26916

مدل‌سازي و بهينه‌سازي سيستم توليد همزمان (CCHP) براي يك بيمارستان

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1396

1400/8/30

سپهر صنايع

مكانيك

امروزه با توجه به افزايش قيمت انرژي و آلودگي زيست‌محيطي استفاده از سيستم‌هاي CCHP بسيار موردتوجه قرار گرفته‌اند. هدف ما در اين پايان‌نامه مدلسازي و بهينهسازي سيستم CCHP براي يك بيمارستان و مقايسه دو استراتژي اولويت تامين برق و اولويت تامين حرارت است. ابتدا به معرفي سيستم CCHP و انرژي مودنياز بيمارستان مي‌پردازيم. سپس مقدار توان محركهاي اوليه را با استفاده از روش بزرگترين مستطيل (MRM) به دست ميآوريم. تعيين مقدار توان محرك اوليه در سيستمهاي CCHP بسيار مهم است، زيرا به شدت بر هزينه تجهيزات، بازده كلي سيستم، استفاده از انرژي (سوخت و برق) و انتشارات محيطي تأثير ميگذارد. سپس روابط ترموديناميكي اجزاي سيستم CCHP (محرك اوليه، چيلر الكتريكي و جذبي، مخزن ذخيرهسازي و ديگ بخار پشتيبان) را توضيح ميدهيم. بهينهسازي سيستم CCHP را با استفاده از سود نسبي سالانه (RAB) به عنوان تابع هدف انجام ميدهيم. سپس پارامترهاي طراحي را معرفي ميكنيم و با به حداكثر رساندن تابع هدف (RAB) مقادير بهينه آنها را به دست ميآوريم. بهينه‌سازي توسط الگوريتم ژنتيك انجام خواهد شد. در ادامه مقادير انرژي مصرفي در يك بيمارستان را بررسي ميكنيم. نتايج بهينه‌سازي نشان مي‌دهد كه دو موتور گازسوز با توان اسمي 1880 و 2030 كيلووات در استراتژي الويت تامين برق و دو موتور گازسوز با توان اسمي 5450 و 5470 كيلووات در استراتژي اولويت تامين حرارت حداكثر مقدار تابع هدف (RAB) را ارائه كردند. با توجه به اينكه مقدار حرارت موردنياز بيمارستان بيشتر از برق موردنياز است پس از موتورهاي گازسوز با ظرفيت بالايي براي استراتژي اولويت تامين حرارت استفاده مي‌كنيم كه باعث افزايش مصرف انرژي و انتشار كربن‌دي‌اكسيد مي‌شود. ظرفيت چيلر برقي براي هر دو استراتژي يكسان است ولي در استراتژي الويت تامين برق از چيلر جذبي با ظرفيت بيشتري استفاده مي‌كنيم. در استراتژي الويت تامين برق از ديگ بخار براي تامين حرارت بيمارستان استفاده مي‌كنيم ولي در استراتژي الويت تامين حرارت به ديگ بخار احتياجي نيست. حرارت هدررفته در استراتژي الويت تامين حرارت بسيار بيشتر از استراتژي الويت تامين برق است كه يك نقطه ضعف بشمار مي‌آيد. از چرخه رانكين ارگانيك براي بازيابي حرارت هدررفته استراتژي الويت تامين حرارت استفاده شد. نتايج نشان مي‌دهد كه راه‌اندازي چرخه رانكين ارگانيك هزينه بسيار بالايي دارد ولي با توجه به اينكه حرارت هدررفته بسيار زياد است مي‌توان برق بيشتري به شبكه فروخت. مقدار برق فروخته‌شده به شبكه ملي و سود نسبي سالانه(RAB) در استراتژي اولويت تامين حرارت (e+006137/2) بيشتر از استراتژي اولويت تامين برق (e+006957/2) است. درنتيجه اگر قيمت فروش برق به شبكه افزايش يافت بايد از استراتژي الويت تامين حرارت استفاده كنيم.

1401/06/05

Modelling and optimization of CCHP system for a hospital

11/21/2022 12:00:00 AM

Due to rising energy prices and environmental pollution, the use of CCHP systems has received much attention, today. In this thesis, we aim to modeling and optimizing the CCHP system for a hospital and compare the two strategies of priority of providing electricity and priority of providing heat. First, we introduce the CCHP system and the energy required by the hospital. Then, performed here to select the nominal capacities of gas engines by combination of optimization algorithm and maximum rectangle method (MRM). Determining the amount of prime mover nominal power in CCHP systems is very important because it strongly affects equipment cost, overall system efficiency, energy use (fuel and electricity) and environmental emissions. Modeling and optimizing of the CCHP system by introducing Relative Annual Benefit (RAB) as the objective function and choosing other system equipment (heat capacity of the backup boiler and the energy storage tank, and cooling capacity of the absorption and electrical chillers) from the market. We then introduce the design parameters and obtain their optimal values by maximizing the objective function (RAB). The optimization will be done by a genetic algorithm. In the following, we will examine the amount of energy consumed in a hospital. The optimization results show that two gas engines with nominal power of 1880 and 2030 kW in the priority of providing electricity strategy and two gas engines with nominal power of 5450 and 5470 kW in the priority of providing heat strategy presented the maximum value of the objective function (RAB). Due to the fact that the amount of heat required by the hospital is more than the required electricity, after gas engines with high capacity, we use the priority of providing heat strategy, which increases energy consumption and carbon dioxide emissions. The capacity of the electrical chiller is the same for both strategies, but in the priority of providing electricity strategy, we use the absorption chiller with more capacity. In the priority of providing electricity strategy, we use the boiler to supply the hospital, but in the priority of providing heat strategy, the boiler is not needed. Heat wasted in the priority of providing heat strategy is much more than the providing electricity strategy which is a weakness. The organic Rankine cycle was used to recover lost heat from the priority of providing heat strategy. The results show that starting an organic Rankine cycle is very expensive, but due to the high heat dissipation, more electricity can be sold to the grid. The amount of electricity sold to the national grid and the Relative Annual Benefit (RAB) in the priority of providing heat strategy (2.957e+006) is more than the priority of providing electricity strategy (2.137e+006). As a result, if the selling price of electricity to the grid increases, we must use the heat supply priority strategy.

سيستم CCHP، بيمارستان، بهينه‌سازي، سود نسبي سالانه (RAB)، الگوريتم ژنتيك.

Combined cooling, heating and power (CCHP), Hospital, Optimization, Relative Annual Benefit (RAB), Genetic algorithm.

Ali Almaspour

Dr. Sepehr Sanaye