20974

۲۰۹۷۴

مدل سازي ديناميكي توليد انرژي با استفاده از پمپ به عنوان توربين در ايستگاه هاي تقليل فشار آب

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۰۳/۰۷

دكتر مهدي مقيمي

دكتر مجتبي طحاني - دكتر شهران درخشان

مكانيك

افزايش روزافزون نياز بشر به انرژي و بحران هاي زيست محيطي بوجود آمده ناشي از سوزاندن سوخت هاي فسيلي نظير گرمايش جهاني سبب روي آوردن بازار انرژي به سمت استفاده از منابع انرژي هاي تجديدپذير شده است. يكي از قديمي¬ترين و پركاربردترين اين انرژي ها، انرژي برق¬آبي است كه نيروگاه¬هاي آن از چند كيلووات تا چند ده هزار مگاوات را شامل مي¬شود. با توجه به پتانسيل هاي هيدروليكي موجود درشبكه توزيع آب مي توان از آن بعنوان يك نيروگاه آبي كوچك بهره گرفت كه يكي از ابزار هاي بسيار مناسب براي اين كار استفاده از پمپ به عنوان توربين مي باشد. به دليل فراهم نبودن منحني¬هاي مشخصه پمپ در حالت كاركرد معكوس، برآورد اين منحني¬ها و همچنين انجام پروسه طراحي نيروگاه آبي پمپ معكوس براي يك ايستگاه به منظور تخمين نتايج حاصل از آن حائز اهميت است. در اين پژوهش ابتدا با استفاده از اطلاعات تجربي يك ايستگاه توليد توان، منحني هاي عملكردي پمپ معكوس و همچنين اثر تغييرات سرعت دوراني بر روي پارامترهاي اصلي آن مورد تحليل قرار گرفته است. بررسي¬ها نشان داد كه در راستاي كاهش اختلافات بين نتايج تجربي و مدل هاي رياضي مي توان از سرعت دوراني در توصيف منحني هاي مشخصه بدون بعد استفاده نمود. در اين راستا پارامتري تحت عنوان عدد دور معرفي شده و اثر آن بر دقت روابط پيش بيني مشخصات پمپ معكوس با ديگر مدل ها مقايسه شد و توانست در منحني هاي هد، توان و راندمان نسبت به بهترين مدل موجود خطا را به ترتيب 3.7 ،12.2 و 34.4 درصد كاهش بدهد. پس از آن با رويكرد طراحي اوليه نيروگاه برق¬آبي، ساختار هاي مختلف به كارگيري پمپ معكوس درون شبكه توزيع آب و همچنين حالات مفرد و موازي در يك ايستگاه فشارشكن نمونه بررسي و مقايسه شد. الگوريتم ژنتيك جهت انتخاب پمپ معكوس بهينه در نيروگاه آبي به كار گرفته شد. نتايج نشان داد كه براي ايستگاه بررسي شده پمپ معكوس در حالت مفرد و با ساختار دور ثابت كه تنظيمات هيدروليكي آن به كمك شير انجام مي¬شود بهترين نتايج را ارائه مي¬دهد. با اين ساختار، در طول يك سال معادل 10.6 مگاوات ساعت توان توليد شده و مدت زمان بازگشت سرمايه برابر 2.29 سال مي باشد.

1398/06/05

Dynamic modeling of energy recovery using pump as turbine (PAT) in water pressure reduction stations

8/27/2019 12:00:00 AM

The increasing human need for energy and the environmental crises caused by the burning of fossil fuels such as global warming have led to the energy market shifting towards the use of renewable energy sources. One of the oldest and most widely used of these energies is hydroelectric power, with power plants ranging from a few kW to thousands of megawatts. Due to the hydraulic potentials of the water distribution network, it can be used as a small hydroelectric power plant, which is one of the most suitable tools for using the pump as turbine (PAT). Due to the lack of PAT characteristic curves, it is important to estimate these curves as well as to perform the process of designing a PAT plant for a station to estimate its results. In this study, firstly, the experimental data of a power station, the performance curves of a PAT and the effect of rotational speed variations on its main parameters have been analyzed. The results showed that in order to reduce the discrepancies between the experimental results and the mathematical models, the rotational speed can be used to describe the dimensionless characteristic curves. In this regard, a parameter was introduced as the speed number and its effect on the accuracy of the prediction relationships of the PAT characteristics was compared with the other models and was able to reduce the error in the head power and efficiency curves compared to the best available models, respectively, 3.7, 12.2 and 34.4 percent. Subsequently, using the hydraulic power plant initial design approach, different structures were investigated using a PAT within the water distribution network as well as single and parallel schemes at a sample pressure reduction station. The genetic algorithm was applied to select the optimal PAT in the hydropower plant. The results showed that for the studied station, the PAT performs best in single and constant speed scheme with its hydraulic adjustments made with valve. With this scheme, 10.6 MWh of power is generated over a year and the payback period is 2.29 years.