تحليل اگزرژي – اقتصادي و بهينه سازي سيكل تركيبي چهار گانه برايتون خورشيدي با رانكين بخار و برايتون زيست گاز با رانكين آلي به همراه سامانه متان ساز

كارشناسي ارشد

بازيابي گرماي پسماند حاصل از فرآيندهاي صنعتي در دهه هاي گذشته توجه زيادي را در حوزه انرژي جلب كرده است . در اين پايان نامه يك پيكربندي جديد از چرخه چهار گانه شامل چرخه هاي گاز و بخار و همچنين يك چرخه رانكين آلي و يك چرخه برايتون زيست گاز ، براي بازيابي انرژي از گاز خروجي گرم معرفي شده است. همچنين ، از سيستم جذب كربن آمين براي جداسازي و ذخيره دي اكسيد كربن از گازهاي خروجي داغ استفاده مي شود. براي اين سيستم جديد ، ارزيابي انرژي ، اگزرژي ، اقتصادي ،اگزرژي اقتصادي و اگزرژي زيست محيطي انجام شده است . در اين پايان‌نامه به شبيه سازي و بهينه سازي سيكل تركيبي خورشيدي متشكل از برايتون و كلكتور خورشيدي و سيكل رانكين آلي و برايتون زيست گاز براي توليد توان و جذب كربن براي توليد متان در واحد متان ساز پرداخته شده است . در اين سيكل به كمك كلكتور خورشيدي، دريافت كننده مركزي گرماي خورشيد جذب شده را وارد سيكل مي‌كند و ميزان اضافي آن وارد سيستم ذخيره خواهد شد. اين سيستم ذخيره شامل نمك مذاب خواهد بود و سيكل تنها با گرماي خورشيدي كار‌ مي‌كند و دماي هوا را به ميزان مطلوب مي‌رساند. سپس سيال عامل يعني دي اكسيد كربن فوق بحراني پس از عبور از دريافت كننده وارد توربين گازي خواهد شد. از طرفي چون گاز هاي خروجي توربين دماي نسبتا بالايي دارد و از طرفي دي اكسيد كربن بايد به دماي پايين برسد، لذا در طي عملي ابتدا وارد بويلر و سپس به چرخه برايتون خورشيدي بازگردانده مي شود . بويلر آب را به بخار تبديل و وارد توربين بخار مي‌كند و چرخه رانكين بخار شكل مي‌گيرد.چرخه ي برايتون زيست گاز نيز مطابق همين سيكل بعد از خروج از توربين گازي با گرم كردن بوتان در اواپراتور موجب راه اندازي چرخه رانكين آلي ميشود و در ادامه نيز بعد از جذب كربن وارد واحد متان ساز شده و با تركيب با هيدروژن بدست آمده از طريق الكتروليز بخشي از بخار خارج شده از چرخه رانكين بخار ، متان توليد ميكند . نوآوري اين پروژه استفاده از دي‌اكسيدكربن فوق بحراني به جاي هوا در سيكل برايتون خورشيدي و استفاده از سيستم ذخيره نمك مذاب جهت ذخيره‌سازي گرما و استفاده از آن در مواقعي كه هوا ابري است يا در طول شب كه خورشيد وجود ندارد و همچنين استفاده از واحد متان ساز پس از سيكل رانكين آلي به همراه توليد توان مي‌باشد. براي تحليل بخش هاي مختلف، مدل هاي ترموديناميكي و اقتصادي آن ها بيان شده است و جهت تعيين نتايج از نرم افزار EES و MATLAB استفاده شده است كه به بهينه سازي اگزرژي-اقتصادي سيكل در جهت كاهش هزينه و افزايش اگزرژي پرداخته خواهد شد. در اين تحقيق براي بهينه سازي از الگوريتم هاي هوشمند بهينه سازي الگوريتم ژنتيك استفاده شده است. توابع هدف مورد نظر بازدهي اگزرژي مجموعه و هزينه توليد برق مي باشند. در نقطه بهينه، مقادير بازدهي اگزرژي برابر 7/61درصد و هزينه توليد برق 267 تومان به ازاي هر كيلووات ساعت مي باشد. نتايج نشان مي دهد كه افزودن چرخه هاي بخار و رانكين آلي به چرخه گاز ، كارايي انرژي و اكسرژي را به ترتيب به 71.8 و 73.7 افزايش مي دهد. با اين حال ، ادغام واحد جذب كربن با اين سيستم ، كارايي انرژي و اكسرژي را به 50.5٪ و 51.9٪ كاهش مي دهد . نتايج اقتصادي براي سيستم پيشنهادي نشان مي دهد كه بازگشت سرمايه ساده و بازگشت سرمايه هر دو 1.5 سال هستند. علاوه بر اين ، ارزش خالص فعلي و نرخ بازگشت داخلي به ترتيب 09*3.13 دلار و 68/0 بدست آمد . بعلاوه ، واحد سيستم جذب كربن مي تواند سالانه از 627000 تن كربن دي اكسيد جلوگيري و تبديل به سوخت متان كند.

195566

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر رضا دشتي

مهندسي سيستم هاي انرژي

دكتر ابوالفضل احمدي