بهینه‌سازی چند هدفه بازتوانی به روش گرمایش آب تغذیه موازی یک نیروگاه بخار بوسیله الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی کارشناسی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

افزودن واحد(های) توربین گاز به نیروگاه‌های بخار برای ارتقاء خصوصیات سیکل بخار و امکان بازیاب حرارت از سیکل(های) الحاقی به عنوان بازتوانی شناخته شده است. روش‌های بازتوانی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند، روش‌های بازتوانی جزیی1 و کلی2. یکی از روش‌های جدید بازتوانی جزیی، روش گرمایش آب تغذیه موازی3 است. در این مقاله با توجه به خصوصیات ممتاز روش گرمایش آب تغذیه موازی برای نیروگاه­های نسبتا جدید، به اعمال آن بر نیروگاه شهید رجایی پرداخته شده­است. تابع هزینه برق تولیدی و راندمان اگزرژی بعنوان توابع هدف در انجام بهینه‌سازی تک هدفه و دوهدفه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. بهینه­سازی توسط روش الگوریتم ژنتیک4 انجام شده و دبی بخارات زیرکش‌ها5 و خط اصلی6 بعنوان متغیرهای مستقل مد نظر بوده­اند. در پایان با توجه به شاخصهای مطلوب فنی و اقتصادی، حالت 4 زیرکش برای اعمال این روش انتخاب شده است. طرح انتخابی برای حالت توربین گاز توان ثابت، هزینه برق تولیدی Rial/kWh 15/404 (به ازای توان افزوده) و ارتقاء 55/1% راندمان اگزرژی و برای حالت توربین گاز وابسته، هزینه تولید  Rial/kWh 22/396 (به ازای توان افزوده) و ارتقاء 73/1% راندمان اگزرژی سیکل جدید را داشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Multi Objective Optimization of Feedwater Heating Repowering on a Steam Power Plant Using the Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • Abdollah Mehr Panahi 1
  • Seyed Mostafa Hosein Ali Pur 2
  • Sooran Sijanivandi 3
چکیده [English]

Repowering as a tested and general method can be effective for repowering steam power plants. There are different repowering methods to choose from based on a plant‟s specifications. Repowering has been categorized into two main categories: Full repowering and partial repowering. Feedwater heating is one of the best options available for partial repowering. In the feedwater heating based on partial repowering which has been studied in this paper, two heat exchangers have been used in parallel to the existing feedwater heaters and the required heat is supplied by an appropriate gas turbine. Two options have been considered for the added gas turbine. In the first option, a 25 MW gas turbine has been considered while in the other scenario, the considered gas turbine power output has been optimized as a dependent variable. The final result using a 25MW gas turbine is a 1.55% increase in exergy efficiency and an electricity generation cost of 404.15 Rial/kWh. In the other scenario (dependent gas turbine), exergy efficiency is increased by 1.73% and electricity generation cost is 396.22 Rial/kWh.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Repowering
  • Feedwater Heating
  • Steam Power Plant
  • Gas turbine
  • GAM
[1] آمار تفضیلی صنعت برق ایران، ویژه مدیریت راهبردی، 1387
[2] سرابچی، کاظم، نباتی، حمید، " بررسی ترمودینامیکی تبدیل یک نیروگاه بخار موجود به نیروگاه ترکیبی"، هشتمین کنفرانس سالانه انجمن مهندسان مکانیک ایران ، 1379،649-659
[3] متقیان، رضا، توچایی، محمدتقی، طاهری، محمد جواد. " پروژه طراحی تحقیقاتی نیروگاه بخار SPRD"، شرکت متن، بخش نیروگاه، 1379
[4] اسدیان قهفرخی، محمد، صمدی، رامین،" مقایسه انواع روشهای بازتوانی در بهبود عملکرد نیروگاه لوشان"، شانزدهمین کنفرانس بین اللملی مهندسی مکانیک، 1387
[5] مهرپناهی، عبدالله، حسینعلی پورف سید مصطفی، رضاپور، کامبیز، " تحلیل وضعیت نیروگاههای گازی در فرآیند هدفمندسازی یارانه ها"، بیست و پنجمین کنفرانس بین اللملی برق، 1389.
[6] صنایع، سپهر، حمزه ای، یونس، " مدلسازی و بهینه سازی فنی، اقتصادی بازسازی نیروگاههای بخار با استفاده از توربینهای گاز"، بیستمین کنفرانس بین المللی برق، 1385
[7] Kudlu, N.; "Major Options and Considerations for Repowering With Gas Turbines" BETCHEL Project Report, 1989.
[8] Moore, T.; "Repowering as Competitive Strategy", Epri Journal, 1995.
[9] Walters, A., B.; "Power Plant Topping Cycle Repowering", Energy Engineering Journal, p.p. 49-71, 1995.
[10] Mehrpanahi, A.; Hosseinalipour, S., M.; Mobini, K.; “Investigation of the effects of repowering options on electricity generation cost on Iran steam power plants”, International Journal of Sustainable Energy, In Press 2011.
[11] Shahnazari, M., R.; Foroughi, D.; Fakhrian, H.; "Repowering of Lowshan Power Plant", IGTC Conf, Tokyo , 2003.
[12] Escosa, J., M.; Romeo, L., M.; "REPOWERING CON TURBINA DE GAS DE UNA CENTRAL TERMOELECTICA DE CARBON DE 335 MW", Energia J., Vol. 31, pp. 50-56, 2005.
[13] Cooke, D., H.; “Modeling off-design Multistage Turbine Pressures By Stodola's Ellipse”, BECHTEL POWER CORPORATION, 1983.
[14] J¨udes, M.; Vigerske, S.; Tsatsaronis, G.; "Optimization of the Design and Partial-Load Operation of Power Plants Using Mixed-Integer Nonlinear programming", Chapter 9 in "Optimization in the Energy Industry", Springer,
Berlin, 2008.
[15] Escosa,, J., M.; Romeo, L., M.; "Optimization CO2 Avoided Cost By Means of Repowering", A ppl. Energy J., Vol. 86, No.1, pp. 2351-2358, 2009.
[16] Joyce, J., S.; "Parallel Repowering of Existing Steam Turbine Plants With Gas Turbines to Improve Their Operating Efficiency and Environmental Compatibility", Siemens AG, Germany, p.p.31-45, 1996.
[17] Ameri, M.; Ahmadi, P.; Hamidi, A.; "Energy, exergy and exergoeconomic analysis of a steam power plant", A case study", Int. J. Energy Res , Vol. 33, No. 5, p.p. 499–512, 2009.
[18] Kotas, T., J.; "The Exergy Method in Thermal Plant Analysis", Reprint, Kriger, Malabar, 1995.
[19] Moran, M., J.; "Availability Analysis: A Guide to Efficient Energy Use", ASME Press: New York, U.S.A, 1995.
[20] Yadav, J., P.; Singh, O.; "Thermodynamic Analysis of Air Cooled Gas/Steam Combined Cycle Plant" , J. of Ins. of Eng. (India) – Mech. Eng., Vol. 86, pp .217-222, 2006.
[21] Escosa, J., M.; Romeo, L., M.; "Optimization of intercooling comprassion in co2 capture systems", Appl. Thermal Eng., Vol. 29, No. 8-9, p.p.1744–1751, 2009.
[22] Maroulis, Z., B.; Saravacos, G., D.; "Food Plants Economics" , Taylor & Francis Group, LLC, 2008.
[23] Massardo, A., F.; Scialo, M.; "Thermoeconomic Analysis of Gas Turbine Based . Cycle", J. of Eng. for Gas Turbines and Power, ASME, Vol. 122, No. 4, p.p. 664-671, 2000.
[24] Sanaye., S.; Ziabasharhagh, M.; Ghazinejad, M.; "Optimal Design of Gas Turbine CHP Plant With Preheater and HRSG", Int. J. Energy Res. Vol.33., pp.766–777, 2009.