بهینه‌سازی و ارزیابی فنی-اقتصادی سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش با بهره‌گیری از چرخه ارگانیک رانکین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، کرمان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، کرمان، ایران

چکیده

هدف اصلی این پژوهش تحلیل اقتصادی سیستم تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش با استفاده از چرخه ارگانیک رانکین(CCHP-ORC) است به گونه‌ای که تأمین نیاز انرژی ساختمان برای اقلیم سرد در مدت یک سال با یک استراتژی جدید که طول سال به 24 بخش پانزده روز تقسیم می­شود، بررسی می­گردد. محرک اولیه سیستم، توربین گاز در نظر گرفته شده که بخشی از حرارت و برق مورد نیاز ساختمان را تأمین می­کند. حرارت مازاد محرک اولیه بازیابی شده و جهت تولید برق به چرخه ارگانیک رانکین داده می­شود. بهینه­سازی سیستم مورد بررسی توسط الگوریتم ژنتیک صورت پذیرفته که مجموعا 29 پارامتر طراحی، شامل ظرفیت توربین گاز، ظرفیت چیلر جذبی و الکتریکی، نسبت سرمایش الکتریکی، ظرفیت جوش‌آور پشتیبان و 24 بار جزئی برای توربین گاز در کل سال و کمینۀ هزینه کل سالانه به عنوان تابع هدف انتخاب شده است. نتایج بیان می­کند که هزینه سالانه و هزینه انتشار آلاینده در سیستم CCHP-ORC نسبت به سیستم CCHP به ترتیب 2/2 و 7/14درصد کمتر است. راندمان اگزرژی سیستم CCHP-ORC به میزان 93/40 درصد می­باشد که نسبت به سیستم CCHP 9/5 درصد بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • Kwak H, Byun G, Kwan Y, et al. Cost structure of CGAM cogeneration system. Int J Energy Res, Vol. 28, pp. 1145–1158, 2004.
  • Balli O, Aras H and Hepbasli A. Exergoeconomic analysis of a combined heat and power (CHP) system. Int J Energy Res, Vol. 3, pp. 273–289, 2008.
  • Haghifam M.R., Manbachi M., Reliability and availability modelling of combined heat and power (CHP) systems, Electrical Power and Energy Systems, Electrical Power and Energy Systems, Elsevier, Vol.33, N.3, pp. 385–393, 2011.
  • Sanaye S., Meybodi Aghaei M., Shokrollahi S. Selecting the prime movers and nominal powers in combined heat and power systems, Applied Thermal Engineering, Elsevier, Vol.28, N.10, pp.1177-1188, 2008.
  • Sanaye S and Ardali M. Estimating the power and number of microturbines in small-scale combined heat and power systems. Apply Energy, Vol. 86, pp. 895–903, 2009.
  • Wang J, Zhai Z, Jing Y, et al. Particle swarm optimization for redundant building cooling heating and power system. Apply Energy, Vol. 87, pp. 3668–3679, 2010.
  • Tichi S, Ardehali M and Nazari M. Examination of energy price policies in Iran for optimal configuration of CHP and CCHP systems based on particle swarm optimization algorithm. Energy Policy; Vol. 38: pp. 6240–6250, 2010.
  • Sanaye S, Hajabdollahi H. 4E analysis and multi-objective optimization of CCHP using MOPSOA. P I Mech Eng E-J Pro, Vol. 228, N.1, pp. 43–60, 2014.
  • Hajabdollahi H, Ganjehkaviri A, Nazri Mohd Jaafar M. Assessment of new operational strategy in optimization of CCHP plant for different climates using evolutionary algorithms. Applied Thermal Engineering, Vol. 75, pp. 468-480, 2015.

]10[ محسنی م.، داناییان م.، کرباسیون م.، مقایسه عملکرد محرک­های مختلف در سیستم­های تولید سه­گانه توان، حرارت و برودت در مقیاس میکرو برای دو حالت بار پایه و حرارت پایه. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 2، ص 203-211، 1396.

[11] Wang J, Qi X, Ren F, Zhang G, Wang J. Optimal design of hybrid combined cooling, heating and power systems considering the uncertainties of load demands and renewable energy sources. Journal of Cleaner Production, Vol. 281, 125357, 2021.

[12] Chahartaghi M, Soltani M, Hashemian S.M, Faghih Shojaei A. Technical and economic evaluations of combined cooling, heating and power (CCHP) system with gas engine in commercial cold storages. Energy Conversion and Management, Vol. 214, 112877, 2020.

]13 [ فرزانه گرد م. فرهناکی م. دیمی دشت بیاض م.، الگوریتم بهینه­سازی فنی-اقتصادی سیستم تولید همزمان سرمایش، گرمایش و برق با موتور احتراق داخلی در یک ساختمان خانگی نمونه. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 2، ص 179-188، 1396.

]14[ غفوریان م. نیازمند ح. برآورد کاهش هزینه­ها در عملکرد یک سیستم هیبرید CCHP و آب شیرین کن اسمز معکوس نسبت به سیستم­های مجزای سنتی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 3، ص 187-196، 1396.

[15] Haghghi M. A., Mohammadi Z., Pesteei S. M., Chitsaz A., & Parham K. "Exergoeconomic evaluation of a system driven by parabolic trough solar collectors for combined cooling, heating, and power generation; a case study. Energy, Vol. 192, 116594, 2020.

[16] Hyeunguk, A., Donghyun R.s, and James D. Freihaut. "Performance assessment of hybrid chiller systems for combined cooling, heating and power production. Applied Energy. Vol. 225, pp. 501-512, 2018.

]17[ معرفت م. شفیعی پ.، ارزیابی چندمعیارة سیستم CCHP تحت استراتژی های عملکرد مختلف برای یک ساختمان اداری در تهران با تکنیک AHP. مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 14، ش. 8، ص 37-48، 1393.

[18] Bejan A, Tsatsaronis G and Moran M. Thermal design and optimization". New York: Wiley, 1996.

[19] Somayaji C, Mago P.J. "Second law analysis and Optimization of Organic Rank Cycle. ASME Power, Atlanta, GA, USA, May 2006.

[20] Lian Z.T, Chua K.J, Chou S.K. A thermoeconomic analysis of biomass energy for trigeneration. Applied Energy. Vol.87, pp. 84–95, 2010.

]21[ حاج عبداللهی ح. قمری ح، مدلسازی و بهینه سازی فنی اقتصادی سیستم‌های هیبریدی تولید سرمایش، گرما، توان و آب شیرین. مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 51، ش. 4، ص 267-276، 1400.

[22] Abbasi M., Chahartaghi M., Hashemian SM. Energy, exergy, and economic evaluations of a CCHP system by using the internal combustion engines and gas turbine as prime movers. Energy Conversion and Management. Vol. 173, pp. 359–374, 2018.