فصل ششم- نتیجه ­گیری و پیشنهادات
۶-۱ نتیجه ­گیری
از آنجاییکه هزینه انتقال وتوزیع برق سهم بالایی ازهزینه تولید انرژی رادر برمی­گیرد (این میزان برای شبکه ­های رایج تا ۵۰۰ دلار به ازای هر کیلووات می­رسد و در مسیر انتقال و توزیع الکتریسته تا ۷ درصد انرژی هدر می­رود). بنابراین با توجه به هزینه استفاده از میکروتوربین­ها که در بخش­های قبلی ذکرشد، چنانچه توزیع تولید جایگزین انتقال و توزیع الکتریسیته گردد، هزینه تولید انرژی الکتریکی به مقدار قابل توجهی کاهش خواهدیافت. در صنعت برق آمریکا در دهه ۱۹۹۰ تولید توزیع شده گسترش بیشتری یافته به طوری که ۲۰ درصد نیروگاه­های جدیدالتاسیس از نوع واحدهای کوچک می­باشند. از طرف دیگر میکروتوربین­ها دو مزیت عمده دارند، یکی کاهش تزریق آلاینده­ها به محیط و دیگر کاهش تعمیرات در مقایسه با مولدهای دیگر است. در ضمن مجهز بودن ساختمانهای تجاری و شهرک­های صنعتی و مکان­های عمومی به سیستم­های میکروتوربین تولید همزمان (سیستم­های تولید حرارت وبرق با راندمان کلی بالا)، علاوه بر کاهش مصرف سوخت و بهینه­سازی انرژی، در زمان­های پیک مصرف نیز بسیار مفید است.

با توجه به مطالب ارائه شده در این مقاله، می­توان موارد زیر را به عنوان جمع­بندی بحث در تحلیل میکروتوربین­گازی با بازیاب ارائه کرد:
- افزایش نسبت فشار کمپرسور تا یک حد معین سبب افزایش راندمان الکتریکی و کلی سیستم شده و با افزایش بیشتر راندمان الکتریکی افت و راندمان کلی مقدار ثابتی به خود خواهد گرفت.
- افزایش دمای گازهای ورودی به توربین سبب بالارفتن راندمان الکتریکی و کلی سیستم خواهد گردید.
- افزایش نسبت فشار کمپرسور و دمای گازهای ورودی به توربین سبب بالا رفتن گرمای جذب شده در سیستم می­گردد.
- افزایش نرخ جریان هوای ورودی به سیستم سبب افزایش توان تولیدی در سیستم خواهد شد.
- افزایش فشار کاری در سیستم (در یک دمای مشخص برای گازهای ورودی به توربین) ابتدا به دلیل بالا رفتن راندمان و توان تولیدی در آن، سبب کاهش قیمت برق تولیدی به یک مقدار حداقل شده و سپس با افزایش بیشتر نسبت فشار به دلیل بالارفتن توان مصرفی سیستم و کاهش راندمان و توان خالص تولیدی در آن، سیر صعودی خواهد یافت.
- با افزایش نرخ جریان هوای ورودی به سیستم توان خالص تولید شده و قیمت برق تولیدی آن افزایش پیدا می­ کند. دلیل افزایش قیمت برق تولیدی، بالا رفتن ظرفیت دستگاه­های موجود در سیستم است.
- با بالا رفتن دمای گازهای ورودی به توربین، قیمت برق تولیدی سیستم در فشارهای کاری بالا افزایش ناچیزی خواهد داشت و دلیل آن غالب بودن توان و راندمان بالا بر افزایش قیمت ناشی از خرید تجهیزات و خرید سوخت است.
- در میکروتوربین­گازی، برای دستیابی به قیمت برق پایین و راندمان و توان خالص تولیدی بالا کارکرد سیستم در فشار کاری ۴ تا ۶ بار توصیه می­گردد. بالا بودن دمای گازهای ورودی به توربین سبب بالارفتن فشار کاری بهینه سیستم خواهد شد.
- نتایج به­دست آمده نشان می­دهد که با کارکرد سیستم ۱۰۰ کیلوواتی در یک حالت بهینه (فشار کاری ۵ بار و راندمان کلی ۵۱ درصد) و همچنین با در نظر گرفتن حداکثر دمای گازهای ورودی به توربین، قیمت برق تولیدی سیستم در حدود ۲۱ سنت می­باشد.
- بسته به دمای گازهای ورودی به توربین و فشار کاری سیستم، راندمان کلی سیستم ۱۰۰ کیلوواتی در حدود ۳۹ تا ۵۱ درصد و راندمان الکتریکی آن در حدود ۱۷ تا ۲۴ درصد است.
- برای یک سیستم ۱۰۰ کیلوواتی قیمت برق تولیدی با توجه به دمای گازهای ورودی به توربین، در حدود ۲۱ تا ۳۰ سنت است. نتایج نشان می­دهد که به ازای هر ۱۰۰ درجه سلسیوس افزایش دما قیمت برق تولیدی ۴ تا ۵ سنت کاهش خواهد داشت.
- نتایج تحقیق نشان می­دهد که در یک میکروتوربین با کارکرد بهینه (نسبت فشار ۵ بار و دمای گازهای ورودی به توربین ۱۰۰۰ درجه سلسیوس) راندمان الکتریکی سیستم ۲۴ و راندمان کلی آن ۵۰ درصد است. در این سیستم بهینه قیمت برق تولیدی سیستم در حدود ۲۱ سنت برآورد می­گردد.
- هزینه خرید، نصب و راه ­اندازی سیستم میکروتوربین با افزایش ظرفیت سیستم بالا رفته و برای حدود ۱۰۰ کیلووات افزایش ظرفیت سیستم این هزینه­ها در حدود ۴۴ دلار (متوسط) افزایش دارد.
۶-۲ پیشنهادات
با توجه به تحقیق انجام شده موارد زیر می ­تواند به عنوان پیشنهاداتی برای آینده کار مد نظر قرار گیرد:
- استفاده از یک نرم­افزار مهندسی دیگر مانند مطلب برای تحلیل میکروتوربین،
- بررسی عملکرد میکروتوربین در شرایط آب و هوایی مختلف،
- بررسی اقتصادی عملکرد سیستم با مدل­های اقتصادی دیگر،
- بررسی چند سیکل مختلف از میکروتوربین­های گازی.
منابع
[۱] Catalog of CHP Technologies, (2008), “Combined Heat and Power Partnership”. U.S. Environmental Protection Agency.
[۲] Gillette, F., (2006), “CHP Case Studies-Saving Money and Increasing Security”. Capstone Turbine Corporation.
[۳] WWW.Capstoneturbine.Com.
[۴] M. P. Boyce “Gas Turbine Engineering Handbook” ۲Ed, Gulf Professional Publishing, 2002.
[۵] T. Giampaolo “Gas Turbine Handbook: Principles and Practice” ۲Ed, the Fairmont Press, 2003.
[۶] F.J. Wang, J.S. Chiou “Performance improvement for a simple cycle gas turbine GENSET-a retrofitting example” Applied Thermal Engineering, 22, 1105-1115, 2002.
[۷] http://www.microturbine.com/
[۸] Labinov, S.D., Zaltash, A., Rizy, D.T., Fairchild, P.D., Devault, R.C., Vineyard, E.A., (2002). “Predictive Algorithms for Microturbine Performance for BCHP Systems”. ASHRAE Transactions, vol. 108, pp. 670-681.
[۹] Knight, R., Linder, U., Markworth, N., Perz, E., (2004). “Thermo-Economic Optimization of Whole Gas Turbine Plant (GTPOM)”. Applied Thermal Engineering, Vol. 24, pp. 1725–۱۷۳۳.
]۱۰[ صنایع، س.، قاضی­نژاد، م.، آخرتی، ر.، نوروزی­منش، ع.، (۱۳۸۵)، بهینه­سازی فنی-اقتصادی میکروتوربین جهت تولید قدرت و حرارت برای مصارف ساختمان. پنجمین همایش بهینه­سازی مصرف سوخت در ساختمان، ۵ و ۶ اردیبهشت.
[۱۱] Ehyaei, M.A., Bahadori, M.N., (2007). “Selection of Micro Turbine to Meet Electrical and Thermal Energy Needs of Residential Building in Iran”. Energy and Buildings, Vol. 39, pp. 1227–۱۲۳۴.
[۱۲] Ehyaei, M.A., Mozafari, A., (2010). “Energy, Economic and Environmental (3E) Analysis of Micro Gas Turbine Employed for on-site Combined Heat and Power Production”. Energy and Buildings, Vol. 42, pp. 259–۲۶۴.
[۱۳] Ameli, S.M., Agnew, B., Potts, I., (2007). “Integrated Distributed Energy Evaluation Software (IDEAS) Simulation of A Micro-Turbine Based CHP System”. Applied Thermal Engineering, Vol. 27, pp. 2161-2165.
[۱۴] Kaikko, J., Backman, J. (2007). “Technical and economic performance analysis for a microturbine in combined heat and power generation”. Energy, Vol. 32, Issue 4, pp.378-387.
]۱۵[ کریمی علویجه، س.، بهبهانی­نیا، س.ع.، عمیدپور، م.، رضاپور، ک.، (۱۳۸۸)، تحلیل ترمواکونومیک سیستم تولید پراکنده برق و حرارت با محرک اولیه میکروتوربین گازی. اولین کنفرانس صنعت نیروگاه­های حرارتی، ۲۶ و ۲۷ اردیبهشت.
[۱۶] Cadorin, M., Spina, P.R., Venturini, M. (2010). “Feasibility Analysis of Micro-CHP Systems for Residential Building Applications”. ECOS International Conference , Ferrara, Italy, June 14-17.
]۱۷[ عامری، م.، تنها، ا.ع.، کریمی علویجه، س.، (۱۳۹۰)، آنالیز اگزرژی و ترمواکونومیک یک سیکل تولید توان همزمان برای ساختمانی ده طبقه در تهران. نوزدهمین همایش سالانه مهندسی مکانیک ایران، ۲۰ الی ۲۲ اردیبهشت.
]۱۸[ آرامی، م.، حاج حسن تهرانی، ا.، موسوی، م.، حمیدزاده، ز.، (۱۳۹۰)، توجیه فنی اقتصادی استفاده از فناوری میکروتوربین برای تامین همزمان برق و حرارت برای بخش خانگی. دومین کنفرانس مدیریت و بهینه­سازی انرژی، ۲۰ و ۲۱ دی.
[۱۹] Qiu, G., Liu, H., Riffat, S., (2011). “Expanders for Micro-CHP Systems with Organic Rankine Cycle”. Applied Thermal Engineering, Vol. 31, pp. 3301-3307.
[۲۰] Tempesti, D., Fiaschi, D., Gabuzzini, F. (2012). “Thermo-Economic Assessment of a Micro CHP System Fuelled by Geothermal and Solar Energy”. ECOS International Conference , Perugia, Italy, June 26-29.
[۲۱] Mahto, D., Subhasis, P., (2013). “Thermodynamics and Thermo-Economic Analysis of Simple Combined Cycle with Inlet Fogging”. Applied Thermal Engineering, Vol. 51, pp. 413-424.
[۲۲] Cengel, Y.A. and Boles, M.A., (1998). “Thermodynamics an engineering approach”. McGraw-Hill, New York.
[۲۳] Haseli Y., Dincer I., Naterer G.F., (2008). “Thermodynamic Modeling of a Gas Turbine Cycle Combined with a Solid Oxide Fuel Cell”. Hydrogen energy, Vol. 33, pp. 5811-5822.
[۲۴] Bejan A., Tsatsaronis G. and Moran M., (1996). “Thermal Design and Optimization”. John Wiley& Sons.
[۲۵] See at www.nt.ntnu.no/users//magnehi/cepci_2011_py.pdf.
[۲۶] EES (Engineering Equation Solver) for Microsoft Windows Operating Systems Commercial and Professional Versions, F-Chart Software, http://www.fchart.com.
[۲۷] Horlock J., (2003).“Advanced Gas Turbine Cycles”. an imprint of Elsevier Science.
[۲۸] Massardo A.F. and Scialo M., (2000). “Thermoeconomic Analysis of Gas Turbine Based Cycles”. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 122, pp. 664-671.
پیوست ۱
بخش اول: آشنایی با نرم افزار