مطالعه و بررسی میکروتوربین ها، پایان نامه مهندسي مکانیک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

پایان نامه مطالعه و بررسی میکروتوربین ها، مهندسی مکانیک

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

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۳۰

چکیده:
این پایان نامه مشتمل بر شش فصل می باشد که به مطالعه و بررسی میکروتوربین ها و تکنولوژی آن می پردازد. قدرت تطبیق با کاربردهای مختلف، حجم کوچک،‌دوام زیاد، عدم نیاز به تعمیرات گسترده و … سبب شده است که میکروتوربین‌ها انقلابی در عرصه‌ی صنعت تولید انرژی الکتریکی و مکانیکی به وجود آورند و به بخشی جدانشدنی از آینده‌ ی صنعت تولید انرژی تبدیل شوند. میکروتوربین ها با داشتن مزایای بالا و هم چنین آلایندگی بسیار پایین آینده ی صنعت تولید انرژی را شکل داده و به عرصه ی مناسبی جهت سرمایه‌گذاری تبدیل شده اند. در این پروژه به بیان این مزایا و کاربردهای مختلف میکروتوربین 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 ۹۰ 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 ۹۰% 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
۱-۱- مقدمه
۱-۲- کاربرها
۱-۳- شرح تکنولوژی
۱-۳-۱- ژنراتور
۱-۳-۲- دستگاه های حفاظت گرمایی
۱-۳-۳- یاتاقان
۱-۳-۴- الکترونیک قدرت
۱-۳-۵- عملکرد
۱-۴- تاریخچه میکروتوربینها
۱-۴-۱- اجرای طرح ها
۱-۵- معرفی میکروتوربین های گازی،کاربرد و شرکت های سازنده آن
۱-۵-۱- اجزای میکروتوربین
۱-۵-۲- سیستم عملکردی میکروتوربین
۱-۵-۳- میکروتوربینهای ساده
۱-۵-۴- قیمت و شرکت های تولید کننده میکروتوربین های رکوپراتودار و ساده
۱-۵-۵- میکروتوربینها بر اساس سیستم تولید همزمان برق و گرما
۱-۵-۶- راندمان میکروتوربین ها در سیستم هایCHP
۱-۵-۷- کاربردها
۱-۶- نتیجه گیری
فصل دوم: تکنولوژی میکروتوربین های گازی
۲-۱- معرفی
۲-۲- مشخصات عمومی میکروتوربین ها
۲-۳- میکروتوربین ها بر اساس سیستم های تولید همزمان
۲-۳-۱- میکروتوربین های دارای رکوپراتور
۲-۴- سیستم عملکردی میکروتوربین
۲-۵- توزیع تولید با استفاده از میکروتوربین ها
۲-۶- میزان آلاینده‌های تولیدی در واحدهای مختلف(PPM)
۲-۷- گسترش میکروتوربین هادرآمریکا
۲-۸- شبیه سازی احتراق سوخت گازوئیل در محفظه احتراق میکروتوربین
۲-۹- معادلات حاکم
۲-۹-۱- معادله بقای جرم
۲-۹-۲- معادله بقای مومنتوم
۲-۹-۳- معادله انرژی مدل احتراق غیر پیش مخلوط
۲-۱۰- مدل ها
۲-۱۰-۱- توربولانس
۲-۱۰-۲- مدل سازی فاز گسسته
۲-۱۰-۳- احتراق غیر پیش مخلوط
۲-۱۰-۴- هندسه
۲-۱۰-۵- شرایط مرزی
۲-۱۰-۶- حل عددی
۲-۱۱- نتیجه گیری

فصل سوم: مدل سازی ترمودینامیکی و تحلیل عملکرد میکروتوربین در تولید همزمان حرارت و قدرت
۳-۱- کلیات
۳-۲- مدلسازی ترمودینامیکی سیکل میکروتوربین
۳-۲-۱- معادلات موازنه جرم و انرژی
۳-۲-۱-۱-کمپرسور هوا )فرآیند۲-۱)
۳-۲-۱-۲- رکوپراتور(فرآیند۳-۲ و۶-۵ )
۳-۲-۱-۳- محفظه احتراق (cc)
۳-۲-۱-۴- فشار خروجی از محفظه احتراق
۳-۲-۱-۵- توربین (فرایند ۵-۴)
۳-۲-۱-۶- مولد بخاربازیافت حرارت(HRSH)
۳-۲-۱-۷- راندمان ومصرف ویژه سوخت
۳-۲-۲- ارزیابی صحت مدل
۳-۳- نتیجه گیری
فصل چهارم: مطالعات امکان سنجی تولید سیستمهای همزمان برق و حرارت برمبنای میکروتوربین های گازی
۴-۱- معرفی محصول
۴-۱-۱- نام و کد آیسیک محصول
۴-۱-۲- شماره تعرفه گمرکی
۴-۱-۳- شرایط واردات
۴-۱-۴- بررسی و ارائه استاندارد
۴-۱-۵- بررسی و ارائه اطلاعات لازم در زمینه قیمت تولید داخلی و جهانی محصول
۴-۱-۶- توضیح موارد مصرف و کاربرد
۴-۱-۷- مشخصات یک سیستم ایده آل برای نصب و اجرای تولید همزمان
۴-۲- مواردی از کاربرد سیستم CHP در صنعت و بخش های عمومی
۴-۲-۱- بخش صنعت
۴-۲-۲- بخش عمومی
۴-۲-۳- عمده دلایل استفاده از میکروتوربینهای گازی در CHP
۴-۳- تعمیر و نگهداری
۴-۴- بازیابی حرارت اتلافی در توربینهای گازی با فناوری CHP
۴-۵- بررسی کالاهای جایگزینی و تجزیه و تحلیل اثرات آن بر مصرف محصول
۴-۶- اهمیت استراتژیکی کالا در دنیای امروز
۴-۶-۱- روستای ماس الیزابت تاون در ایالت پنسیلوانیا
۴-۶-۲- مناطق مسکونی در شمال سنت پترزبورگ روسیه
۴-۶-۳- شرایط صادرات
۴-۶-۴- وضعیت عرضه و تقاضا
۴-۶-۵- بررسی روند مصرف
۴-۶-۶- بررسی نیاز به محصول با اولویت صادرات تا پایان برنامه چهارم
۴-۶-۷- بررسی اجمالی تکنولوژی و روش های تولید و عرضه محصول در کشور ومقایسه آن با دیگر کشورها
۴-۷- مشخصات عمومی میکروتوربینها
۴-۸- میکروتوربینها بر اساس سیستمهای تولید همزمان(CHP)
۴-۹- تعیین نقاط قوت و ضعف تکنولوژی های مرسوم)به شکل اجمالی( در فرآیند تولیدمحصول
۴-۹-۱- هزینه های آب، برق، گاز و تلفن
۴-۹-۲-هزینه خرید تجهیزات سیستم تولید همزمان برق و حرارت از سازندگان
۴-۹-۳- هزینه خدمات فروش (از قبیل حمل، نصب و راه اندازی)
۴-۹-۴- هزینه خدمات پس از فروش
۴-۹-۵- هزینه خرید میکروتوربین
۴-۱۰- پیشنهاد منطقه مناسب برای اجرای طرح
۴-۱۱- وضعیت حمایت های اقتصادی و بازرگانی
۴-۱۲- تجزیه و تحلیل و ارائه جمع بندی و پیشنهاد نهایی در مورد احداث واحدهای جدید
فصل پنجم: مقایسه و ارزیابی استراتژیک جذابیت تکنولوژی های میکروتوربین و دیزلی در ایران
۵-۱- کلیات
۵-۲- تولید پراکنده یاDG
۵-۲-۱- تولیدات پراکنده انرژی الکتریکی
۵-۲-۲- تکنولوژی های تولید پراکنده
۵-۲-۳- ارزیابی اقتصادی فن اوری های تولید پراکنده
۵-۳- تکنولوژی میکروتوربین
۵-۴- تکنولوژی دیزلی
۵-۵- روش تحقیق
۵-۵-۱- دلایل انتخاب روشAHP (تحلیل سلسله مراتبی) به عنوان روش تحقیق
۵-۵-۲- مروری بر فرآیند تحلیل سلسله مراتبی
۵-۵-۲-۱- مرحله اول) مقایسات زوجی
۵-۵-۲-۲-مرحله دوم) استخراج ضریب اهمیت هر یک ازماتریس ها و تلفیق وزن ها و استخراج اوزان نهایی)
۵-۵-۲-۳- مرحله سوم) محاسبه نرخ سازگاری (CR)
۵-۵-۳- درخت معیارها جهت تهیه مدل ارزیابی
۵-۵-۴- فرآیند اجرای ارزیابی ، ایجاد مدل و مقایسه ی گزینه ها
۵-۶- نتایج
۵-۷- پیشنهاد
فصل ششم: میکرونیروگاه آبی ( میکروتوربین)
۶-۱- تولید برق از منابع و پتانسیل های آبی
۶-۲- معرفی پکیج میکرو ژنراتور KTP
۶-۲-۱- اجزاء اصلی پکیج میکرو ژنراتور
۶-۳- موفقیت محققان ایرانی در تولید میکرو توربین های آبی
منابع
فهرست اشکال
عنوان
شکل۱-۱: سیستم میکروتوربین
شکل ۱-۲: حمل و نقل یک سیستم میکروتوربین گازی با یک جرثقیل معمولی
شکل۱-۳: سادگی ساختار میکروتوربین گازی
شکل۱-۴: اجزاء اصلی میکروتوربین ها
شکل ۱-۵: دیاگرام یک میکروتوربین رکوپراتور دار بر اساس واحد تولید همزمان
شکل۱-۶: کاربردهای متنوع میکروتوربین ها
شکل۲-۱: ساختار یک اسپری ساده
شکل ۲-۲:مدل سه بعدی برش خورده از اتاق احتراق
شکل ۲-۳: کانتور فشار در محفظه احتراق میکروتوربین
شکل۲-۴: بردارهای سرعت در محفظه احتراق، رنگها نشانگر انداز ه ی سرعت می باشد
شکل۲-۵: کانتور عدد ماخ در محفظه احتراق
شکل۲-۶: کانتور چگالی محفظه احتراق
شکل۲-۷: کانتور دمای محفظه احتراق، در اثر احتراق سوخت گازوئیل
شکل۲-۸: کانتور دمای لاینر محفظه احتراق
شکل۲-۹: کانتور کسر مخلوط سوخت در محفظه احتراق
شکل ۲-۱۰: نمودار تغییرات کسر مخلوط سوخت
شکل۲-۱۱:کانتور نرخ تبخیر قطرات سوخت
شکل ۲-۱۲:کانتور نحوه ی حرکت سوخت اتمیزه شده در محفظه احتراق
شکل۲-۱۳: توزیع دمای مقطع خروجی محفظه احتراق
شکل۲-۱۴: توزیع سرعت گاز در مقطع خروجی
شکل۳-۱: دیاگرام یک میکروتوربین رکوپراتوردار
شکل ۳-۲: دیاگرام شماتیک و سیکل ترمودینامیکی میکروتوربین گازی
شکل۳-۳: مقایسه داده های تجربی و نتایج شبیه سازی
شکل۳-۴ :راندمان میکروتوربین به صورت تابعی از نسبت فشار کمپرسور و دمای احتراق توربین گاز
شکل۳-۵:تاثیر دمای محیط بر عملکرد میکروتوربین
شکل۴-۱: روستای ماس با مساحت ۵۶۷ هکتار و جمعیت ۱۷۳۷ نفر
شکل ۴-۲: سی و هشت میکروتوربین کپستون روشنایی منطقه اسکی رسورت، مرکز ورزشی ایگورا درروسیه و ۵۴ کیلومتر از نزدیکترین خط برق را به همراه تمام نیاز آنها به کاربردCHPرا فراهم می کند
شکل۴-۳: میزان کل مشترکین و مشترکین مورد نظر به تفکیک هر استان
شکل۴-۴: سیکل رکوپراتور با کولرداخلی
شکل۴-۵: سیکل رکوپراتور تحت فشار
شکل ۵-۱: مقایسه دوره ی بازگشت سالانه سرمایه
شکل ۵-۲ :نمایی از درخت سلسله مراتب تصمیم
شکل۵-۳: درخت معیارها جهت تهیه مدل ارزیابی
شکل ۵-۴: ارجحیت معیارهای اصلی نسبت به هم
شکل ۵-۵: مقایسه و ارجحیت بندی دو تکنولوژی نسبت به هم از دید معیارها
شکل ۶-۱: نمایی از تولید برق
شکل ۶-۲: توان خروجی
شکل ۶-۳: معرفی اجزای اصلی پکیج میکرو ژنراتور

فهرست جدول ها
عنوان
جدول ۱-۱: مشخصه های عملکردی میکروتوربینهای تجاری رایج
جدول۱-۲: ویژگی های کلی میکروتوربین ها
جدول۱-۳:مزایا و معایب میکروتوربین ها
جدول۱-۴: ویژگیهای میکروتوربینهای سازندگان متفاوت با سوختهای متفاوت بر اساس سیستم تولید همزمان
جدول۱-۵: ویژگی ها و هزینه های میکروتوربین های رکوپراتور دار و ساده بر اساس سیستم های تولید همزمان
جدول ۳-۱: پارامترهای طراحی میکروتوربین و شرایط شبیه سازی
جدول ۴-۱: انواع سیستمهای مختلفCHP
جدول ۴-۲: کد آیسیک ۳ محصول
جدول ۴-۳: مشخصات فنی این دو سیکل همراه با سیکل رکوپراتور ساده برای یک میکروتوربین با توان ۳۵۰کیلووات
جدول ۴-۴: میزان آلاینده های تولیدی در واحدهای مختلف
جدول ۴-۵: اولویتبندی استانهای منتخب بر اساس بالاترین پتانسیل مشتری
جدول ۵-۱: داده های انتشار آلاینده های هوا
جدول۵-۲: داده های فنی و محاسبات اقتصادی
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 ۱۹۵۰ تحت مطالعه صنعت اتوماتیک قرار گرفتند. میکرو توربین ها اطراف ۱۹۹۷ وارد میدان تست شدند. و سرویس تجاری آن در سال ۲۰۰۰ برای نخستین بار شروع شد.
محدوده سایز میکروتوربین های موجود و توسعه یافته از ۳۰ تا ۴۰۰ کیلو وات می باشد.در صورتی که محدوده سایزهای مرسوم توربین گازی از ۵۰۰ کیلو وات تا ۳۵۰ 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 (۱-۱) الگو و طرح یک میکرو توربین که پایه اش سیستم CHP است نشان داده شده.
در بیشتر آرایش های یک توربین سرعت بالا (۱۰۰۰۰۰rpm) یک ژنراتور سرعت بالا که جریان مستقیم (DC) تولید می کند، و توان معکوس الکتریکی برابر با ۶۰ هرتز (یا ۵۰هرتز) AC دارد کار می کند . سیستم های میکرو توربین ۲۵ 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 ۳۳-۲۵ موثر می باشند . عموما تاثیرات بر روی فعالیت مفید بازده کاهش داده می شوند.
این 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.