بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم igchp (سیستم یکپارچه سازی تولید همزمان حرارت و قدرت از طریق راکتور گازی ساز) با استفاده از محصولات نفتی سنگین

یکی از معضلات مهم محیط زیستی کشور را می توان استفاده از سوخت های مایع به منظور تولید توان الکتریکی در نیروگاه ها دانست. این موضوع به ویژه در فصل زمستان و در امتداد پدیده وارونگی هوا صدمات جدی بر محیط زیست کلان شهرها وارد می نماید. در این رساله، فرآیند گازی سازی به منظور ارائه راهکاری برای تولید انرژی الکتریکی از سوخت های مایع سنگین و با میزان آلاینده های تولیدی کمتر مورد تحلیل قرار گرفته شده است. برای این منظور ابتدا با شناخت فناوری گازی سازی و اجزاء اصلی سیکل آن، فرآیند مذکور شبیه سازی شده و گاز سنتز تولیدی (متشکل از منواکسید کربن و هیدروژن) به منظور تولید توان الکتریکی و آب شیرین در سیکل های ششگانه پیشنهادی، استفاده شده است. آنالیز انرژی، اگزرژی، اقتصادی، محیط زیستی و تحلیل پارامتریک نتایج نسبت به پارامترهای کلیدی ترمودینامیکی و اقتصادی از جمله تحلیل های صورت گرفته در سناریوهای ششگانه می باشد. بهینه سازی تک هدفه (اقتصادی و ترمودینامیکی به صورت جداگانه) تمامی سناریوها و دوهدفه (ترمواکونومیکی) سناریوی برتر، قسمت پایانی این رساله را تشکیل می دهد. اطلاعات تجربی مورد نیاز به منظور شبیه سازی راکتور گازی ساز از داده های تجربی موجود از یک راکتور تحقیقاتی در ژاپن برداشت شده است. همچنین در آنالیزهای اقتصادی، تاثیرات محیط زیستی استفاده از این فناوری به صورت یارانه کاهش آلاینده های محیط زیستی در تحلیل های صورت گرفته، لحاظ شده است. نتایج حاصل از بخش شبیه سازی راکتور گازی ساز نشان می دهد که خطای موجود در درصد ترکیب حجمی 94 درصد از کل مخلوط زیر 5 درصد می باشد. همچنین در شبیه سازی پیل سوختی اکسید جامد و مقایسه آن با مراجع موجود انطباق مناسبی فیمابین نتایج وجود داشته و تنها در محاسبه افت ولتاژ اهمیک اختلاف 9 درصدی در چگالی جریان بالای 5100 آمپر بر متر مربع وجود دارد که دلیل اصلی رفتارهای غیر متعارف پیل سوختی در این بازه عملکردی می باشد. در بررسی-های صورت گرفته سناریوی پنجم با 24/57 درصد از منظر انرژی، سناریوی پنجم با 98/57 درصد از منظر اگزرژی و سناریوی ششم با 74/66 درصد از نقطه نظر راندمان تولید همزمان حرارت، توان و آب شیرین برترین سناریوها می باشند. از منظر اقتصادی و با در نظر گرفتن یارانه کاهش آلاینده های محیط زیستی بر مبنای محاسبات داخلی، سناریوی ششم با دوره بازگشت سرمایه 71/8 سال بهترین دوره بازگشت سرمایه را به خود اختصاص داده است و برمبنای محاسبات جهانی سناریوی پنجم و ششم با دوره بازگشت سرمایه 3/2 سال بهترین وضعیت را دارا می باشند. همچنین در بررسی های صورت گرفته در سایزهای مختلف نشان داده شد که از نقطه نظر اقتصادی، در سایز 000/10 کیلوگرم در ساعت و بالاتر و در حالت قیمت سوخت ورودی 100و 250 دلار به ازای هر تن، سناریوهای پیشنهادی کاملا توجیه پذیر بوده و دارای دوره بازگشت سرمایه زیر 5 سال می باشند. تولید آب شیرین در سناریوی سوم و ششم نیز باعث افزایش میزان توجیه پذیری سناریوی های پیشنهادی شده است (بر مبنای داخلی 15/93 درصد کاهش و برمبنای جهانی 21/21 درصد کاهش در سناریوی سوم و بر مبنای داخلی 8/56 درصد و بر مبنای جهانی 85/13 درصد کاهش در سناریوی ششم). همچنین نشان داده شده است که در صورت اختصاص یارانه به تکنولوژی های پاک و پیشرفته در حوزه تولید توان، تاثیر یارانه دولت بر قیمت سوخت ناچیز بوده و می توان این بخش از بار مالی دولت را حذف نمود. در بخش بهینه سازی تک هدفه سناریوی پنجم و ششم به ترتیب با 8/23 و 8/29 درصد از منظر اگزرژی و اقتصادی بهینه ترین سناریو در میان گزینه های مورد بررسی می باشند. بهینه سازی دو هدفه سناریوی ششم در بخش پایانی رساله نشان می دهد که بهبود اقتصادی و اگزرژی سناریوی برتر به ترتیب برابر با 27 و 4/10 درصد می باشد.