مهندسی گاز ایران

امکان‌سنجی اقتصادی و محیط ‌زیستی استفاده از سیستم تولید هم‌زمان برق و حرارت (mCHP) در منازل مسکونی تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی، پردیس پژوهش و توسعه انرژی و محیط‌زیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

2 رئیس واحد پژوهش و فناوری، شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت، تهران، ایران

3 پژوهشگر، شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت، تهران، ایران

4 پژوهشگر، پردیس پژوهش و توسعه انرژی و محیط‌زیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

با توجه به افزایش روزافزون انتشارات گازهای گلخانه‌ای و فاجعه زیست‌محیطی متأثر از انتشار کربن، همچنین مطابق با الزامات قانونی ابلاغ شده طی آیین‌نامه اجرایی کنوانسیون تغییر آب‌وهوا و پروتکل کیوتو و راهبرد ملی تغییر اقلیم، استفاده از سیستم‌هایی که به مدیریت کربن و کاهش انتشارات کمک می‌کند بسیار ضروری می‌باشد. امروزه سیستم‌های تولید هم‌زمان برق و حرارت با توجه به کاهش تلفات، راندمان بالا و کمک به امنیت شبکه مورد توجه کشورهای توسعه‌یافته‌ی دنیا برای مصارف مسکونی قرار گرفته‌اند. برای استفاده از این سیستم‌ها در کشور ابتدا باید بازار هدف آن مشخص گردد، سپس با بررسی شرایط اقتصادی و ایجاد طرح‌های حمایتی به تشویق مصرف‌کنندگان مسکونی برای استفاده از این سیستم‌ها پرداخته شود.
بدین منظور در مقاله‌ی حاضر، ابتدا مناسب‌ترین استان برای استفاده از این‌گونه سیستم‌ها انتخاب و سپس با استفاده از میزان مصرف برق و گاز منازل مسکونی مقایسه‌ای بین سیستم رایج و استفاده از سیستم mCHP انجام گردید و با توجه به قیمت‌های واقعی تحلیل اقتصادی انجام و در ادامه میزان انتشار آلاینده‌های هوا برای هر دو سیستم مطالعه شد. نتایج نشان می‌دهد که استان تهران بهترین استان برای بازار این محصول می‌باشد. همچنین با توجه به تعرفه‌های کنونی استفاده از این سیستم می‌تواند پس از ۶ سال بازگشت سرمایه داشته باشد، از طرفی مقادیر تولید آلاینده‌های CO2،CO ،NOx و SOx از سیستم رایج به ترتیب ۶۰/۹ ، ۶۰/۳، ۵۴/۷ و ۱۰۰ درصد بیشتر از mCHP می‌باشد. نهایتاً با توجه به بحث‌‌های اقتصادی و زیست‌محیطی، استفاده از سیستم تولید هم‌زمان با کمک سیاست‌های حمایتی ضمن بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش گازهای گلخانه‌ای قدم مهمی در جهت توسعه کشور می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Economical and Environmental Study of Using Micro Combined Heat and Power in Residental House in Tehran

نویسندگان [English]

  • Esmaiel GhasemiKafrudi 1
  • MohammadReza Habibi 1
  • Mohammad Khaledi Sardashti 2
  • MohammadAli Manian 3
  • Zeynab Sobhani 4

1 Scientific faculty member of Energy and Environment Research Center, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran

2 Head of Research and Technology Unit, Researcher of Iranian Fuel Conservation Company, Tehran, Iran

3 Researcher of Iranian Fuel Conservation Company, Tehran, Iran

4 Researcher of Energy and Environment Research Center, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran

چکیده [English]

Today, combined heat and power generation systems have been taken into consideration by the developed country for residential use, due to reduced losses, high efficiency and help to network security. In order to use these systems in the country, the target market must be identified, then, by examining the economic conditions and creating incentive schemes to encourage residential customers to use these systems. For this purpose, in the present article, firstly, the most suitable province for the use of such systems was selected and then, by using the amount of electricity consumption and residential gas consumption, a comparison between the current system and the use of the mCHP system was made. According to the price Realistic economic analysis was carried out and further emissions of air pollutants were studied for both systems. The results show that Tehran province is the best province for this product market. Also, considering the current tariffs, the use of this system can return after six years, while the amount of pollutants production, and, from the current system are 60.9, 60.3, 54.7 And 100% more than mCHP. Finally, given the economic consideration and the need for countries to pay attention to reducing emissions, the use of the mCHP in conjunction with the Ministry of Energy’s support policies can be implemented in our country.

کلیدواژه‌ها [English]

  • mCHP
  • Cost saving ratio
  • Economic analysis
  • Air pollutant Emissions
  • Greenhouse gases
  • Carbon management
[1]    A. Esmailnia, A. Hamzekhani, Economic evaluation of using coal for power generation in Iran, Vol. 24, pp. 168-20, 1389. 
[2]    Tavanir statistics, Ministry of Energy, Iran, 1400. (In Persian).
[3]    ترازنامه‌ی انرژی کشور سال 1397. آخرین ترازنامه منتشر شده در سال 1401.
[4]    IEC, “Efficient electrical energy transmission and distribution,” IEC, Geneva, 2010.
[5]    M. Meckler, L. B. Hyman, Sustainable on-site CHP systems, pp.10-20, New York: McGraw-Hill, 2010.
[6]    Ellamla, Harikishan R., et al. "Current status of fuel cell based combined heat and power systems for residential sector." Journal of Power Sources 293 (2015): 312-328.
[7]    Du, Ruoyang, and Paul Robertson. "Cost Effective Grid-Connected Inverter for a Micro Combined Heat and Power System." IEEE Transactions on Industrial Electronics (2017).
[8]    Ren, Hongbo, and Weijun Gao. "Economic and environmental evaluation of micro CHP systems with different operating modes for residential buildings in Japan." Energy and Buildings 42.6 (2010): 853-861.
[9]    De Paepe, Michel, Peter D’Herdt, and David Mertens. "Micro-CHP systems for residential applications." Energy conversion and management 47.18 (2006): 3435-3446.
[10]    Bhattacharyya, Subhes C., and Nguyen Thuy Hien. "Cogeneration potential in pulp and paper industry of Vietnam." International journal of energy research 29.4 (2005): 345-358.
[11]    TeymouriHamzehkolaei, Fatemeh, and Sourena Sattari. "Technical and economic feasibility study of using Micro CHP in the different climate zones of Iran." Energy 36.8 (2011): 4790-4798.
[12]     قاسم‌زاده، معرفت، عظیمی. «طراحی سیستم تولید هم‌زمان برق، گرما و سرما برای منازل مسکونی در اقلیم آب و هوایی تهران.» مهندسی مکانیک مدرس 13.2 (2013): 109-122.‎
[13]     فرخی، پیرکندی، نصرالهی «تحلیل عملکرد ترمواکونومیکی یک سیستم تولید هم‌زمان مقیاس کوچک بر پایه موتور دیزل» مهندسی مکانیک مدرس 16.10 (2015): 375-383.‎
[14]    محمود چهارطاقی و علی زاده خارکشی بهراد. «تحلیل عملکرد یک سیستم تولید هم‌زمان برق، حرارت و سرما برپایه پیل سوختی پلیمری تحت شرایط کاری مختلف.» مهندسی مکانیک مدرس 16.3 (2015): 383-394.‎
[15]    احسان باقری، مهدی معرفت و عسگر مینایی، «بررسی تجربی تأثیر دمای محیط بر کارکرد مولد موتور گازسوز تولید هم‌زمان برق و حرارت در اقلیم گرم و خشک.» مهندسی مکانیک مدرس 16.13 (2015): 109-112.‎
[16]    فرزین گلزار، مجید آستانه، رامین روشندل، «توسعه مدل بهبودیافته سیستم ترکیبی تولید هم‌زمان برق، گرمایش و سرمایش بر اساس پیل سوختی اکسید جامد». نشریه انرژی ایران. دوره 17. شماره 4. زمستان 1393.
[17]    یاسر کیالاشکی، «تعیین اندازه بهینه تجهیزات سیستم تولید ترکیبی سرمایش، حرارت و قدرت». نشریه انرژی ایران. دوره 19. شماره 1. بهار 1395.
[18]    علیرضا تقی‌پور رضوان، میثم شاهجونی، «ارائه‌ی یک مدل ترکیبی برای اولویت‌بندی سیستم‌های تولید هم‌زمان برق، حرارت و برودت با در نظر گرفتن اهداف توسعه‌ی پایدار (مطالعه موردی:‌بیمارستان طالقانی تهران)». نشریه انرژی ایران. دوره 19. شماره 2. تابستان 1395.
[19]    OECD (2011), Better Policies to support Eco-innovation, OECD Studies on Environmental Innovation, OECD Publishing. http://dx.doi.org/10.1787/9789264096684-en
[20]     درگاه ملی آمار ایران به آدرس https://www.amar.org.ir/خانه/برآوردهای-جمعیتی. مردادماه 1396.
[21]     اطلاعات پروانه‌های ساخت واحدهای مسکونی صادر شده توسط شهرداری نیمه‌ی اول 1394، ریاست جمهوری سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، مرکز آمار ایران.
[22]     گزیده نتایج سرشماری نفوس و مسکن، معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی، مرکز آمار ایران، بهمن‌ماه 1390.
[23]     American Petroleum institute (API), August 2009, Compendium of Greenhouse Gas Emission Methodologies for the Oil and Natural Gas Industry.
[24]     US Environmental Protection Agency, 2006, Complication of Air Pollutant Emission Factors, Volume I: Stationary Point and Area Sources, Ap-42, (GPO 055-000-005-001)
[25]    Validation Report, 2015, Flare Gas Recovery in Sarkhoon and Qeshm Gas Treating Company.
[26]    تعرفه‌های برق و شرایط عمومی آن‌ها، از تاریخ 1/5/1395، معاونت برنامه‌ریزی و امور اقتصادی بازار آب و برق، وزارت نیرو.
[27]    نامه‌ی وزیر نیرو به شماره‌ی 100/20/14372/5 در تاریخ 20/2/1395
[28]    درگاه اینترنتی شرکت گاز ایران به آدرس:
http://www.nigc.ir/Portal/Home/ShowPage.aspx?Object=NEWS&CategoryID=1601f6c2-3b71-410c-ad90-8b94b25601de&WebPartID=405f5dd3-bd18-4594-9f81-58116c8560bc&ID=6399df7b-3c5d-4f19-93c5-e1b3ecc1d1a1
[29]    دکتر جواد نوفرستی، «راهکارهای اصلی اصلاح الگوی مصرف گاز در ساختمان»، مجله‌ی اقتصاد انرژی، شماره 121، آذرماه 1388.
[30]    Frankel, David S., Model Driven Architecture: Applying MDA to Enterprise Computing, OMG Press, Wiley Publishing, 2003.
[31]    Sannella, M. J., Constraint Satisfaction and Debugging for Interactive User Interfaces, Ph.D. Thesis, University of Washington, Seattle, WA, 1994.
[32]    Zachman, John A., "A Framework for Information Systems Architecture", IBM Systems Journal, Vol. 26, No. 3, 1987.
[33]    Plamondon, R., Lorette, G., "Automatic Signature Verification and Writer Identification - The State of the Art", Pattern Recognition, Vol. 22, pp. 107-131, 1989.
   Object Management Group. Unified Modeling Language: Superstructure, Version 2.0, ptc/03-07-06, July 2003, http://www.omg.org/cgi-bin/doc?ptc/2003-08-02.
[34]    Hiroshi Ito, Economic and environmental assessment of residential micro combined heat and power system application in Japan, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 41, Issue 34, 2016, Pages 15111-15123, ISSN 0360-3199,
[35]    Yujun Jung, Joonbyum Kim, Hoseong Lee, Multi-criteria evaluation of medium-sized residential building with micro-CHP system in South Korea, Energy and Buildings, Volume 193, 2019, Pages 201-215, ISSN 0378-7788,
[36]    Mahdi Darzi, Nima Zamani Meymian, Derek Johnson, Energy optimization of a micro-CHP engine using 1-D and 3-D modeling, Applied Thermal Engineering, Volume 191, 2021, 116904, ISSN 1359-4311,
[37]    Lorenzo Mario Pastore, Gianluigi Lo Basso, Livio de Santoli, Can the renewable energy share increase in electricity and gas grids takes out the competitiveness of gas-driven CHP plants for distributed generation?, Energy, Volume 256, 2022, 124659, ISSN 0360-5442,
[38]    Igor Cruz, Maria T. Johansson, Joakim Wren, Assessment of the potential for small-scale CHP production using Organic Rankine Cycle (ORC) systems in different geographical contexts: GHG emissions impact and economic feasibility, Energy Reports, Volume 8, 2022, Pages 7680-7690, ISSN 2352-4847.
[39]    Qiong Wu, Hongbo Ren, Weijun Gao, Economic Assessment of Micro-CHP System for Residential Application in Shanghai, China, Energy Procedia, Volume 88, 2016, Pages 732-737, ISSN 1876-6102.
[40]    اسکونژاد، م. 1390. اقتصاد مهندسی، انتشارات دانشگاه امیرکبیر، تهران.
[41]    S. E. Hosseini, M. Simab and B. Bahmani, Optimal Energy Resource Planning and Combined Heat and Power Sizing in a Residential Area to Supply Electrical and Thermal Demand in a Reconfigured Power Grid, Journal of renewable energy research and applications, Vol. 4, No. 1, 2023, 113-123.
 
مهندسی گاز ایران
دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 17
مرداد 1402
صفحه 28-42
  • تاریخ دریافت: 02 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری: 22 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش: 03 تیر 1402