پایاننامه ارشد کامپیوتر مدلسازی ریاضی تحلیل اقتصادی میکروتوربین گازی EES

۱۱۰ هزار تومان ۸۰ هزار تومان
افزودن به سبد خرید

جهت خرید و دانلود پاياننامه ارشد کامپیوتر مدلسازی رياضی تحليل اقتصادی ميکروتوربين گازی EES روی دکمه افزودن به سبد خرید کلیک و یا با ایمیل زیر در ارتباط باشید

sellthesis@gmail.com


پايان نامه كارشناسي ارشد علوم کامپیوتر مدلسازی رياضی و ارائه يک الگوريتم مهندسی جهت تحليل اقتصادی يک ميکروتوربين گازی با استفاده از نرم افزار EES


پاياننامه ارشد کامپیوتر مدلسازی رياضی تحليل اقتصادی ميکروتوربين گازی EES


چکیده:

هدف از اين رساله مدلسازی رياضی و ارائه يک الگوريتم مهندسی جهت تحليل اقتصادی يک ميکروتوربين گازی با استفاده از نرم افزار EES می باشد. پارامترهای طراحی و متغيرهای تصميم گيری در بهينه سازی اين سيستم توليد همزمان، نسبت فشار کمپرسور، نرخ هوای ورودی به سيستم و دمای گازهای ورودی به توربين انتخاب شده اند. در اين تحقيق، از مدل اقتصادی ساده لازارتو جهت محاسبه قيمت برق توليدی و ساير هزينه های مرتبط استفاده شده است. نتايج به دست آمده گويای اين است که کارکرد بهينه سيستم در حداکثر فشار کاری 4 الی 6 بار بوده و کاهش دمای گازهای ورودی به توربين سبب پايين آمدن حداکثر فشار کاری بهينه در آن می گردد. با بالا رفتن دمای گازهای ورودی به توربين، قيمت برق توليدی سيستم در فشارهای کاری بالا افزايش ناچيزی خواهد داشت و دليل آن غالب بودن توان و راندمان بالا بر افزايش قيمت ناشی از خريد تجهيزات و خريد سوخت است. از سوی ديگر نتايج تحليل های اقتصادی نشان می دهد که در يک ميکروتوربين با کارکرد بهينه (نسبت فشار 5 بار و دمای گازهای ورودی به توربين 1000 درجه سلسيوس) راندمان الکتريکی سيستم 24 و راندمان کلی آن 50 درصد است. در اين سيستم بهينه قيمت برق توليدی سيستم در حدود 21 سنت برآورد می گردد. هزينه خريد، نصب و راه اندازی سيستم ميکروتوربين با افزايش ظرفيت سيستم بالا رفته و برای حدود 100 کيلووات افزايش ظرفيت سيستم اين هزينه ها در حدود 44 دلار (متوسط) افزايش دارد.

کلمات کليدی: مدلسازی رياضی، تحليل اقتصادی، ميکروتوربين گازی، نرم افزار EES


فهرست مطالب

چکیده 1
فصل اول- مقدمه 2
1-1 مقدمه 2
1-2 بیان مسئله و ضرورت و اهمیت تحقیق 3
1-3 اهداف تحقیق 4
1-4 نوآوری تحقیق 4
1-5 ساختار پایان نامه 5
فصل دوم- معرفی توربين های گازی 6
2-1 مقدمه 6
2-2 تاریخچه اي مختصر از توربین هاي گازي 6
2-3 کاربرد توربین هاي گازي 7
2-4 تقسیم بندي توربین هاي گازي از نظر توان تولیدي 9
2-5 مشخصات کلی نیروگاه هاي توربین گازي 10
2-6 سیکل توربین گاز (سیکل برایتون) 11
2-7 انواع نیروگاه هاي توربین گازي 13
2-8 بررسی افزایش قدرت سیکل توربین گازي به روشهاي گوناگون 13
2-8-1 بازيابی 14
2-8-2 خنک کاري هواي خروجی از کمپرسور 15
2-8-3 گرمایش مجدد در توربین 16
2-8-4 تزریق آب یا بخار 17
2-9 سيکل ترکيبی 17
فصل سوم- معرفی ميکروتوربين های گازی 18
3-1 مقدمه 18
3-2 میکروتوربین های دارای رکوپراتور 22
3-3 میکروتوربین های ساده 24
3-4 میکروتوربین ها بر اساس سیستم تولید همزمان برق وگرما 24
3-5 هزينه های سرمايه گذاری میکروتوربین ها 26
3-6 راندمان میکروتوربین ها درسیستم های توليد همزمان 27
3-7 مروری بر تاريخچه کار 28
فصل چهارم- مدلسازی رياضی سيستم 31
4-1 مقدمه 31
4-2 پيکربندی سيستم 31
4-3 فرضيات 32
4-4 روابط حاکم بر عملکرد سيکل 33
4-4-1 کمپرسور 33
4-4-2 محفظه احتراق 33
4-4-3 توربين 34
4-4-4 بازياب 35
4-4-5 پمپ 35
4-4-6 ميکروتوربين گازی 36
4-5 روابط اقتصادی سيستم 36
4-5-1 قيمت خريد تجهيزات 38
4-5-2 قيمت خريد سوخت 40
4-5-3 هزينه خريد، نصب و راه اندازی 41
4-6 روش حل 41
4-6-1 نرم افزار EES 41
فصل پنجم- نتايج 45
5-1 مقدمه 45
5-2 بررسی عملکرد کاری سيستم 45
5-3 بررسی عملکرد اقتصادی سيستم 50
5-4 اعتبارسنجی نتايج 60
فصل ششم- نتیجه گیری و پيشنهادات 61
6-1 نتيجه گيری 61
6-2 پيشنهادات 63
منابع 64
پيوست  66


تاریخچه توربین هاي گازي

توربین گاز یک واحد تولید توان می باشد که یک مقدار زیادي از انرژي را بر حسب ظرفيت خود تهیه می کند. بررسی ها نشان می دهد که توربین گازي کارایی زیادي در هر دو زمینه بازرگانی و صنعتی (مثل صنایع پتروشیمی، نفت، گاز و نیروگاه ها) در 40 سال اخیر داشته است. در 20 سال اخیر، با پیشرفت هایی در زمینه تکنولوژي مواد، خنک کاري، پوشش هاي جدید و اضافه کردن. سیستم هاي الحاقی به سیکل ساده، راندمان این سیکل ها از 15 % به بیش از 45 % رسیده است [4]. در سال 1808 جان دامبال یک توربین چند مرحله اي را خیال پردازي کرد. متاسفانه ایده او فقط شامل تیغه هاي متحرك بدون ایرفویل هاي ثابت (براي چرخش جریان به سمت هر مرحله متوالی) بود. تشخیص احتیاج به این مراحل ثابت میان هر مرحله چرخشی، او را مجبور کرد که یک توربین جریان محوري را سازمان دهی کند. در سال 1837 در پاریس، طبق نظر بريسون از یک فن استفاده شد تا هواي فشرده وارد شونده به محفظه احتراق بدست آید. از اين طريق بود که هوا با سوخت ترکیب شد تا محترق شود.

مشخصات کلی نیروگاه هاي توربین گازي

نیروگاه هاي توربین گازي در مقایسه با نیروگاه هاي بخار داراي هزینه احداث کمی می باشند، بنابراین به دلیل الزام به مصرف سوخت هاي با کیفیت، هزینه ویژه سوخت مصرفی آنها بالاتر از نیروگاه هاي بخار است. براي تولید انرژي حرارتی در نیروگاه هاي توربین گازي معمولاً از سوخت هاي گازوییل و گاز طبیعی استفاده می گردد. این نیروگاه ها با توجه به ویژگی هاي فنی و اقتصادي خود براي پوشش بار پیک و نیز زمان هایی که نیاز فوري به توان نیروگاهی می باشد، مناسب می باشند. در زیر برخی از ویژگی هاي این نیروگاه ها آمده است:
– ساختار ساده و زمان ساخت کوتاه،
– هزینه سرمایه گذاري کمتر نسبت به نیروگاه هاي بخار براي هر واحد توان،
– ابعاد نسبتاً کوچکتر نسبت به نیروگاه هاي بخار و در نتیجه نیاز به مکان کمتر براي احداث،
– سرعت سریع راه اندازي،
– بهره برداري آسان و حتی امکان کنترل از راه دور و…

انواع نیروگاه هاي توربین گازي

نيروگاه های توربين گاز به دو دسته مدار باز و بسته تقسيم بندی می شوند.
– نیروگاه هاي توربین گازي مدار باز (مدار باز ساده، مدار باز با بازیافت حرارتی، مدار باز با مدار متوالی و مدار باز با هواي ذخیره)
– نیروگاه هاي توربین گازي مدار بسته (شامل مراحل 1- تراکم سیال عامل در کمپرسور 2 -اعمال حرارت در راکتور3- انبساط در توربین 4 – خنک کردن سیال عامل در مبدل حرارتی و انتقال آن به کمپرسور)[5]

میکرو توربینهای دارای رکوپراتور

همانطور که در بخش قبل به آن اشاره شد میکروتوربین های دارای رکوپراتور، به دلیل استفاده از گرمای گازهای خروجی از توربین، دارای بازده بیشتری می باشند. همانطور که در شکل (3-7) نشان داده شده است، اجزای اصلی اين نوع ميکروتوربين ها عبارتند از:
1- کمپرسور وتوربین شعاعی تک مرحله ای،
2- ژنراتور مغناطیسی دائمی سرعت بالا (بالاتر از120000 دور بر دقیقه)،
3- رکوپراتور،
4- محفظه احتراق،
5- تجهیزات رگولاتور ولتاژ تولیدی ومبدل ها.

پيکربندی سيستم میکرو توربینها

ميکروتوربين ها همانند توربين های گازی بر اساس سيکل برايتون کار می کنند، اما يک تفاوت عمده در اين دو سيستم نسبت فشار کاری آنها می باشد. در نيروگاه های گازی (توربين های گاز) نسبت فشار در کمپرسورها بالا بوده و تا حدود 16 نيز می رسد، اما در ميکروتوربين ها اين نسبت معمولاً بيش از 6 بار افزايش نمی يابد [7و8]. در سيکل های ميکروتوربين معمولاً از ميان خنک کاری کمپرسور و بازگرمايش توربين صرفنظر می شود. ميکروتوربين ها همانند سيکل های توربين گاز شامل اجزای اصلی کمپرسور، توربين و محفظه احتراق می باشند. برای افزايش بازده اين نوع سيستم ها، معمولاً از بازياب های حرارتی در ساختمان آنها استفاده می گردد که از انرژی گازهای داغ خروجی از توربين برای پيش گرم کردن هوا و سوخت ورودی به محفظه احتراق استفاده می شود. شماتيک سيستم پيشنهادی که در اين تحقيق مطالعه شده است.

بررسی عملکرد کاری سيستم میکروتوربین

تغييرات راندمان الکتريکی سيستم ميکروتوربين تحليل شده نسبت به فشار کاری کمپرسور هوا نشان داده شده است. در اين بخش دبی هوای ورودی به سيستم 100 کيلومول بر ساعت و دمای گازهای ورودی به توربين در سه مقدار مختلف انجام شده است. همانطور که در اين شکل مشاهده می شود افزايش فشار کاری کمپرسور سبب افزايش راندمان الکتريکی سيستم می گردد، اين افزايش تا يک حد معين صورت گرفته و سپس با افزايش بيشتر راندمان الکتريکی کاهش خواهد يافت. دليل عمده اين کاهش افزايش توان مورد نياز کمپرسور و مصرف بخش عمده ای از کار توليدی توربين برای آن می باشد. از سوی ديگر همانطور که در اين شکل مشاهده می شود افزايش دمای گازهای ورودی به توربين سبب افزايش راندمان سيستم می گردد، که اين مساله کاملاً قابل انتظار می باشد. نتايج اين شکل نشان می دهد که برای يک سيکل ميکروتوربين گازی با بازياب افزايش دمای گازهای ورودی به توربين سبب بيشتر شدن ماکزيمم راندمان الکتريکی سيستم در نسبت فشارهای بالاتر می گردد.

مرور

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.