عنوان:  پایان نامه مطالعه و بررسی میکروتوربین ها، مهندسي مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 130

چکیده:
این پایان نامه مشتمل بر شش فصل می باشد که به مطالعه و بررسی میکروتوربین ها و تکنولوژی آن می پردازد. قدرت تطبيق با كاربردهاي مختلف، حجم كوچك،‌دوام زياد، عدم نياز به تعميرات گسترده و … سبب شده است كه ميكروتوربين‌ها انقلابي در عرصه‌ي صنعت توليد انرژي الكتريكي و مكانيكي به وجود آورند و به بخشي جدانشدني از آينده‌ ي صنعت توليد انرژي تبديل شوند. ميكروتوربين ها با داشتن مزاياي بالا و هم چنين آلايندگي بسيار پايين آينده ي صنعت توليد انرژي را شكل داده و به عرصه ي مناسبي جهت سرمايه‌گذاري تبديل شده اند. در اين پروژه به بيان اين مزايا و كاربردهاي مختلف ميكروتوربين ها پرداخته شده است.
میکروتوربین تکنو لوژی و فناوری پیشرفته در صنعت تولید همزمان انرژی الکتریکی، بخار، گرمایش و سرمایش، سبک، کوچک، بی صدا اما پرقدرت توانمند و با بازدهی راندمان بیش از 90 درصدهستندو بدون هیچگونه آلایندگی محیط زیستی ، بهره مندی همزمان و مشترک از بازدهی های ایزنیتروپیک کمپرسور. بازدهی ایزنیتروپیک توربین نسبت به فشار و دمای ورودی به توربین گاز طراحی و ساخته شده با این تکنولوژی پیشرفته میکروتوربین ها بیشترین راندمان را در عرصه های تولید همزمان برق و انرژی گرمایشی و انرژی سرمایشی دارند. بازدهی بیش از 90% این دستگاه تولید پدیده ای در صنعت مولد های برق و حرارت می باشد با توجه به راندمان بالا جایگاه ویژه ای در اقتصادی بودنش دارد. این مزیت های خاص در یک دستگاه اهمیت و کارایی آن را مشخص می نماید بدین جهت نیز مشتریان زیادی را در جهان دارد. با توجه به تمامی ویژگی های خاصی که دارد و با توجه به کم حجم و بی صدا بودنش همچنین توانمندی در تولید همزمان برق و گرمایش و بخار و سرمایش، حضور میکروتوربین در کلیه واحدهای صنعتی واحدهای خدماتی شامل بیمارستان ها – هتل ها – موسسات تجاری – موسسات اداری – مجتمع های مسکونی – مجموعه‌های آموزشی – مجتمع های فرهنگی – مجتمع های ورزشی و…….. بهترین گزینه جهت تامین برق و گرمایش و بخار و سرمایش در کلیه مجتمع ها می باشد.

فهرست مطالب
عنوان
فصل اول: آشنایی با میکروتوربین ها
1-1- مقدمه
1-2- کاربرها
1-3- شرح تکنولوژی
1-3-1- ژنراتور
1-3-2- دستگاه های حفاظت گرمایی
1-3-3- ياتاقان
1-3-4- الكترونيك قدرت
1-3-5- عملكرد
1-4- تاریخچه میکروتوربینها
1-4-1- اجرای طرح ها
1-5- معرفي ميكروتوربين هاي گازي،كاربرد و شركت هاي سازنده آن
1-5-1- اجزاي ميكروتوربين
1-5-2- سيستم عملكردي ميكروتوربين
1-5-3- ميكروتوربينهاي ساده
1-5-4- قيمت و شركت هاي توليد كننده ميكروتوربين هاي ركوپراتودار و ساده
1-5-5- ميكروتوربينها بر اساس سيستم توليد همزمان برق و گرما
1-5-6- راندمان ميكروتوربين ها در سيستم هايCHP
1-5-7- كاربردها
1-6- نتيجه گيري
فصل دوم: تکنولوژی میکروتوربین های گازی
2-1- معرفی
2-2- مشخصات عمومی میکروتوربین ها
2-3- میکروتوربین ها بر اساس سیستم های تولید همزمان
2-3-1- میکروتوربین های دارای رکوپراتور
2-4- سیستم عملکردی میکروتوربین
2-5- توزيع توليد با استفاده از ميكروتوربين ها
2-6- ميزان آلاينده‌هاي توليدي در واحدهاي مختلف(PPM)
2-7- گسترش ميكروتوربين هادرآمريكا
2-8- شبيه سازي احتراق سوخت گازوئيل در محفظه احتراق ميكروتوربين
2-9- معادلات حاكم
2-9-1- معادله بقاي جرم
2-9-2- معادله بقاي مومنتوم
2-9-3- معادله انرژي مدل احتراق غير پيش مخلوط
2-10- مدل ها
2-10-1- توربولانس
2-10-2- مدل سازي فاز گسسته
2-10-3- احتراق غير پيش مخلوط
2-10-4- هندسه
2-10-5- شرايط مرزي
2-10-6- حل عددي
2-11- نتيجه گيري

فصل سوم: مدل سازي ترموديناميكي و تحليل عملكرد ميكروتوربين در توليد همزمان حرارت و قدرت
3-1- کلیات
3-2- مدلسازي ترموديناميكي سيكل ميكروتوربين
3-2-1- معادلات موازنه جرم و انرژي
3-2-1-1-كمپرسور هوا )فرآيند2-1)
3-2-1-2- ركوپراتور(فرآيند3-2 و6-5 )
3-2-1-3- محفظه احتراق (cc)
3-2-1-4- فشار خروجي از محفظه احتراق
3-2-1-5- توربين (فرايند 5-4)
3-2-1-6- مولد بخاربازيافت حرارت(HRSH)
3-2-1-7- راندمان ومصرف ويژه سوخت
3-2-2- ارزيابي صحت مدل
3-3- نتيجه گيري
فصل چهارم: مطالعات امکان سنجی تولید سیستمهاي همزمان برق و حرارت برمبناي میکروتوربین هاي گازي
4-1- معرفی محصول
4-1-1- نام و کد آیسیک محصول
4-1-2- شماره تعرفه گمرکی
4-1-3- شرایط واردات
4-1-4- بررسی و ارائه استاندارد
4-1-5- بررسی و ارائه اطلاعات لازم در زمینه قیمت تولید داخلی و جهانی محصول
4-1-6- توضیح موارد مصرف و کاربرد
4-1-7- مشخصات یک سیستم ایده آل براي نصب و اجراي تولید همزمان
4-2- مواردي از کاربرد سیستم CHP در صنعت و بخش هاي عمومی
4-2-1- بخش صنعت
4-2-2- بخش عمومی
4-2-3- عمده دلایل استفاده از ميكروتوربینهاي گازي در CHP
4-3- تعمیر و نگهداري
4-4- بازیابی حرارت اتلافی در توربینهاي گازي با فناوري CHP
4-5- بررسی کالاهاي جایگزینی و تجزیه و تحلیل اثرات آن بر مصرف محصول
4-6- اهمیت استراتژیکی کالا در دنیاي امروز
4-6-1- روستاي ماس الیزابت تاون در ایالت پنسیلوانیا
4-6-2- مناطق مسکونی در شمال سنت پترزبورگ روسیه
4-6-3- شرایط صادرات
4-6-4- وضعیت عرضه و تقاضا
4-6-5- بررسی روند مصرف
4-6-6- بررسی نیاز به محصول با اولویت صادرات تا پایان برنامه چهارم
4-6-7- بررسی اجمالی تکنولوژي و روش هاي تولید و عرضه محصول در کشور ومقایسه آن با دیگر کشورها
4-7- مشخصات عمومی میکروتوربینها
4-8- میکروتوربینها بر اساس سیستمهاي تولید همزمان(CHP)
4-9- تعیین نقاط قوت و ضعف تکنولوژي هاي مرسوم)به شکل اجمالی( در فرآیند تولیدمحصول
4-9-1- هزینه هاي آب، برق، گاز و تلفن
4-9-2-هزینه خرید تجهیزات سیستم تولید همزمان برق و حرارت از سازندگان
4-9-3- هزینه خدمات فروش (از قبیل حمل، نصب و راه اندازي)
4-9-4- هزینه خدمات پس از فروش
4-9-5- هزینه خرید میکروتوربین
4-10- پیشنهاد منطقه مناسب براي اجراي طرح
4-11- وضعیت حمایت هاي اقتصادي و بازرگانی
4-12- تجزیه و تحلیل و ارائه جمع بندي و پیشنهاد نهایی در مورد احداث واحدهاي جدید
فصل پنجم: مقايسه و ارزيابي استراتژيك جذابيت تكنولوژي هاي ميكروتوربين و ديزلي در ايران
5-1- کلیات
5-2- توليد پراكنده ياDG
5-2-1- توليدات پراكندة انرژي الكتريكي
5-2-2- تكنولوژي هاي توليد پراكنده
5-2-3- ارزيابي اقتصادي فن اوري هاي توليد پراكنده
5-3- تكنولوژي ميكروتوربين
5-4- تكنولوژي ديزلي
5-5- روش تحقيق
5-5-1- دلايل انتخاب روشAHP (تحليل سلسله مراتبي) به عنوان روش تحقيق
5-5-2- مروري بر فرآيند تحليل سلسله مراتبي
5-5-2-1- مرحله اول) مقايسات زوجي
5-5-2-2-مرحله دوم) استخراج ضريب اهميت هر يك ازماتريس ها و تلفيق وزن ها و استخراج اوزان نهايي)
5-5-2-3- مرحله سوم) محاسبه نرخ سازگاري (CR)
5-5-3- درخت معيارها جهت تهيه مدل ارزيابي
5-5-4- فرآيند اجراي ارزيابي ، ايجاد مدل و مقايسه ي گزينه ها
5-6- نتايج
5-7- پيشنهاد
فصل ششم: میکرونیروگاه آبی ( میکروتوربین)
6-1- تولید برق از منابع و پتانسیل های آبی
6-2- معرفی پکیج میکرو ژنراتور KTP
6-2-1- اجزاء اصلی پکیج میکرو ژنراتور
6-3- موفقيت محققان ايراني در توليد ميكرو توربين هاي آبي
منابع
فهرست اشکال
عنوان
شکل1-1: سیستم میکروتوربین
شكل 1-2: حمل و نقل يك سيستم ميكروتوربين گازي با يك جرثقيل معمولي
شكل1-3: سادگي ساختار ميكروتوربين گازي
شكل1-4: اجزاء اصلي ميكروتوربين ها
شکل 1-5: دياگرام يك ميكروتوربين ركوپراتور دار بر اساس واحد توليد همزمان
شكل1-6: كاربردهاي متنوع ميكروتوربين ها
شكل2-1: ساختار يك اسپري ساده
شكل 2-2:مدل سه بعدي برش خورده از اتاق احتراق
شكل 2-3: كانتور فشار در محفظه احتراق ميكروتوربين
شكل2-4: بردارهاي سرعت در محفظه احتراق، رنگها نشانگر انداز ه ي سرعت مي باشد
شكل2-5: كانتور عدد ماخ در محفظه احتراق
شكل2-6: كانتور چگالي محفظه احتراق
شكل2-7: كانتور دماي محفظه احتراق، در اثر احتراق سوخت گازوئيل
شكل2-8: كانتور دماي لاينر محفظه احتراق
شكل2-9: كانتور كسر مخلوط سوخت در محفظه احتراق
شكل 2-10: نمودار تغييرات كسر مخلوط سوخت
شكل2-11:كانتور نرخ تبخير قطرات سوخت
شكل 2-12:كانتور نحوه ي حركت سوخت اتميزه شده در محفظه احتراق
شكل2-13: توزيع دماي مقطع خروجي محفظه احتراق
شكل2-14: توزيع سرعت گاز در مقطع خروجي
شكل3-1: دياگرام يك ميكروتوربين ركوپراتوردار
شكل 3-2: دياگرام شماتيك و سيكل ترموديناميكي ميكروتوربين گازي
شكل3-3: مقايسه داده هاي تجربي و نتايج شبيه سازي
شكل3-4 :راندمان ميكروتوربين به صورت تابعي از نسبت فشار كمپرسور و دماي احتراق توربين گاز
شكل3-5:تاثير دماي محيط بر عملكرد ميكروتوربين
شکل4-1: روستاي ماس با مساحت 567 هکتار و جمعیت 1737 نفر
شکل 4-2: سی و هشت میکروتوربین کپستون روشنایی منطقه اسکی رسورت، مرکز ورزشی ايگورا درروسیه و 54 کیلومتر از نزدیکترین خط برق را به همراه تمام نیاز آنها به کاربردCHPرا فراهم می کند
شكل4-3: میزان کل مشترکین و مشترکین مورد نظر به تفکیک هر استان
شکل4-4: سیکل رکوپراتور با کولرداخلی
شکل4-5: سیکل رکوپراتور تحت فشار
شکل 5-1: مقايسه دوره ي بازگشت سالانه سرمايه
شكل 5-2 :نمايي از درخت سلسله مراتب تصميم
شكل5-3: درخت معيارها جهت تهيه مدل ارزيابي
شكل 5-4: ارجحيت معيارهاي اصلي نسبت به هم
شكل 5-5: مقايسه و ارجحيت بندي دو تكنولوژي نسبت به هم از ديد معيارها
شکل 6-1: نمایی از تولید برق
شکل 6-2: توان خروجی
شکل 6-3: معرفی اجزای اصلی پکیج میکرو ژنراتور

فهرست جدول ها
عنوان
جدول 1-1: مشخصه هاي عملكردي ميكروتوربينهاي تجاري رايج
جدول1-2: ويژگي هاي كلي ميكروتوربين ها
جدول1-3:مزايا و معايب ميكروتوربين ها
جدول1-4: ويژگيهاي ميكروتوربينهاي سازندگان متفاوت با سوختهاي متفاوت بر اساس سيستم توليد همزمان
جدول1-5: ويژگي ها و هزينه هاي ميكروتوربين هاي ركوپراتور دار و ساده بر اساس سيستم هاي توليد همزمان
جدول 3-1: پارامترهاي طراحي ميكروتوربين و شرايط شبيه سازي
جدول 4-1: انواع سیستمهاي مختلفCHP
جدول 4-2: کد آیسیک 3 محصول
جدول 4-3: مشخصات فنی این دو سیکل همراه با سیکل رکوپراتور ساده براي یک میکروتوربین با توان 350کیلووات
جدول 4-4: میزان آلاینده هاي تولیدي در واحدهاي مختلف
جدول 4-5: اولویتبندي استانهاي منتخب بر اساس بالاترین پتانسیل مشتري
جدول 5-1: داده هاي انتشار آلاينده هاي هوا
جدول5-2: داده هاي فني و محاسبات اقتصادي
آشنایی با میکروتوربین ها

 مقدمه
میکرو توربین ها مولد های الکتریکی کوچکی هستند که به وسیله سوزاندن سوخت های مایع و گازی سرعت های بالا چرخش را در محورهای یک ژنراتور الکتریکی ایجاد می کند. تکنولوژی توربین امروزی نتیجه پیشرفت و توسعه کار با توربین های گازی خود کار ثابت کوچک است.تجهیزات انرژی معین وتوربوژنراتورها دستگاه هایی بودند که با شروع سال 1950 تحت مطالعه صنعت اتوماتیک قرار گرفتند. میکرو توربین ها اطراف 1997 وارد میدان تست شدند. و سرویس تجاری آن در سال 2000 برای نخستین بار شروع شد.
محدوده سایز میکروتوربین های موجود و توسعه یافته از 30 تا 400 کیلو وات می باشد.در صورتی که محدوده سایزهای مرسوم توربین گازی از 500 کیلو وات تا 350 مگا وات می باشد. میکروتوربین ها در سرعت های بالا کار می کنند. و هما نند توربین های گازی بزرگ در تولید انرژی یا در سیستم های ترکیبی گرما و انرژی (CHP) می توانند مورد استفاده قرار گیرند. آنها بوسیله نوعی از سوخت ها که شامل : گاز طبیعی ، گاز های ترش و گاز های مایع همچون بنزین ، نفت چراغ و سوخت دیزل و گرمایش هر فرآورده نفتی می توانند به کار انداخته شوند. در کاربرد های بازیابی منبع : آن گاز های تلف شده سوخته شده در غیر این صورت تمایل دارند که شعله ور شوند یا مستقیما به داخل اتمسفر (هوا) آزاد شوند.
طراحان آن قابلیت از سیستم های توان کمکی را برای استفاده بر روی هواپیما در سطح تجاری را با طرح و ساخت اقتصادی از میکروتوربین ها ترکیب می کنند . هدف آن واحد ها در CHP و آماده کردن کاربرد های انرژی در ساختار های تجاری و کاربرد های صنعتی سبک می باشد . در شکل (1-1) الگو و طرح یک میکرو توربین که پایه اش سیستم CHP است نشان داده شده.
در بیشتر آرایش های یک توربین سرعت بالا (100000rpm) یک ژنراتور سرعت بالا که جریان مستقیم (DC) تولید می کند، و توان معکوس الکتریکی برابر با 60 هرتز (یا 50هرتز) AC دارد کار می کند . سیستم های میکرو توربین 25 موثر بوسیله استعمال کردن یک رکوپراتور (دستگاه حفاظت گرما) که خروجی گرما را بر می گرداند داخل ورودی سیستم هوا ، مستعد تولید کردن انرژی در حدود 33-25 موثر می باشند . عموما تاثیرات بر روی فعالیت مفید بازده کاهش داده می شوند.
اين سیستم ها خنک کننده هوا و گاهی در طراحی یا طا قان های هوا استفاده می شوند.بدین وسیله هر دو هوا و سیستم های نفتی( روغن ) حذف شده بوسیله موتور های رفت و برگشتی مورد استفاده قرار می گیرند . انتشار ضعیف سیستم های احتراق ثابت شده هستند که اجرای ا نتشارها بوسیله توربین‌های گازی بزرگ فراهم می شود. آن پتانسیل در کاربرد های واقعی برای کاهش نگهداری و بیشترین کارآیی و دوام هست بطور مدام نشان داده شده .

میکرو توربین ها ایده مناسب می باشند برای کاربرد های تولید توزیع شده ناشی از قابلیت انعطاف در روش های اتصال ، وجود قابلیت انباشتن موازی در بکار بردن بار فشار وسیع ، قابلیت در آماده کردن پایدار و قابل اطمینان و انتشار های ضعیف .

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.