چکیده مطلب
طراحی و تحلیل جامع ترمودینامیکی و اقتصادی نیروگاه سیکل ترکیبی بر پایه سوخت زیست توده به همراه بکارگیری تکنولوژی پیل سوختی کربنات مذاب به عنوان تکنولوژی جمعآوری گاز دیاکسید کربن
هدف: فائق آمدن به چالش تغییرات زیستمحیطی، مستلزم همگرایی نهادهای بینالمللی است که بتوان با تکیهبر یافتههای علمی، سیاستهای حاکمیتی و اجتماعی را بر مبنای حلوفصل این چالشها تبیین نمود. خوشبختانه، توافق ۲۰۱۵ پاریس، الزامات کاهش تولید گازهای گلخانهای را تدوین نموده و اولویت را به تکنولوژیهایی داده است که سبب کاهش گازهای گلخانهای از سامانههای درحالکار میشوند و با معرفی چهارچوب بیوانرژی و تکنولوژی جمعآوری کربن و ذخیرهسازی آن (BECCS)، ریلگذاری مسیر دستیابی به اهداف خود را انجام دادهاند. با توجه به این نگرش، استفاده از انواع زیستتوده بالأخص پسماندهای جامد شهری، یک جایگزین مناسبی است برای سوختهای هیدروکربنی برای تولید توان حرارتی و الکتریکی. علاوه بر این، بهکارگیری تکنولوژیهای جمعآوری و ذخیرهسازی کربن و تبدیل انرژیهای تلفشده به انرژی مفید در کنار استفاده از پسماندهای جامد شهری، باعث جلوگیری حداکثری از انتشار گازهای دیاکسید کربن و بازیابی حداکثری انرژی از چرخه تولید توان خواهد شد.
روششناسی پژوهش: در چهارچوب مطرحشده و با تکیهبر روند طراحی مفهومی، هدفگذاری برمبنای تبدیل ۳۰۰ تن پسماند جامد شهری در روز بوده و با تعریف چهار سناریو عملیاتی، یکپارچهسازی سیستمهای انرژی انجام میشود. یکپارچهسازی سناریوها به نحوی است که در همه آنها از گازی ساز پایینسو برای تولید گازهای سنتزی استفادهشده و پیل سوختی کربنات مذاب به همراه بخش کرایوجنیک وظیفه جداسازی و مایع سازی دیاکسید کربن را بر عهدهدارند. همچنین، چرخه اورگانیک رانکین و چرخه بخار مکمل سیستمهای مفروض ازنظر بازیافت انرژی از تلفات بوده و هرکدام در دو سناریو مختلف یکپارچهسازی شدهاند. با مشخص شدن سناریوهای عملیاتی، شبیهسازی جامع ترمودینامیکی، اگزرژی و اگزرژواکونومیکی انجامشده و سناریو برتر از دیدگاه انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیستمحیطی انتخابشده است. در ادامه با بهینهسازی چندهدفه به کمک الگوریتم بهینهسازی چندهدفه ازدحام ذرات و انتخاب مقادیر بهینه بر اساس نمودار جبهه پارتو و روش تحلیل تاپسیس، مقادیر بهینه پارامترهای محدودکننده تعیین و بر اساس آنها عملکرد سیستم در نقطه بهینه گزارششده است.
یافتهها: بر اساس نتایج بهدستآمده، بازده انرژی و اگزرژی سناریو برتر 51.65٪ و 45.98٪ است. همچنین میزان گاز دیاکسید کربن تولیدشده بر منبای مگاواتساعت انرژی الکتریکی تولیدی، 101.20 کیلوگرم برآورد شده است که نسبت به سیستم مبنا 7.5 برابر کاهش پیداکرده است.
نتیجهگیری: هزینه برق تولیدشده 80.95 دلار بر مگاواتساعت است که به دلیل اضافه شدن سیستمهای پیل سوختی کربنات مذاب، چرخه اورگانیک رانکین (ORC) و کرایوجنیک به سیستم مبنا، هزینه برق تولیدی نسبت به سیستم مبنا 3.3 برابر افزایشیافته است. همچنین بر اساس نتایج بهدستآمده تحلیل اقتصادی، دوره بازگشت سرمایه تقریباً هفت سال (بر مبنای نرخ برق تولیدشده) ارزیابیشده است.
کلیدواژهها: تحلیل ترمودینامیکی، تحلیل اگزرژواکونومیکی، بهینهسازی چندهدفه، طراحی مفهومی، پسماندهای جامد شهری، گازی ساز پایینسو، پیل سوختی کربنات مذاب، تکنولوژی جمعآوری دیاکسید کربن.