعب انتخاب بهینه است. ارزیابی دو سیستم برای حالت‌های فروش و عدم فروش برق مازاد تولیدی به شبکۀ سراسری برق در نظر گرفته شده است. بهترین حالت کارکرد سیستم، استفاده از مخزن ذخیرۀ حرارتی و فروش برق مازاد به شبکه است. در این حالت نسبت به حالت عدم استفاده از مخزن ذخیرۀ حرارتی، مصرف انرژی اولیه 8/20‌درصد، انتشار آلایندۀ دی‌اکسیدکربن 5/19‌درصد، هزینۀ عملکرد سیستم 3/14‌درصد و میزان خرید برق از شبکۀ سراسری برق 17‌درصد کاهش یافته است. همچنین نرخ بازگشت سرمایه رشد 1/3‌درصدی را نشان می‌دهد، اما باعث افزایش 7/10‌درصدی هزینۀ سالانۀ سیستم می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] «راهنمای جامع تولید همزمان برق و حرارت»، دفتر بهبود بهره‌وری و اقتصاد برق و انرژی وزارت نیرو، 1388. [2] Pantaleo, A., Camporeale, S., Markides, C., Mugnozza, G., Shah, N., "Energy Performance and Thermo-economic Assessment of a Microturbine-Based Dual-Fuel Gas-biomass Trigeneration System", Energy Procedia, Vol. 105, pp. 764-772, 2017. [3] Yildirim, U., Gungor, A., "An Application of Exergo -economic Analysis for a CHP System", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 42, pp. 250-25, 2012. [4] Deng, J., Wang, R., Wu, J., Han, G., Wu, D., Li, Sh., "Exergy Cost Analysis of a Micro-Trigeneration System Based on the Structural Theory of Thermoeconomics", Energ , Vol. 33, Issue 9, pp. 1417-14, 2008. [5] Farrokhi, N., Pirkandi, J., Nosratolahi, M., "Thermoe-conomic Performance Analysis of a Small-Scale CHP System Based on Diesel Engine", Modares Mechanical Engineering, Vol.16, pp. 375-383, 2016 (In Persian). [6] چهارطاقی محمود، علی‌زاده خارکشی بهراد، «تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم تولید همزمان کوچک بر پایۀ پیل سوختی پلیمری برای سرمایش جذبی»، نشریه علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی، دوره 5، شماره 4، صفحه 34-49، 1394. [7] عامری محمد، تنها امیرعباس، کریمی‌علویجه سعید، «آنالیز اگزرژی و ترمواکونومیک یک سیکل تولید همزمان برای ساختمانی ده طبقه در تهران»، ‌نوزدهمین همایش سالانه مهندسی مکانیک، بیرجند، 1390. [8] Ahmadi‌ Boyaghchi, F., Heidarnejad, P.,"Thermoeconomic Assessment and Multi Objective Optimization of a Solar Micro CCHP Based on Organic Rankine Cycle for Domestic Application", Energy Conversion and Management, Vol.97, pp. 224-234 , 2015. [9] صدرالدینی امیرحسن، فانی مریم، اشجاری محمدعلی، «تحلیل ترمواکونومیک عملکرد سامانه تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش به همراه انرژی خورشیدی و مخزن ذخیرۀ حرارتی»، چهارمین کنفرانس بین‌المللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی، تهران، 1393. [10] سلطاندوست محمدرضا، «مراجعات سریع»، تهران، انتشارات یزدا، ویرایش دوم، 1393. [11] Ebrahimi, M., Keshavarz, A., Combined Cooling, Heating and Power, Elsevier, 2015. [12] Sanaye, S., Hajabdollahi, H., "4E Analysis and Multi-Objective Optimization of CCHP Using MOPSOA", Journal of Process Mechanical Engineering,Vol. 228,No.1,pp. 43–60, 2014. [13] Martínez-Lera, S., Ballester, J., Martínez-Lera, J., "Analysis and Sizing of Thermal Energy Storage in Combined Heating, Cooling and Power Plants for Buildings", Applied Energy,Vol.106, pp.127–142,2013. [14] Salehi, G., Taghdiri, E., Deldadeh, D., "Examining the Effect of Heat Storage in a Cogeneration System", World Renewable Energy Congress in Linköping,Sweden, 2011. [15] Sanaye, S., Hajabdollahi, H., "Comparison of Different Scenarios in Optimal Design of a CCHP Plant", Journal of Process Mechanical Engineering,Vol.230,No.4, pp.247–262, 2016. [16] Farahnak, M., Farzaneh-Gord, M., Deymi-Dashtebayaz, M., Dashti, F.,"Optimal Sizing of Power Generation Unit Capacity in ICE-driven CCHP Systems for Various Residential Building Sizes", Applied Energy, Vol.158, pp. 203-219, 2015. [17] Tavakoli Dastjerd, F., Ghafurian, M., Shakib, S., "Thermo-economic Optimization of CCHP System with Rely the Time Value of Money, in Payback Period", Modares Mechanical Engineering.Vol.15, No.5, pp.245-254, 2015 (In Persian). [18] Maerefat, M., Shafie,P., "Design of CCHP System for Office Buildings in Tehran and Thermodynamical, Environmental and Economic Evaluation in Comparison to Conventional System", Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 6, pp. 124-134, 2014 (In Persian). [19] Tavakoli Dastjerd, F., Ghafurian, M., Farahat, S., "Comparison of Selection Effect Environmental Optimization and Multi-Criteria Optimizations; Energy, Economic and Environmental in Performance of CCHP System", Modares Mechanical Engineerin, Vol. 15, No. 9, pp. 69-77, 2015 (In Persian). [20] Jenbacher Gas Engine Technical Tpecification, www.energo-motors.com [21] Ma, Zh., Glatzmaier, G., Turchi, C. ,Wagner, M., "Thermal Energy Storage Performance Metrics and Use in Thermal Energy Storage Design", Department of Energy under Contract, National Renewable Energy Laboratory, 2012. [22] قاسم‌زاده حسن، معرفت مهدی، عظیمی عزیز، «طراحی سیستم تولید همزمان برق، گرما و سرما برای منازل مسکونی در اقلیم آب و هوایی تهران»، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13 شماره 2 صفحه 109-122، 1392. [23] Kotas, T., The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Krieger Pub Co, 1995. [24] Ameri, M., Ahmadi, P., Hamidi, A., "Energy, Exergy and Exergoeconomic Analysis of a Steam Power Plant: A Case Study", International Journal of Energy Research Vol.33, pp. 499–512,2009. [25] Ahmadi, P., Barzegar, H., Saidi, M., Dincer, I., "Thermodyn-amic Modeling of a SOFC-GT with a Heat Recovery Steam Generator", 5th International Energy Symposium and Exhibition (IEESE-5) in Denizli, Turkey, 2010. [26] Balli, O., Aras, H., Hepbasli, A., "Exergetic Performance Evaluation of a Combined Heat and Power (CHP) System in Turkey", International Journal of Energy Research, Vol.31, pp. 849–866, 2007. [27] Bejan, A. ,Tsatsaronis, G., Maran, M., Thermal Design and Optimizatio, Wiley-Interscience, 1995.