پایان نامه مدیریت سامانه انرژی شهری با فناوری تولید همزمان برق و گرما

چکیده

حدود دو سوم انرژی جهان در شهرها مصرف می شود. در کنار راهکارهای متعددی که برای کاهش تقاضای انرژی ارائه شده است، برخی فناوری و پژوهش ها نیز در راستای بهینه سازی عرضه ی انرژی بوده اند. فناوری تولید همزمان برق و حرارت، جزو فناوری هایی است که در چند دهه ی گذشته بسیار توسعه یافته است. مدیریت سامانه ی انرژی شهری در بخش عرضه با استفاده از این فناوری، مسائل و پیچیدگی های متعددی دارد که مانع عملیاتی شدن در شهر های بزرگ شده است.

در این پایان نامه پس از بررسی شهر و منابع مورد نیاز آن، مسائل فنی و نقاط قوت و ضعف فناوری تولید همزمان بررسی گردیده است.

الگوی توسعه داده شده با هدف بیشینه کردن استفاده از انرژی سوخت برای برای پنج صحنه ی مختلف شبیه سازی شد.

در صحنه ی اصلی حدود 24% در هزینه های سوخت و در مجموع 20% صرفه جویی نسبت به صحنه ی کنونی به وجود آمده است. بر پایه ی نتایج شبیه سازی، متوسط گرمای تولیدی در واحدهای تولید همزمان، حدود 429 مگاوات است. کل انرژی گرمایی تولیدی در این واحد ها در طول سال حدود 3.75 میلیون مگاوات ساعت خواهد بود.

با فرض فروش این منبع به قیمت تمام شده ی آب گرم برای مصرف کننده ی خانگی، سالانه حدود 163 میلیون دلار درآمد از محل صرفه جویی انرژی حاصل خواهد شد که بازگشت سرمایه گذاری حدود 240 میلیون دلاری برای نصب نیروگاه های تولید همزمان است. بازگشت سرمایه ی این طرح، طی کمتر از دو سال (حدود 1.5 سال) و با فرض افزایش نیافتن قیمت حامل های انرژی، بازگشت این سرمایه گذاری برای دوره ی سه ساله در حدود 46% خواهد بود.

کلمات کلیدی: تولید همزمان برق و حرارت، شبکه ی انرژی شهری، تحلیل اقتصادی، بهینه سازی عرضه ی انرژی

فناوری های تولید همزمان برق و گرما

تولید همزمان، معرف به کارگیری مجموعه ای از فناوری ها است که به صورت توأمان، برق، گرما و در صورت نیاز سرما را در نزدیکی محل مصرف، به وسیله ی فرایندی واحد از سوخت های سنگواره ای یا منابع تجدید پذیر، از جمله توده زیستی، تولید می کند.

در سامانه های تولید همزمان برق و گرما، معمولاً موتور، توربین گاز یا ابزارهای دیگر، بخشی از انرژی سوخت را به کار (برق) تبدیل می کنند و قسمتی از انرژی سوخت که در بهره برداری عادی به هدر می رود، برای مصارف حرارتی استفاده می شود.

سامانه های تولید همزمان معمولاً تا 85% از انرژی سوخت اولیه را به انرژی قابل مصرف تبدیل می کنند. در حالی که در تولید مجزای برق و گرما، بازده تولید برق از 60% تجاوز نمی کند و بازده دیگ های بخار نیز در حدود 90% است.

سامانه های تولید همزمان

یکی از راهکارهایی که نقش چشمگیری در کاهش مصرف حامل های اولیه برای تأمین نیاز انرژی شهرها دارد، یکپارچه سازی سامانه های انرژی است. تحلیل اگزرژی شهرهای بزرگی مانند لندن و وین نشان می دهد تنها 10 تا 20% از انرژی سوخت به صورت کار (برق) استحصال می شود و بقیه ی انرژی تلف یا به صورت گرمای غیر داغ (با اگزرژی کم) مصرف می شود. فناوری های تولید همزمان از سه جهت باعث کاهش مصرف حامل های اولیه ی انرژی می شود: 1-افزایش بازده در ابزارهای تولید توان، 2- کاهش اتلافات انتقال و توزیع و 3-بازیابی گرمای دفع شده به محیط در موتور یا توربین گاز برای مصارف گرمایشی.

از ابزارهای تولید توان که در بخش 3.3.2 معرفی شد می توان در سامانه های تولید همزمان استفاده کرد. در فرایند ترمودینامیکی این ابزارها، سیال با استفاده از بخشی از انرژی خود که از احتراق حاصل شده است، کار انجام می دهد و بخشی دیگر از انرژی را به صورت اتلاف حرارتی به محیط منتقل می کند. هدف سامانه های تولید همزمان، بازیابی این حرارت اتلافی و به کار گیری آن برای رفع نیازهای گرمایی (یا سرمایی) است.

سامانه ی تولید همزمان برق و حرارت جزو راهکارهایی است که از سال های گذشته برای افزایش انرژی قابل استحصال از سوخت های سنگواره ای به کار برده می شود. در این روش اولویت اول تولید انرژی مرغوب (برق) از سوخت است و از گرمایی که همزمان با استحصال کار، تولید و باید به محیط منتقل شود برای مصارف گرمایشی، خصوصاً مصارفی که به دمای داغ نیاز ندارد، استفاده می شود. در سامانه ی تولید همزمان، نیروگاه برق، باید در نزدیکی محل مصرف گرما احداث شود به همین دلیل این نیروگاه ها، جزو نیروگاه های تولید پراکنده طبقه بندی می شوند. گرمای این سامانه از دود، سیال خنک کن موتور، روغن و... بازیافت و از طریق سیال واسط به محل مصرف منتقل می شود.