مدلسازی و تحلیل فنی - اقتصادی یک سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت (CCHP) بر پایه موتور گازسوز جهت کاربرد برای یک گلخانه در شهر تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 استادیار، گروه پژوهشی انرژی های تجدید پذیر، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد، گروه پژوهشی سیکل و مبدل های حرارتی، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

10.52547/jrenew.10.2.77

چکیده

تأمین انرژی الکتریکی، حرارتی و برودتی در گلخانه­ها موضوع بسیار مهمی است. با توجه به راندمان پایین بیشتر سیستم­های مرسوم در گلخانه­ها، استفاده از سیستم­های تولید همزمان برق، حرارت و برودت (CCHP) در سال­های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است. هدف عمده این مقاله امکان­سنجی فنی و اقتصادی تکنولوژی CCHP جهت کاربرد در یک گلخانه­ و برای شهر تهران است. در این پژوهش گلخانه خیاری با مساحت 1 هکتار که از دو سازه 5/0 هکتاری تشکیل شده، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به منظور تحلیل فنی- اقتصادی سیستم استفاده شده، محاسبات برای چهار سناریو شامل سیستم پایه و مرسوم، CCHP با چیلر جذبی و فروش برق به شبکه، CCHP با چیلر جذبی و خودتأمین و CCHP با چیلر تراکمی و خودتأمین صورت پذیرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده برای هر سناریو و همچنین مقایسه سناریوهای انتخابی، گلخانه در نظر گرفته شده جهت پیاده‌سازی سیستم CCHP اقتصادی نیست. نتایج تحقیق نشان می­دهد که در صورت استفاده از سیستم CCHP با چیلر جذبی و فروش برق به شبکه، جهت اقتصادی شدن سیستم حداقل نرخ خرید برق از این واحدها باید 3223 ریال به ازای هر کیلووات ساعت باشد. در سیستم CCHP با چیلر جذبی و خودتأمین، چنانچه موقعیت گلخانه به نحوی باشد که نیاز به 176 کیلومتر خط انتقال باشد این سناریو اقتصادی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] B. J. Bailey, R. G. Ellis, The potential for using combined heat and power (CHP) in greenhouses, Divisional Note, DN 1523. AFRC Institute of Engineering Research, Silsoe, UK, 1989.
[2] D. L. Critten, B. J. Bailey, A review of greenhouse engineering developments during the 1990s, Agricultural and forest Meteorology, Vol. 112, No. 1, pp. 1-22, 2002.
[3] J. Rietz, Evaluation of CO2 fertilization of a Greenhouse with Flue Gases from a Micro turbine, Svenskt Gastekniskt Center, 2002.
[4] S. K. Chou, K. J. Chua, J. C. Ho, and C. L. Ooi, On the study of an energy-efficient greenhouse for heating, cooling and dehumidification applications, Applied Energy, Vol. 77, No. 4, pp. 355–373, 2004.
[5] E. Nordenström, G. Guest, M. Fröling, lca of local bio-chp fuelled greenhouses versus Mediterranean open field tomatoes for consumption in northern Scandinavia, Linnaeus ECO-TECH, 2010.
[6] L. Raslavičius, A. Straksas, Motor biofuel-powered CHP plants-A step towards sustainable development of rural lithuania, Technological and Economic Development, Vol. 17, No. 1, pp. 189–205, 2011.
[7] T. Compernolle, N. Witters, S. V. Passel, and T. Thewys, Analyzing a self-managed CHP system for greenhouse cultivation as a profitable way to reduce CO2-emissions, Energy, Vol. 36, No. 4, pp. 1940–1947, 2011.
[8] O. R. Moreton and P. N. Rowley, The feasibility of biomass CHP as an energy and CO2 source for commercial glasshouses, Applied Energy, Vol. 96, pp. 339–346, 2012.
[9] M. Mehrpooya, H. Hemmatabady, and M. H. Ahmadi, Optimization of performance of Combined Solar Collector-Geothermal Heat Pump Systems to supply thermal load needed for heating greenhouses, Energy Conversion and Management, Vol. 97, pp. 382–392, 2015.
[10] F. Homayouni, R. Roshandel, and A. A. Hamidi, Techno-economic and environmental analysis of an integrated standalone hybrid solar hydrogen system to supply CCHP loads of a greenhouse in Iran, International Journal of Green Energy, Vol. 14, No. 3, pp. 295–309, 2016.
[11] Q. Altes-Buch, S. Quoilin, and V. Lemort, Greenhouses: A Modelica Library for the Simulation of Greenhouse Climate and Energy Systems, Proceedings of the 13th International Modelica Conference, Regensburg, Germany, 2019.
[12] K. G. Tataraki, K. C. Kavvadias, and Z. B. Maroulis, Combined cooling heating and power systems in greenhouses. Grassroots and retrofit design, Energy, Vol. 189, p.p. 116283, 2019.
[13] Grisey, A., C. Levaillant, D. Martin, and V. Stauffer, Using solar energy to heat, cool and dehumidify tomato greenhouses in France: a feasibility study, In International Symposium on Advanced Technologies and Management for Innovative Greenhouses, pp. 731-738. 2019.
[14] K. Tataraki, E. Giannini, K. Kavvadias, and Z. Maroulis, Cogeneration economics for greenhouses in Europe, Energies, Vol. 13, No. 13, 2020.
[15] A. M. Nasrabadi, O. Malaei, M. Moghimi, Sh. Sadeghi and S. M. Hosseinalipour, Deep learning optimization of a combined CCHP and greenhouse for CO2 capturing, case study of Tehran, Energy Conversion and management, Vol. 267, No. 1, 2022.
[16] NSW Farmers, Diesel versus electric pumps, 2014.
[17] D. L. Martin, T. W. Dorn, S. R. Melvin, A. J. Corr, and W. L. Kranz, "Evaluating energy use for pumping irrigation water, Proc. Proceedings of the 2011 Central Plains irrigation conference, Burlington, Colorado, February 22-23, Colorado State University. Libraries.
[18] M. Mahdavian, and N. Wattanapongsakorn, Optimizing greenhouse lighting for advanced agriculture based on real time electricity market price, Mathematical Problems in Engineering, 2017.
[19] Ministry of Energy, Accessed 20 February 2021; https://www.moe.gov.ir.
[20] National Iranian Gas Company, Accessed 20 February 2021; http://www.nigc.ir.