راندمان ایزونتروپیک کمپرسورها

۸۱ درصد

راندمان بازیاب های هوا-گاز

۸۰ درصد

راندمان بازیاب آب-گاز

۸۵ درصد

راندمان پمپ

۸۵ درصد

راندمان محفظه احتراق

۹۵ درصد

راندمان ایزونتروپیک توربین

۸۴ درصد

راندمان ژنراتور

۹۵ درصد

۵-۲ بررسی عملکرد کاری سیستم
در شکل (۵-۱) تغییرات راندمان الکتریکی سیستم میکروتوربین تحلیل شده نسبت به فشار کاری کمپرسور هوا نشان داده شده است. در این بخش دبی هوای ورودی به سیستم ۱۰۰ کیلومول بر ساعت و دمای گازهای ورودی به توربین در سه مقدار مختلف انجام شده است. همانطور که در این شکل مشاهده می­ شود افزایش فشار کاری کمپرسور سبب افزایش راندمان الکتریکی سیستم می­گردد، این افزایش تا یک حد معین صورت گرفته و سپس با افزایش بیشتر راندمان الکتریکی کاهش خواهد یافت. دلیل عمده این کاهش افزایش توان مورد نیاز کمپرسور و مصرف بخش عمده­ای از کار تولیدی توربین برای آن می­باشد. از سوی دیگر همانطور که در این شکل مشاهده می­ شود افزایش دمای گازهای ورودی به توربین سبب افزایش راندمان سیستم می­گردد، که این مساله کاملاً قابل انتظار می­باشد. نتایج این شکل نشان می­دهد که برای یک سیکل میکروتوربین گازی با بازیاب افزایش دمای گازهای ورودی به توربین سبب بیشتر شدن ماکزیمم راندمان الکتریکی سیستم در نسبت فشارهای بالاتر می­گردد. همانطور که در شکل (۵-۱) مشاهده می­ شود نسبت فشار کاری مناسب برای سیکل میکروتوربین گازی با بازیاب در بالاترین دمای قابل تحمل پره­های توربین در محدوده ۴ تا ۵ بار می­باشد. به طور کلی حداکثر دما گازهای ورودی به توربین با توجه به جنس پره­های آن محدود شده و استفاده از سیستم خنک­کاری برای پره­ها، اجازه افزایش بیشتر دما را می­دهد. در بیشتر میکروتوربین­های استفاده شده حداکثر دمای قابل تحمل پره­ها بسته به نوع میکروتوربین در حدود ۹۰۰ الی ۱۰۰۰ درجه سلسیوس می­باشد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل (۵-۱) نمودار تغییرات راندمان الکتریکی سیستم نسبت به تغییرات فشار کاری سیستم
در شکل (۵-۲) تغییرات راندمان کلی سیستم با در نظر گرفتن اثرات این دو پارامتر نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود با افزایش نسبت فشار راندمان کلی سیستم سیر صعودی داشته و پس از یک حد معین مقدار ثابتی به خود می­گیرد. نمودار نشان داده شده بیانگر این است که افزایش بیش از حد فشار کاری سیستم تاثیری در افزایش راندمان کلی سیستم نخواهد داشت. همانطور که مشاهده می­گردد افزایش دمای گازهای ورودی به توربین سبب بالارفتن راندمان کلی سیستم نیز خواهد گردید. به طور کلی افزایش فشار کاری سیستم از ۷ بار به بالا برای این سیستم در محدوده دمای انتخاب شده برای ورودی توربین توصیه نمی­گردد.

شکل (۵-۲) نمودار تغییرات راندمان کل سیستم نسبت به تغییرات فشار کاری سیستم
در شکل (۵-۳) تغییرات توان خالص تولیدی در سیستم نسبت به اثرات دو پارامتر معرفی شده نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود مشابه رفتار راندمان الکتریکی، افزایش نسبت فشار کاری سیستم تا یک حد معینی سبب بالارفتن توان خالص تولیدی در سیستم شده و سپس به دلیل افزایش کار مورد نیاز کمپرسور، مقدار آن سیر نزولی خواهد داشت. از سوی دیگر با توجه به اینکه توان تولیدی توربین با دمای گازهای ورودی به آن نسبت مستقیم دارد، افزایش دمای گازهای ورودی به توربین باعث افزایش توان خالص خروجی از سیستم خواهد شد. نتایج نشان می­دهد که افزایش دمای گازهای ورودی به توربین تاثیر چشمگیری در افزایش توان تولیدی سیستم خواهد داشت. نسبت فشار بهینه با افزایش دمای گازهای ورودی به توربین، افزایش می­یابد.

شکل (۵-۳) نمودار تغییرات توان خالص تولیدی سیستم نسبت به تغییرات فشار کاری سیستم
با توجه به اهمیت انرژی حرارتی تولید شده در میکروتوربین پیشنهادی در این بخش تغییرات این پارامتر در شرایط مختلف کاری سیستم بررسی شده است. همانطور که در شکل (۴-۱) مشاهده می­گردد، جهت جذب اترژی حرارتی گازهای خروجی از سیستم از سه بازیاب حرارتی استفاده شده است که بازیاب آخر وظیفه تامین بارحرارتی را بر عهده دارد. از گرمای تولید شده در این بازیاب می­توان برای تامین آب گرم سیستم­های گرمایشی ساختمان استفاده نمود. در شکل (۵-۴) نمودار تغییرات گرمای تولید شده در این سیستم پیشنهادی در شرایط مختلف کاری آورده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود با افزایش نسبت فشار کمپرسور و دمای گازهای ورودی به توربین، مقدار حرارت تولیدی در سیستم همواره سیر صعودی دارد. نتایج این نمودار نشان می­دهد که افزایش فشار کاری سیستم به طور کلی سبب بالا رفتن گرمای جذب شده در بازیاب سوم خواهد شد که این انرژی برای تامین انرژی حرارتی و تامین آب گرم لازم بسیار مفید می­باشد. علی­رغم افزایش گرمای جذب شده همانطور که در شکل (۵-۳) نشان داده شد این مساله در مورد بار الکتریکی سودمند نمی ­باشد. با توجه به این دو مساله باید بین بار الکتریکی تولید شده و بار گرمایی جذب شده یک توازن ایجاد کرد. باید نسبت فشار سیستم به گونه ­ای انتخاب گردد که هر دو پارامتر در یک مقدار بهینه و مورد نیاز قرار گیرد. از سوی دیگر همانطور که در شکل (۵-۴) مشاهده می­ شود، افزایش دمای گازهای ورودی به توربین که ناشی از افزایش سوخت تزریقی می­باشد، سبب بالارفتن گرمای تولیدی در سیستم خواهد شد.

شکل (۵-۴) نمودار تغییرات حرارت خالص تولیدی سیستم نسبت به تغییرات فشار کاری سیستم
در شکل (۵-۵) تغییرات توان تولیدی سیستم نسبت به نرخ جریان هوای ورودی به آن در فشار کاری ۴ بار، نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود با افزایش نرخ جریان هوای ورودی به سیستم توان تولیدی آن افزایش پیدا می­ کند. این مساله در شکل (۵-۶) نیز که در فشار کاری ۵ بار بدست آمده، به خوبی قابل مشاهده است. با بهره گرفتن از این دو نمودار می­توان بر اساس فشار کاری سیستم، توان خالص تولیدی سیستم را بر اساس نرخ جریان هوای ورودی به آن محاسبه کرد.
همانطور که در این دو شکل مشاهده می­ شود، در فشارهای کاری ۴ و ۵ بار با تغییرات نرخ جریان هوای ورودی به سیستم از ۰ تا ۵۰۰ کیلومول بر ساعت، بسته به دمای گازهای ورودی به توربین توان تولیدی آن در محدوده ۰ تا ۵۰۰ کیلووات تغییر می­ کند. نتایج این دو نمودار نشان می­دهد که برای میکروتوربین­های گازی که دارای ظرفیتی در محدوده ۲۵ الی ۵۰۰ کیلووات می­باشند، دبی هوای ورودی به سیستم در محدوده ۲۵ تا ۵۰۰ کیلومول بر ساعت می­باشد. نتایج بیانگر این مساله می­باشد که با افزایش دمای گازهای ورودی به توربین که ناشی از افزایش مقدار سوخت تزریقی می­باشد، در یک دبی معین مقدار توان تولیدی افزایش خواهد یافت. برای سایر فشارهای کاری سیستم نیز عملکرد سیستم مشابه حالت فوق می­باشد ولی در این رساله با توجه به اینکه هدف بررسی میکروتوربین بود فقط محدوده مجاز آنها مورد بررسی قرار گرفت.

شکل (۵-۵) نمودار تغییرات توان تولیدی سیستم نسبت به نرخ جریان هوای ورودی به سیستم در فشار کاری ۴ بار

شکل (۵-۶) نمودار تغییرات توان تولیدی سیستم نسبت به نرخ جریان هوای ورودی به سیستم در فشار کاری ۵ بار
۵-۳ بررسی عملکرد اقتصادی سیستم
پس از بررسی عملکرد فنی میکروتوربین گازی، در ادامه این سیستم از دیدگاه اقتصادی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در شکل (۵-۷) قیمت برق تولیدی در سیستم نسبت به تغییر فشار کاری آن و دمای گازهای ورودی به توربین نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می­ شود با افزایش نسبت فشار کاری کمپرسور قیمت برق تولیدی ابتدا سیر نزولی داشته و سپس در ادامه سیر صعودی خواهد داشت. همانطور که در نتایج قبل مشاهده شد، افزایش فشار کاری کمپرسور تا یک حد معین سبب بالارفتن توان و راندمان الکتریکی سیستم می­گردد، که این مساله به نوبه خود بر روی عملکرد اقتصادی نیز موثر است. با افزایش بیشتر نسبت فشار، به دلیل بالارفتن ظرفیت کمپرسور و افزایش دمای گازهای خروجی از آن قیمت تجهیزات موجود بالا خواهد رفت. از سوی دیگر با افزایش نسبت فشار کمپرسور برای ثابت ماندن دمای گازهای ورودی به توربین، میزان سوخت استفاده شده در سیستم نیز افزایش خواهد یافت. این دو پارامتر در مجموع سبب بالارفتن قیمت برق تولیدی در سیستم خواهد گردید.

شکل (۵-۷) نمودار تغییرات قیمت برق تولیدی سیستم نسبت به تغییرات فشار کاری سیستم
همانطور که در شکل (۵-۷) مشاهده می­ شود، 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. این در حالیست که در دماهای پایین، ترم افزایش قیمت تجهیزات و سوخت مصرفی به شدت سبب بالارفتن قیمت برق تولیدی در فشارهای کاری بالا خواهد شد. نکته مهم دیگری که در این بخش مشاهده می­ شود، پایین آمدن قیمت برق تولیدی سیستم با افزایش دمای گازهای ورودی به توربین می­باشد. بالارفتن توان خالص تولیدی و راندمان سیستم بر پارامتر افزایش قیمت تجهیزات و سوخت مصرفی سیستم غالب بوده و این مساله سبب پایین آمدن قیمت برق تولیدی در سیستم می­گردد.
۵-۴ اعتبارسنجی نتایج
جهت اعتبار سنجی کد تهیه شده، لازم است برای یک نمونه معین نتایج حاصل از این کد تهیه شده با نتایج آزمایشگاهی یا عددی موجود مقایسه گردد. در این تحقیق سیستم معرفی شده توسط هورلوک [۲۷] مدلسازی شده و نتایج حاصل از کد حاضر، با نتایج تحقیقات وی مقایسه شده است. همخوانی نزدیک بین این نتایج در جدول (۵-۴)، صحت روش حاضر و کد تهیه شده را تایید می­ کند.
جدول (۵-۴) مقایسه نتایج کد حاضر با نتایج هورلوک[۲۷]