طراحی سیکل قدرت دارای بازیافت دی اکسید کربن

تولید انرژی از احتراق سوخت های فسیلی منجر به انتشار گاز های گلخانه ای می شود که عمدتا از دی اکسید کربن تشکیل شده است. نگرانی عمومی از تولید این گازها که اثرات زیست محیطی مخربی دارد منجر به تصویب آیین نامه ها، قوانین بین المللی و داخلی فراوانی از سوی کشور ها شده است که از جمله به مشهورترین آنها، پروتکل کیوتو می توان اشاره کرد. با وجود اینکه انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از فعالیت های تولید برق با استفاده از انرژی هسته ای و منابع تجدید پذیر انرژی کاهش می یابد ولی تا زمانی که این منابع نیاز انرژی انسان را تامین کنند مهمترین منبع انرژی برای تولید برق سوخت های فسیلی هستند. در حال حاضر مهمترین منابع انتشار این گازها در جو، نیروگاه ها هستند. از اینرو تحقیقات گسترده ای برای طراحی نیروگاه های جدید که قابلیت بازیافت (جمع آوری و ذخیره سازی) دی اکسید کربن را داشته باشند صورت می گیرد. میزان انتشار دی اکسید کربن از نیروگاه ها در مقایسه با سایر آلاینده ها بسیار قابل توجه است. برای کاهش انتشار دی اکسید کربن روش های مختلفی وجود دارد که از آن جمله، بهینه سازی مصرف انرژی با افزایش راندمان سیکل ها، استفاده از انرژی های نو و تجدید پذیر و بازیابی دی اکسید کربن (جمع آوری، جداسازی و ذخیره سازی دی اکسید کربن) را می توان نام برد. روش بازیابی دی اکسید کربن خود شامل روش های زیر می باشد. 1. جمع آوری دی اکسید کربن بعد از احتراق 2. جمع آوری دی اکسید کربن قبل از احتراق 3. جمع آوری دی اکسید کربن با استفاده از روش احتراق اکسیژن-سوخت مطالعات گوناگون در سراسر جهان نشان داده است که روش احتراق اکسیژن-سوخت یکی از روش های مناسب بازسازی نیروگاه های موجود برای بازیابی دی اکسید کربن می باشد و از لحاظ فنی و اقتصادی از توجیه مناسبی برخوردار است. بویلرهای متداول، از هوا برای احتراق سوخت استفاده می کنند بطوریکه نیتروژن هوا (با درصد حجمی79%)، غلظت دی اکسید کربن در جریان گاز را کاهش می دهد. در احتراق اکسیژن-سوخت، ترکیبی از اکسیژن با خلوصی بیشتر از 95% و جریان دود برگشتی برای احتراق سوخت بکار میرود که گاز حاصل اساسا از بخار آب و دی اکسید کربن تشکیل شده است که جداسازی دی اکسید کربن از این جریان بسیار آسان تر می باشد و خلوص دی اکسید کربن بازیافت شده را افزایش می دهد. در این پژوهش سیکل دارای بازیافت دی اکسید کربن به روش احتراق اکسیژن-سوخت با نرم افزار مدلسازی فرایند های نیروگاهی مدل شده است. برای داشتن مبنایی برای مقایسه با نتایج سیکل جدید، نیروگاه سیکل ترکیبی کازرون به عنوان نیروگاه مرجع مدلسازی و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شده است. با توجه به نتایج این دو مدل، راندمان ناخالص سیکل احتراق اکسیژن-سوخت از سیکل مرجع بیشتر می باشد (62 درصد در مقایسه با 03/49 درصد) ولی راندمان خالص آن کمتر است (85/41 درصد در مقایسه با 92/47 درصد) که این بدلیل مصرف انرژی بالا در اجزای جدید نیروگاه مانند واحد جداسازی اکسیژن هوا و واحد جداسازی و ذخیره سازی دی اکسید کربن در روش احتراق اکسیژن-سوخت می باشد. در این مدل دی اکسید کربن با خلوص 84/96 درصد با فشار 20 بار بازیافت شد و انتشار آلاینده های دیگر بویژه nox بدلیل جداسازی نیتروژن در فرایند تولید اکسیژن به میزان 7/4289 تن در سال کاهش یافت. بر اساس ارزیابی اقتصادی انجام شده، بدلیل هزینه های اجتماعی ناشی از انتشار گاز های گلخانه ای و درآمد ناشی از کاربرد دی اکسید کربن بازیافت شده در صنایع دیگر از جمله نفت وگاز برای تزریق در چاهای استخراج نفت وگاز برای افزایش استحصال، این طرح دارای توجیه پذیری اقتصادی بالایی است. روند توسعه روزافزون فناوری احتراق اکسیژن-سوخت در کشورهای دیگر نشان دهنده پتانسیل قابل توجه این فناوری در حل مشکلات ناشی از استفاده از سوختهای فسیلی در تولید برق می باشد. این پژوهش اولین بررسی بکارگیری این فناوری در بخش نیروگاهی کشور ایران است. در کشور ما نیز چنین سرفصلی بایستی مورد توجه متولیان ذیربط قرار گیرد. هدف نهایی از توسعه این فناوری ساخت نیروگاه هایی با راندمان بالای 60 درصد و آلایندگی صفر است.