در سال 1385 از مجموع قدرت نامی نیروگاه های کشور (4/46 هزار مگابایت) بیشترین سهم با حدود 5/23 هزار مگاوات (4/50 درصد) مربوط به نیروگاه های گازی و چرخه ترکیبی که حدود 65 درصد آن نیز نیروگاه های گازی با راندمان پایین تشکیل می دهند، می باشد. بر این اساس علی رغم افزایش قدرت عملی نیروگاه­ها از 2/37 درصد در سال 1382 به 9/43 در سال 1385، راندمان کاهش یافته است. در این راستا رشد مصرف سوخت در دوره مذکور با رشد متوسط سالیانه 7/8 درصد از 233 به 320 میلیون بشکه معدل نفت خام و در نتیجه و در نتیجه تلفات تبدیل نیروگاه­های حرارتی از 152 به 200 میلیون بشکه معادل نفت خام افزایش یافته است. در حالی که رشد تولید برق در همین دوره 95/7 درصد را نشان     می­دهد که نشانگر مصرف زیاد سوخت برای تولید برق یا به عبارت دیگر عدم بهینه بودن عملکرد  نیروگاه­های حرارتی می­باشد. بدین ترتیب از آمارهای فوق به راحتی می­توان فهمید که در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی در نیروگاه­های کشور اقدامی صورت نگرفته است. حال آنکه در سال­های اخیر بحران انرژی ناشی از کاهش منابع انرژی­های فسیلی و افزایش قیمت آن، یکی از مسائل مهم و روز دنیا گردیده است که باعث افزایش هزینه­ های انرژی و در نتیجه افزایش قیمت تمام شده محصولات صنایع مختلف شده است. همچنین آلودگی محیط زیست، قانون های گذاشته شده و جریمه های سنگین جهت کاهش تولید گازهای گلخانه ای لزوم کاهش مصرف انرژی را واضح تر نشان می دهد. به همین دلیل سیاست گذاران و صاحبان صنایع در د نیا به فکر چاره جویی افتادند که حاصل آن ابداع طرح های گوناگون برای روبرو شدن با این موضوع در طی سال های اخیر می باشد. یک روش مورد صرفه جویی بهینه سازی در مصرف انرژی است که برای دست یافتن به این هدف راهکارهای گوناگونی ارائه شده است. گام اول برای کاهش مصرف انرژی در سیستم های مختلف شناسایی و تحلیل مناسب سیستم های حرارتی و بررسی عملکرد تجهیزات می باشد. در این راستا روش های اگزرژی، پینچ، پینچ اگزرژی و. ترمواکونومیک روش های متداول برای تحلیل اجزاء سیستم های حرارتی می باشد که به کمک هر یک از آنها می توان عملکرد تجهیزات را بررسی نمود. حال آنکه از این روش ها به طور منفرد تا کنون استفاده شده است. بحث کاربردی که در زمینه باز یافت انرژی مطرح گردید، انتگراسیون فرایند (انرژی) بود. انتگراسیون فرایند در مفهوم گسترده خود جایی معنا پیدا می کرد که در یک دستگاه بیش از یک هدف فرایندی تامی شود و منظور، بهینه سازی مصرف انرژی در کل واحد مورد مطالعه می باشد. از ابزارهای مفیدی که در انتگراسیون انرژی ابداع گردیده است تکنولوژی پینچ می باشد. این تکنولوژی با فراهم آوردن این امکان برای مهندسان که گرما را از تمامی جریان های فرایند جمع کرده و در مکان های مورد نیاز استفاده کند، توانسته است اعمال انتگراسیون فرایند را ساده تر نمایند. اهداف تکنولوژی پینج رسیدن به حداکثر انرژی باز یافت شده در سیستم حرارتی فرایند و به حداقل رساندن مقدار انرژی گرمایشی و سرمایشی مصرفی مورد نیاز فرایند از منابع خارجی (یوتیلیتی ها) و به تبع آن کاهش هزینه انرژِی مصرفی می باشد. محدودیت  اصلی تکنولوژی پینچ این است که تنها به تحلیل حرارتی سیستم ها پرداخته و قادر به بررسی توان با کار محوری سیستم ها نمی باشد. بنابراین در سیستم های مانند سیکل های خنک کاری و کراجنیک که علاوه بر انرژی حرارتی با توان یا کار محوری نیز سرو کار دارند می بایست تکنولوژی پینچ را توسعه داد. از آنجا که آنالیز اگزرژی روش موثری برای بررسی توان و کار محوری می باشد می توان با ترکیب مناسب آنالیز اگزرژی و تکنولوژی پینچ به راه حل عملی و مفیدی جهت برری همزمان انرژی حرارتی و کار محوری سیستم­ها دست یافت. این تکنیک آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی یا به اختصار CPEA نامیده می شود. یکی از روش های مفهومی که به وسیله محققان و دانشمندان برای تحلیل و بهینه سازی سیستم­های انرژی به کار می رود به نام تمواکونومیک شناخته می­ شود.
ترمواکونومیک شاخه ای از ترمو دینامیک کاربردی است که با روش های بهینه سازی و تحلیل فرایند بر مبانی قانون دوم و مفهوم اگزرژی سر و کار دارد. تحلیل تمواکونومیک به تنهایی شامل تکنیک های بهینه سازی نمی گردد بلکه این روش تابع هدف را تعیین می نماید و سپس بهینه سازی واقعی عملکرد فرایند (دستیابی به خروجی مشخص شده با مناسب ترین ترکیب پارامترهای تولید) به وسیله روش های مفهومی تکرار شونده، ریاضیاتی و با تکنیک­های هوش مصنوعی انجام می­ شود.
 
فصل اول
کلیات
 
اهداف تحقیق

• انتخاب بهینه پارامترهای عملیات سیکل ترکیبی منتظور همان متغیرهای تصمیم گیری است که در بهینه کردن تابع هدف مورد تحلیل و ارزیابی قرار می­گیرد.
• مقایسه نتایج بدست آمده از روش ترمواکونومیک یا تحلیل به کمک نرم افزار مطلب.
• ایجاد تغییرات در طراحی سیکل و پارامترهای ترمودینامیکی آن که می تواند سبب افزایش راندمان سیکل شود.
• به کمک روش ترمو اکونومیک، می توان تمام اجزاء مورد نظر سیکل را مورد تحلیل و ارزیابی قرار داد. علاوه بر این محاسبه قیمت تمام شده برای هر جریان ارائه می­گردد که می­توان از آن در محاسبات اقتصادی مختلفی استفاده نمود.

پیشینه تحقیق

لیم هاف و دُل[1] از آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی برای تحلیل سیستم­های خنک کاری دما پایین استفاده کردند، آنها با بهره گرفتن از این روش، کار محوری مورد نیاز را 83/3 مگاوات کاهش دادند.
زِنگ و دُل[2] آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی را در مورد سیکل ترکیبی توربین بخار و توربین گازی سیکل بسته اعمال کردند و به آرایش بازده سیکل در حدود 82/0 درصد دست پیدا کردند.
فاورات و استاین[3] تکنولوژی را با بهره گرفتن از فاکتورهای اگزرژی توسعه دادند و از آن در تحلیل سیستم­های تولید همزمان و پمپ های حرارتی استفاده نمودند.
فنگ و زو[4] آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی را در مورد یک سیکل ترکیبی توربین بخار و توربین گازی اعمال کردند. در این سیکل دمای هوای ورودی به توربین گاز در کوره افزایش می یابد و محصولات احتراق از توربین گاز عبور نمی­ کنند. افزایش بازده سیکل ترکیبی مورد مطالعه در حدود 74/1 درصد محاسبه گردیده است.
مّنینن و زو[5] بررسی­های اقتصادی را همراه با آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی در مورد یک سیکل ترکیبی تولید توان اعمال کردند. نتیجه بهینه سازی آنها افزایش بازده سیکل مورد مطالعه از 02/45 درصد تا 85/49 درصد با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی بود.
سورین و پَریس[6] از آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی جهت مطالعه و شناسایی پتانسیل­های بهینه سازی در یک واحد تولید هیدروژن استفاده کردند و توانستند بازده واحد را از 7/55 درصد تا 6/56 درصد افزایش دهند. آنها نشان دادند که آنالیز اگزرژی با کمک پینچ می تواند تغییرات مطلوب را با کم­ترین تغییر فرایند، کم ترین اصلاح تجهیزات و با حجم محاسبات کمتر به دست دهد.
آنانتارامن[7] همکاران را با بهره گرفتن از ترکیب آنالیز اگزرژِ و پینچ یک واحد متانول را بررسی و فرصت­های بهینه سازی آن را شناسایی کردند.
تساتسارونیس و مُروسکا[8] روش جدید برای آنالیز اگزرژی سیستم­های سرما ساز جذبی ارائه دادند.
گاندرسن[9] و همکاران تحلیل توسعه یافته پینچ ـ اگزرژی با در نظر گرفتن اگزرژی فشاری برای طراحی بهینه سیستم­های تبرید پیشنهاد دادند.
ترمواکونومیک یک تکنیک نسبتا جدید است که برای اولین بار در اروپا در دهه 1960 معرفی گردید و ولف گانگ فراستچر[10] از آلمان، جان اسزارگت[11] از لهستان و والری[12] از اتحاد جماهیر شوروی سابق مقاله­ هایی در زمینه “ارزش اقتصادی مفهوم اگزرژی” منتشر کردند و سپس در ایالات متحده اوانس[13]، یحیی السعید[14]، روبرت ماون تریباس[15]  مجموعه ­ای از مقالات در زمینه روش ریاضیاتی بهینه سازی هزینه بر مبنای اگزرژی (که آن را availability می خواندند) منتشر نمودند.
عبارت ترمواکونومیک برای اولین بار در یادداشت­های درسی Tribus در دانشگاه MPP در سال 1961 و همچنین در پایان نامه دکترای

خرید اینترنتی فایل کامل :

 اوانس بکار برده شد. مفهوم این عبارت در حوزه آکادمیک به صورت کاملا عمقی توسعه یافت ولی مهندسین فرایند، مدیران صنایع و برنامه ریزان انرژی را تحت تاثیر قرار نداد تا اینکه حدود 20 سال بعد به واسطه تلاش­ های یحیی السعید، میکائیل[16]، تیچارد گاجیولی[17]، تادس کوتاس[18]  در اوایل دهه 1980 و آنتونی والرو[19] و  جورج تساتسارونیس[20] در اواخر دهه 1980 این مفهوم به صورت گسترده­ای در حوزه های کاربردی و صنایع مورد توجه قرار گرفت.

در مجموعه ­ای از مقالات که در طی سال­های 1986 تا 1989 به چاپ رسید، والرو[21] یک تئوری تخصیص هزینه کلی و کاملا فرمول بندی شده برای محاسبه هزینه اگزرژنیک یک محصول با توجه به اگزرژی به فرایند و ساختار فرایند تولید ارائه نمود. در دهه 1990 ترمواکونومیک برای شرایط خارج از طراحی و مسائل وابسته به زمان نیز گسترش یافت که عمدتا حاصل تلاش کریستوس فرانگابُلُس[22] و میکائیل وُن[23] بود. در مورد ترمو دینامیک یک مباحثه کیفی بسیار جالب نیز وجود دارد که به وسیله تحقیقات آنتونیو والرو[24]، گُران وال[25]، جان شارگت[26] و انریکو سیبا[27] ارائه شده است.
هرچند نخستین کارهای در این زمینه به دهه 30 بر می گردد و به صورت ناپیوسته تا دهه 70 ادامه دارد ولی می توان نخستین کارهای ریشه دار در این زمینه را به السعید و اوانس نسبت داد که هزینه­های  جریان­ها را بر پایه اگزرژی جریان­ها ارائه کرده و با تجزیه سیستم به زیر ساختارها سعی در یافتن حالت بهینه سیستم کلی کردند. آنها در مقاله­ای با پیاده سازی روش تجزیه سازی دریافتند که برای بهینه بودن ساختار کلی الزامی نیست که تک تک زیر ساختارها بهینه باشد.
السعید و گاجیولی در دو مقاله پیوسته در سال 1989 با جمع آوری روش­های بیان شده برای آنالیز ترمواکونومیکی آنها در دو گروه روش های جبری و روش­های حساب دیفرانسیلی تقسیم بندی کردند.
روش­های جبری مبتنی بر هزینه میانگین برای اگزرژی جریان­ها و روش­های دیفرانسیلی مبتنی بر کمترین هزینه برای جریان­های اگزرژی می­باشند.
لازم به توضیح است که جدا از نوع روش، ارزش گذاری زبان­ها نه بر اساس انرژی، بلکه بر اساس اگزرژی آنها صورت می­گیرد. در واقع بالانس هزینه­ها جدا از نوع بیان معادلات (جبری با دیفرانسیلی) بر پایه اگزرژی نوشته می شود زیرا که دیدگاه درست از پتانسیل یک جریان، اگزرژی آن است.
گروه­ های مذکور دو سال بعد در کنفرانس ECCOS که در زاراگوزای اسپانیا برگزار شد نتایج خود را برای این مسئله محک ارائه کردند.
سپس در مقاله­ای مشترک که در 18 ماه مِی سال 1993 منتشر کردند با تایید روش­های یکدیگر ساختار بهینه را برای این سیستم ارائه کردند.
نکته جالب توجه اینکه همگی نتایج دقیقا یکسانی را به دست آوردند بدون اندکی انحراف از یکدیگر و جالبتر اینکه نتایج به دست آمده از دید صنعتی اصلا منطقی به نظر نمی­رسند.
ناگفته نماند که این روش در سال 2004 توسط چند پژوهشگر برزیلی بهبود داده شده است که در کار این گروه روش ترمواکونومیکی تکراری با مدل سازی سیستم توسط یک نرم افزار شبیه سازی سیکل­های تولید توان به نام IPES-Pro تلفیق شده و بدین ترتیب زمان انجام محاسبات کوتاه تر گردیده است.
همچنین این گروه برزیلی مقاله دیگری را نیز در سال 2005 در همین زمینه منتشر کرده اند که در آن از ترکیب یک روش بهینه سازی ریاضی با همان نرم افزار شبیه سازی سیکل­های تولید توان یعنی IPSE-Pro استفاده شده است. روش مورد استفاده در این مقاله Fiexible Polyhedron Method نام دارد که جز روش­های بهینه سازی غیر خطی محسوب می گردد و اولین بار توسط نلدر[30] و مِعاد[31]  ارائه گردید. هر چند که در کار تحقیقاتی این گروه در بخش شبیه سازی از یک نرم افزار قوی جهت مدل سازی سیکل­های نیروگاه واقعی استفاده شده ولی در بخش بهینه سازی، روش ریاضیاتی به کار گرفته شده تضمین کنند دست یابی به نقطه بهینه کلی نبوده و ممکن است در نقاط بهینه موضعی گیر بیافتد. به علاوه اینکه پیاده سازی این روش برای سیستم­های پیچیده و دارای چندین تابع هدف، بسیار مشکل خواهد بود.
در سال 2007 ماژور[34] روش بهینه سازی ترمواکونومیکی سیستم­های حرارتی به کمک منطق فازی را ارائه نمود. در همین سال کاچ[35] و همکاران سیکل ترکیبی واقعی را به وسیله شبیه ساز و با بهره گرفتن از الگورتیم ژنتیک بهینه نمودند.
به طور کلی می­توان گفت روش­های بهینه سازی مفهومی و ریاضیاتی از کارایی لازم برای بهینه سازی سیستم­های انرژی پیچیده و واقعی برخوردار نمی­باشند. همچنین روش­های ابتکاری نظیر Direct search نیز عملا برای بهینه سازی سیستم­های پیچیده و چند هدفه کارکردی نخواهند داشت. زیرا این روش­ها کل فضای متغیرهای تصمیم را نقطه به نقطه جستجو می کنند و در سیستم­های پیچیده که تعداد متغیرهای تصمیم زیاد می باشد، این عمل احتیاج به صرف زمان نامتناهی و یا استفاده از ابرکامپیوترهایی دارد که بشریت هنوز به چنین تکنولوژی دست نیافته است.