مقايسه اقتصادي بين چيلر جذبي و تراكمي در سيستمهاي توليد هم زمان برق ،حرارت و سرما برا

[MTHAMID2]

چكيده
با تجديد ساختار در صنعت برق توليدات پراكنده جايگاه ويژه اي يافته اند. در اين بين سيستم هاي توليد هم زمان به دليل بازده بالا، بيش از سايرين مورد استفاده قرار گرفته اند. در مطالعات انجام گرفته شده توسط ديگران اقتصادي بودن سيستم هاي توليد هم زمان با محركه موتور گازسوز مورد بررسي قرار گرفته شده اند. هدف اصلي اين مقاله مقايسه اقتصادي بين سيست مهاي برودت تراكمي و سيستم هاي برودت جذبي بر پايه سيستم هاي توليد هم زمان برق و حرارت است، به طوري كه برودت و برق ساختمان تأمين شود. به همين منظور يك سيستم موتور گازسوز مولد برق تركيب با چيلر تراكمي با يك سيستم توليد هم زمان تركيب با چيلر جذبي از لحاظ اقتصادي بر پايه دوره بازگشت سرمايه مقايسه شده اند و در پايان، برترين تركيب انتخاب شده است .



مقدمه:

سيستم هاي توليد پراكنده با هدف بهينه سازي در مصرف انرژي به صورت كاهش اتلافات ناشي از انتقال و توزيع انرژي الكتريكي در شبكه و نيز كاهش آلودگيهاي ناشي از احتراق سوخت هاي فسيلي به كار گرفته مي شوند. استفاده از سيستم هاي توليد همزمان با راندمان كلي 70 تا 90 درصد يكي از راهكارهاي مؤثر در بهينه سازي مصرف انرژي به شمار مي رود[ 1]و[ 4]. در روش سنتي، تأمين انرژي الكتريكي در واحدهاي بزرگ نيروگاهي و به صورت مجزا انجام شده و انرژي الكتريكي حاصل، از طريق خطوط شبكه سراسري توزيع مي گردد. در اين روش اتلافات ناشي از توزيع و انتقال برق، همچنين هزينه هاي انتقال، توزيع و بهرداري از شبكه ساليانه مبلغ هنگفتي به شبكه توزيع برق تحميل مي نمايد. از طرف ديگر نيروگاه هاي بزرگ توليد برق به دليل ظرفيت و حجم توليد زياد علاوه بر داشتن هزينه هاي زياد در سرمايه گذاري، نصب و راه اندازي و نيز تعمير و نگهداري، غالباً از راندمان الكتريكي پاييني برخوردار بوده و علاوه بر افزايش مصرف سوخت موجب افزايش آلاينده هاي زيست محيطي مي گردند. بدين منظور و با هدف تأمين امنيت بيشتر شبكه، به كارگيري از سيستم هاي توليد پراكنده توصيه مي شود. بدين معني كه علاوه بر تأمين انرژي الكتريكي در واحد مربوطه، بازيابي حرارتي از گرماي توليد شده در محرك اوليه نيز به منظور استفاده مفيد از انرژي حرارتي صورت گيرد. بدين ترتيب بدون مصرف مجدد سوخت جهت تأمين حرارت، از گرماي توليد شده در محرك اوليه موتور احتراقي، توربين گازي و غيره، هم زمان با تأمين انرژي الكتريكي، انرژي گرمايي مفيد حاصل مي گردد. اين بازياب حرارتي، در مبدلي موسوم به مولد بخار بازياب انجام مي شود كه منجر به توليد بخار اشباع يا فوق گرم مي گردد. در مواردي كه دماي محرك اوليه پايين بوده و امكان توليد بخار ميسر نباشد، توليد آب گرم توسط مبدل هاي بازيافت حرارتي صورت مي گيرد. آبگرم يا بخار توليد شده مي تواند بصورت مستقيم جهت مصارف گرمايشي مورد استفاده قرار گيرد كه در اين صورت به دليل استحصال دو انرژي مفيد الكتريكي و حرارتي از يك منبع سوخت، سيستم توليد پراكنده را سيستم مي نامند. همچنين در صورت به كارگيري بخشي از حرارت حاصل شده در سيستم هاي (CHP) توليد هم زمان دو گانه (CCHP) سرمايش جذبي و تأمين سرمايش علاوه بر الكتريسيته و گرما، آن را سيستم توليد هم زمان سه گانه .[ مي گويند
در اين مقاله براي يك آپارتمان مسكوني كه متقاضي برق، حرارت و سرما است، يك سيستم توليد س هگانه مطابق شكل ( 1) طراحي شده است. هدف اين مقاله مقايسه اقتصادي بين سيستم هاي برودت تراكمي و سيستم هاي برودت جذبي بر پايه سيستم هاي توليد هم زمان برق و حرارت است، به طور يكه برودت و برق ساختمان تأمين شود. به همين منظور براي تأمين برودت ساختمان دو پيشنهاد زير قابل ارائه است:
الف) استفاده از چيلر تراكمي و تأمين برق آن توسط موتور گازسوز (CHP)
ب) استفاده از چيلر جذبي و تأمين حرارت آن (آب گرم) توسط سيستم توليد هم زمان برق و حرارت

سناريوهاي تعريف شده
در اين مطالعه هركدام از پيشنهادهاي بالا براي وضعيت كنوني (استفاده از يارانه ها) و همچنين براي وضعيتي كه قيمت ها آزاد مي شوند، مورد بررسي قرار گرفته اند. به همين منظور چهار سناريو به صورت زير تعريف مي نمايم.

سناريو اول

نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد برق براي تأمين برق مصرفي و استفاده از چيلر تراكمي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي كنوني

سناريو دوم

نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد برق براي تأمين برق مصرفي استفاده از چيلر تراكمي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي آزاد (اجراي طرح تحول اقتصادي)

سناريو سوم

نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد توليد ه مزمان برق و حرارت براي تأمين برق مصرفي و حرارت مورد نياز چيلر جذبي و استفاده از چيلر جذبي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي كنوني
سناريو چهارم
نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد توليد ه مزمان برق و حرارت براي تأمين برق مصرفي و حرارت مورد نياز چيلر جذبي و استفاده از چيلر جذبي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي آزاد (اجراي طرح تحول اقتصادي)


شكل ( 1) نمايي شماتيك از يك سيستم توليد سه گانه را نشان مي دهد كه شامل همة اجزا از قبيل بويلر براي گرمايش مكمل، چيلر جذبي براي تبديل حرارت به برودت و چيلر تراكمي براي سرمايش مكمل، مي باشد.
(براي تعيين قيمت پكيج موتورژنراتور از فرمول زير استفاده میشود
CY = CW(XY/XW)α
با توجه XY هزينه خريد آن با ظرفيت دلخواه ، XW در اين رابطه با در دست داشتن هزينه خريد موتورژنراتور با ظرفيت به جدول زير بدست مي آيد.

جدول 1 - ليست مقادير توان براي برخي تجهيزات α
نوع تجهيز	α نوع تجهيز وابستگي متغير	گستره اندازه	متغير
موتور احتراق داخلي	قدرت	MW10- 0.007	0.81
بويلر كمكي	بار حرارتي	0.5- 10MW	0.78

در سناريو هاي مختلف براي تأمين حرارت از بويلر استفاده شده است. كل حرارت توليدي توسط سيستم چيلر جذبي مي شود و چون هزينه نصب بويلرهاي تأمين حرارت در همه سناريوها يكسان است، در نتيجه در محاسبات تأثيري ندارند و براي جلوگيري از پيچيدگي مسئله، محاسبات مربوط به بويلر لحاظ نشده است.
در جدول زير مشخصات مربوط به ساختمان ارائه شد ه است.
جدول 2- مشخصات ساختمان

برآورد بار الكتريكي متوسط ساختمان	200kw
ظرفيت تبريد	100 ton-ref

سناريو اول نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد برق براي تأمين برق مصرفي و استفاده از چيلر تراكمي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي كنوني

جدول 3 - مشخصات چيلر تراكمي

مصرف برق چيلر تراكمي	82.3kw
آب در گردش برج خنك كن	302.7 gpm
مشخصات پمپ برج خنك كن	151 gpm 30 و دبي ft سه عدد پمپ با هد 2.2 – يك پمپ جهت رزرو kw توان مصرفي هر يك
دبي آب سرد در گردش	246.5 gpm
مشخصات پمپ آب سرد در گردش	82 gpm 80 و دبي ft چهار عدد پمپ با هد 2.2 – يك پمپ جهت رزرو kw توان مصرفي هر
جمع كل برق مصرفي ساختمان	293 kw

جدول 4- مشخصات موتور[

نام موتور	CUMMINS
مدل موتور	302.7 gpm
توان خروجي موتور در حالت دائم كار	554 kw
گاز مصرفي	178m3/h

جدول 5 - قيمت انرژي با تعرف ههاي كنوني

قيمت گاز طبيعي نيروگاهي براي هر متر مكعب	50 ريال
قيمت برق شبكه براي هر كيلووات ساعت در استان تهران
دوره كم باري	36 ريال
دوره ميان باري	143 ريال
دوره پر باري	470 ريال

جدول 6- هزينه هاي اوليه و هزينه ساليانه تجهيزات

چيلر تراكمي يك عدد به ظرفيت 100 تن تبريد	530000000 ريال
خريد ، نصب و راه اندازي موتور گازسوز	2600000000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه چيلرها	24000000 ريال
هزينه سوخت سالانه موتور	71200000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه موتورژنراتور	190000000 ريال
جمع كل برق مصرفي ساختمان	293 kw

جدول 7 - درآمدهاي اوليه و درآمد هاي ساليانه

عدم خريد انشعاب برق	350000000 ريال
درآمد سالانه ناشي از عدم پرداخت قبوض برق	467999400 زيال
درآمد سالانه فروش برق مازاد به توانير	730399860 ريال

جدول 8 - محاسبات اقتصادي سناريوي اول

هزينه اوليه پروژه (خالص)	2780000000 ريال
سود خالص ساليانه پروژه	913199260 ريال
SPP) دوره بازگشت ساده طرح	3 سال

سناريوي دوم
نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد برق براي تأمين برق مصرفي و استفاده از چيلر تراكمي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي آزاد (اجراي طرح تحول اقتصادي) *در اين سناريو مشخصات چيلر تراكمي و موتور دقيقاً مثل سناريوي اول است و در اين سناريو دوباره تكرار نشده است.


جدول 9- قيمت انرژي با تعرف ههاي آزاد

قيمت گاز طبيعي نيروگاهي براي هر متر مكعب	100 ريال
قيمت برق شبكه براي هر كيلووات ساعت
دوره كم باري	374ريال
دوره ميان باري	748 ريال
دوره پر باري	1495 ريال

جدول 10 - هزينه هاي اوليه و هزينه ساليانه تجهيزات

چيلر تراكمي يك عدد به ظرفيت 100 تن تبريد	530000000 ريال
خريد ، نصب و راه اندازي موتور گازسوز	2600000000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه چيلرها	24000000 ريال
هزينه سوخت سالانه موتور	141400000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه موتورژنراتور	190000000 ريال

جدول 11 - درآمدهاي اوليه و درآمد هاي ساليانه

عدم خريد انشعاب برق	350000000 ريال
درآمد سالانه ناشي از عدم پرداخت قبوض برق	1877075760 ريال
درآمد سالانه فروش برق مازاد به توانير	915543000 ريال

جدول 12 - محاسبات اقتصادي سناريوي دوم

هزينه اوليه پروژه (خالص)	2780000000 ريال
سود خالص ساليانه پروژه	2436218760 ريال
SPP) دوره بازگشت ساده طرح	1.14 سال

سناريوي سوم نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد توليد ه مزمان برق و حرارت براي تأمين برق مصرفي و حرارت مورد نياز . چيلر جذبي و استفاده از چيلر جذبي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي كنوني مطابق شكل 2

جدول 13 - مشخصات مربوط به چيلر جذبي

مصرف برق چيلر تراكمي	8kw
آب در گردش برج خنك كن	400gpm
مشخصات پمپ برج خنك كن	210gpm 30 و ظرفيت ft سه عدد پمپ با هد 2.2 – يك پمپ جهت رزرو kw توان مصرفي هر يك
دبي آب سرد در گردش	240gpm
مشخصات پمپ آب سرد در گردش	82 gpm 80 و دبي ft چهار عدد پمپ با هد 2.2 – يك پمپ جهت رزرو kw توان مصرفي هر
جمع كل برق مصرفي ساختمان	220kw
جمع كل آب گرم مصرفي	220gpm

جدول 14 - مشخصات موتور

نام موتور	CUMMINS
مدل موتور	TCM688G
توان خروجي موتور در حالت دائم كار	554 كيلو وات
ميزان آب گرم توليدي توسط بازيافت حرارت از موتور با مشخصات مورد نياز چيلر جذبي	18 °C 220 با اختلاف درجه gpm
گاز مصرفي	178m3/h

جدول 15 - قيمت انرژي با تعرف ههاي كنوني

قيمت گاز طبيعي نيروگاهي براي هر متر مكعب	50 ريال
قيمت برق شبكه براي هر كيلووات ساعت
دوره كم باري	36ريال
دوره ميان باري	143 ريال
دوره پر باري	470 ريال

جدول 16 - هزينه هاي اوليه و هزينه ساليانه تجهيزات

چيلرجذبي يك عدد با ظرفيت 100 تن تبريد	720000000 ريال
خريد، نصب و راه اندازي موتورژنراتور گازسوز	3000000000 ريال
خريد بويلر	نداريم**
هزينه تعمير و نگهداري سالانه چيلر	20000000 ريال
هزينه سوخت سالانه موتور	71200000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه موتورژنراتور	200000000 ريال
هزينه سوخت سالانه بويلر	0

** ميزان آب گرم توليدي توسط بازيافت حرارت موتور با دبي مشخص شده در بالا، تمام آب گرم مورد نياز چيلر جذبي را تأمين مي نمايد و لذا نيازي به نصب بويلر كمكي وجود ندارد.

جدول 17 - درآمدهاي اوليه و درآمد هاي ساليانه

عدم خريد انشعاب برق	350000000 ريال
درآمد سالانه ناشي از عدم پرداخت قبوض برق	364242696 ريال
درآمد سالانه فروش برق مازاد به توانير	960447060 ريال

جدول 18 - محاسبات اقتصادي سناريوي سوم

هزينه اوليه پروژه (خالص)	3370000000 ريال
سود خالص ساليانه پروژه	1033489756 ريال
SPP) دوره بازگشت ساده طرح	3.26 سال

سناريوي چهارم
نصب يك عدد پكيج موتورژنراتور گازسوز مولد توليد هم زمان برق و حرارت براي تأمين برق مصرفي و حرارت مورد نياز چيلر جذبي و استفاده از چيلر جذبي براي تأمين سرما در وضعيت تعرفه هاي آزاد (اجراي طرح تحول اقتصادي) *در اين سناريو مشخصات چيلر جذبي و موتور دقيقاً مثل سناريوي سوم است و در اين سناريو دوباره تكرار نشده است.
جدول 19 - قيمت انرژي با تعرف ههاي آزاد

قيمت گاز طبيعي نيروگاهي براي هر متر مكعب	100 ريال
قيمت برق شبكه براي هر كيلووات ساعت
دوره كم باري	374ريال
دوره ميان باري	748 ريال
دوره پر باري	1495 ريال

جدول 20 - هزينه هاي اوليه و هزينه ساليانه تجهيزات

چيلرجذبي يك عدد با ظرفيت 100 تن تبريد	720000000 ريال
خريد، نصب و راه اندازي موتورژنراتور گازسوز	3000000000 ريال
خريد بويلر	نداريم**
هزينه تعمير و نگهداري سالانه چيلر	20000000 ريال
هزينه سوخت سالانه موتور	142400000 ريال
هزينه تعمير و نگهداري سالانه موتورژنراتور	200000000 ريال
هزينه سوخت سالانه بويلر	0

جدول 21 - درآمدهاي اوليه و درآمد هاي ساليانه

عدم خريد انشعاب برق	350000000 ريال
درآمد سالانه ناشي از عدم پرداخت قبوض برق	1397565360 ريال
درآمد سالانه فروش برق مازاد به توانير	1203903000 ريالل

جدول 22 - محاسبات اقتصادي سناريوي دوم

هزينه اوليه پروژه (خالص)	3370000000 ريال
سود خالص ساليانه پروژه	2239068360 ريال
SPP) دوره بازگشت ساده طرح	1.51 سال

نتيجه گيري
به كارگيري سيستم هاي توليد پراكنده براي تأمين نيازهاي انرژي بخش مسكوني علاوه بر كاهش هزينه هاي ناشي از انتقال و توزيع برق در شبكه و نيز كاهش هزينه هاي سنگين نيروگاه هاي بزرگ در ساخت، بهره برداري ونگهداري، موجب كاهش مصرف سوخت و افزايش بهره وري انرژي در مجموعه مي شود. احداث سيستم هاي توليد پراكنده با به كارگيري موتور احتراقي گازسوز، با توجه به ارزيابي هاي انجام شده ديگران بر مبناي قيمت هاي داخلي انرژي و سرمايه گذاري، داراي دوره بازگشت سرمايه كوتاهي بوده و از توجيه اقتصادي بالايي برخوردار است. در اين مقاله چهار نوع با چيلرهاي تراكمي و جذبي با قيمت هاي مختلف انرژي در ايران بررسي شد و نتايج به دست CCHP تركيب سيستم هاي آمده نشان م يدهد كه تركيب اي نگونه سيستم ها با چيلرهاي تراكمي در ظرفيت هاي زير 200 تن تبريد براي تأمين بار برودتي مورد نياز، بيشترين توجيه اقتصادي را نسبت به حالت هاي ديگر دارد.



به این امید که این مطلب کافی و جامع باشد

[RM10]

باید بگم اطلاعات شما در این زمینه بسیار خوب است