تحليل انرژي، اگزرژي، اقتصادي، ارزيابي چرخه‌ي حيات و بهينه سازي سيستم توليد هيدروژن ترموشيميايي از انرژي خورشيدي

كارشناسي ارشد

هيدروژن حاملي انرژي بدون كربن است كه به عنوان يك ماده شيميايي نيز در صنايع مختلفي همچون صنعت نفت و گاز كاربرد دارد. در حال حاضر بيش از 95 درصد هيدروژن مورد نياز جهان از سوخت‌هاي فسيلي تامين مي شود، ولي در سال‌هاي اخير محققين روش‌هاي نويني را معرفي كرده‌اند كه از آب به عنوان منبع هيدروژن استفاده مينمايند. اين روش‌ها كه به شكافت آب معروف هستند انواع مختلفي همچون چرخه‌هاي ترموشيميايي، الكتروليز يا برقكافت، سلول‌هاي الكتروشيميايي و استفاده از جلبك‌ها را شامل مي شوند. يكي از مهمترين و آينده‌ ‌دارترين اين روش‌ها، استفاده از چرخه‌ي ترموشيميايي مس-كلر مي‌باشد. اين چرخه با استفاده از انرژي حرارتي و الكتريكي كار مي‌كند و با توجه به دماي مورد نياز آن با منابع خاصي از انرژي مانند چرخه‌هاي خورشيدي توانايي تركيب شدن را دارد. در اين مطالعه به بررسي ترموديناميكي، اقتصادي و زيست محيطي توليد هيدروژن خورشيدي با استفاده از چرخه‌ي مس-كلر چهار مرحله‌اي براي توليد هيدروژن مورد نياز صنعت نفت و گاز مي پردازيم. در ابتدا پتانسيل بازيابي حرارتي چرخه‌ را مورد بحث قرار داده و شبكه‌هاي مختلف مبدل‌هاي حرارتي را بررسي مي‌كنيم. در ادامه با تركيبي نوين، سيستمي مبتني بر انرژي خورشيدي و چرخه‌ي مس-كلر را پيشنهاد مي‌دهيم كه از نمك مذاب دما بالا بهره مي‌برد. در نهايت با بهينه سازي سيستم مورد نظر، به مقايسه‌ي روش مس-كلر خورشيدي و ريفرمينگ بخار متان براي توليد هيدروژن پالايشگاه مي پردازيم. همچنين سيستم جديدي براي توليد چندگانه با تكنولوژي متفاوتي از برج‌هاي خورشيدي مبتني بر چرخه‌ي توربين گاز را براي توليد برق، هيدروژن، اكسيژن و بخار معرفي و بهينه سازي مينماييم. در انتها نيز به مقايسه‌ي نتايج اين مطالعه با مطالعات پيشين خواهيم پرداخت. نتايج بهينه سازي چرخه‌ي مس-كلر خورشيدي براي توليد هيدروژن با استفاده از نمك مذاب دما بالا نشان داد كه راندمان انرژي، راندمان اگزرژي و هزينه‌ي توليد هيدروژن براي شرايط اقتصادي ايران 6/28 درصد، 42/29 درصد و 14/18 دلار به كيلوگرم هيدروژن مي‌باشد. نتيجه‌ي مقايسه حالات مختلف نشان داد كه اگر نسبت توليد هيدروژن خورشيدي به نسبت كل هيدروژن توليدي پالايشگاه از 0 تا 1 تغيير كند، هزينه‌ي توليد هيدروژن و پتانسيل گرمايش جهاني از 33/1 دلار به كيلوگرم هيدروژن و 24/11 كيلوگرم كربن دي‌اكسيد معادل به كيلوگرم هيدروژن به 98/17 دلار به كيلوگرم هيدروژن و 628/0 كيلوگرم كربن دي‌اكسيد معادل به كيلوگرم هيدروژن تغيير پيدا مي‌كند.

195784

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك، تبديل انرژي

سمانه قندهاريون