22650

مدلسازي و بهينه سازي سيستم توليد همزمان برق،سرمايش وگرمايش در شبكه‌هاي توزيع (موتور گازسوز - سيكل ارگانيك رانكين - سيكل تبريد اجكتوري -ترانسفورماتور قدرت)

دكتري

تبديل انرژي

199-1400

1399/4/17

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

در پژوهش حاضر يك سيستم توليد همزمان برق، سرمايش و گرمايش به منظورتامين ولتاژ پايدار مورد نياز در گره¬هاي موجود در شبكه توزيع برق، پيشنهاد شده¬است. با موتورگازسوز، برق مورد نياز از طريق گره مشخص به شبكه تزريق مي¬گردد. بعلاوه از سيكل ارگانيك رانكين براي بازيافت حرارت اتلافي موتورگازسوز و توليد مجدد برق استفاده شده¬است. بنابراين براي افزايش ولتاژ برق توليدي توسط موتورگازسوز و سيكل ارگانيك رانكين، به ولتاژ شبكه توزيع، به يك ترانسفورماتور قدرت نياز است. براي جلوگيري از كاهش ظرفيت و يا خروج از مدار، اين ترانسفورماتور¬هاي قدرت بايد خنك¬كاري شوند. خنك¬كاري ترانسفورماتور قدرت در شبكه توزيع با استفاده از سيستم تبريد اجكتوري و حرارت بازيافت شده توسط كندانسور سيكل ارگانيك رانكين انجام مي¬گردد. لذا در اين پژوهش، مدلسازي كل سيستم شامل سيكل ارگانيك رانكين، سيكل تبريد اجكتوري و ترانسفورماتور قدرت انجام شده است وسپس بهينه¬سازي سيستم با كمينه¬كردن تلفات اگزرژي سيستم و بيشينه¬كردن سود نسبي ساليانه¬ي سيستم، صورت پذيرفته¬¬است. براي موتورگازسوز با توان kW 1948 به صورت مجتمع با سيكل ORC-ERC، نتايج نشان مي¬دهد كه سيستم تبريد اجكتوري kW 1/271 سرمايش با ضريب عملكرد 33/0 فراهم مي¬كند كه دماي روغن ترانسفومر را حدود ℃2/20 كاهش داده و ظرفيت را 20% افزايش مي¬دهد. همچنين kW 6/225 توان توسط سيكل ORC با بازده 2/26 توليد مي¬گردد. با توجه به استفاده از سيستم¬هاي تبريد اجكتوري، در مورد روش محاسبات هندسه اجكتورها و شكل¬بندي سيكل¬هاي تبريد اجكتوري، روش¬هاي نوآورانه¬اي در فصل سوم ارائه شده¬است. سيكل تبريد اجكتوري داراي ضريب عملكرد كوچكي مي‌باشد و تركيب آن با سيكل تبريد تراكمي موجب توليد يك سيكل تركيبي اجكتوري- تراكمي و افزايش ضريب عملكرد آن خواهد شد. موضوع بهينه‌سازي اين سيكل تا به حال بررسي نشده است، به علاوه انتخاب و كنترل هندسه اجكتور براي عملكرد واقعي آن در چنين سيكلي نيز بحث نشده است. براي انجام بهينه‌سازي سيكل تبريد تركيبي اجكتوري- تراكمي، دو تابع هدف بازده اگزرژي و مجموع هزينه سالانه انتخاب شدند. با استفاده از نتايج حاصله از بهينه‌سازي و مدل‌سازي عددي(CFD)، عملكرد صحيح اجكتور (چوك شدن جريان در گلوگاه نازل اوليه و ايجاد شوك در محفظه اختلاط)، كنترل گرديد. در ادامه يك سيكل تركيبي تبريد تراكمي-اجكتوري نوآورانه ارائه گرديد. اين سيكل تبريد تركيبي از سيكل تبريد با اجكتور بخار-بخار با انرژي ورودي حرارتي و سيكل تبريد با اجكتوري مايع-بخار با انرژي ورودي الكتريكي (در كمپرسور) تشكيل شده است از بهينه‌سازي دو هدفه استفاده شد كه راندمان اگزرژي و هزينه كلي ساليانه به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شدند. تحليل سيكل جديد ارائه شده در اين پژوهش، ضريب عملكرد بالاتري به ميزان 18%، بازده اگزرژي بالاتر به ميزان 25%، ميزان مصرف انرژي الكتريكي كمتر به ميزان 31% و هزينه ساليانه كمتر به ميزان 8% براي يك ظرفيت سرمايش معين در مقايسه با ساير سيكل¬هاي تبريد اجكتوري-تراكمي را نشان مي¬دهد.

1399/07/14

Modeling and optimization of combined cooling, heating and power system in distribution network (gas engine-ORC-ERC-transformer)

7/8/2021 12:00:00 AM

A gas engine may be used for generating and injecting electricity to a specific node at electricity grid network to provide a stable voltage at that node. Furthermore a transformer is required for increasing voltage from that generated by the gas engine to the voltage of distribution network. This transformer warms up due to power losses and needs to be cooled to avoid capacity degrading, shutting down and blackout. Thus an integrated system is proposed here for transformer cooling as well as for increasing the fuel conversion efficiency and reducing the fuel consumption and emission production. The proposed integrated system recovers heat from gas engine exhaust gas and jacket cooling water and uses that heat in an organic Rankine cycle (ORC) to generate extra electricity. An ejector refrigeration cycle also receives its required heating energy from both exhaust gas and ORC condenser to provide both transformer and space cooling. Finally some part of the recovered heat is also used for space heating and domestic hot water. Modeling and optimizing the novel integrated gas engine – organic Rankine cycle – ejector refrigeration system (GE-ORC-ERC) are performed here for our various gas engines which are already selected for some specific nodes. For example, results for 1948 MW gas engine show that the ejector refrigeration system provided 271.1 kW cooling capacity with coefficient of performance (COP) 0.33. The transformer cooling decreased the transformer oil temperature from 80°C for 20.2°C which increased the transformer capacity for about 20%. Furthermore, 225.6 kW power output by the ORC system with 26.2% thermal efficiency is generated.