معرفی و بهینه سازی عملکرد یک سیستم ترکیبی جدید با سوخت زیست توده از دید قانون دوم ترمودینامیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 معاون پژوهشی دانشکده

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه ایران

چکیده

یک سیستم ترکیبی جدید جهت تولید توان بر اساس گاز‌ساز، چرخه توربین‌گاز، چرخه‌کربن‌دی­اکسید فرابحرانی و چرخه رانکین با سیال عامل آلی پیشنهاد شده و از لحاظ ترمودینامیکی تحلیل می‌شود. با استفاده از نرم افزار EES  (حل گر معادلات مهندسی) سیستم ترکیبی جهت تعیین بازگشت ناپذیری ها در اجزا مختلف، به منظور تعیین نقاط ضعف سیستم، تحلیل اگزرژی می‌شود. در این راستا به اثرات زیست محیطی سیستم توجه شده و این پارامتر برای سه نوع نیروگاه متفاوت بر اساس چرخه‌های سازنده‌ی سیستم ترکیبی محاسبه می‌شود. برای درک بهتر کارکرد سیستم تاثیر تغییر متغیر‌های طراحی تاثیر گذار سیستم بر روی توان تولیدی و بازده قانون دوم ترمودینامیک بررسی می‌شود. با استفاده از نتایج مطالعه پارامتری عملکرد ترمودینامیکی سیستم بهینه سازی شده و پارامتر‌های بهینه تعیین می‌شوند. نتایج نشان می­دهد که افزایش حداکثر دمای سیستم به میزان 300 درجه سلسیوس باعث 52/7 %  افزایش بازده اگزرژی و 45/23 % افزایش توان تولیدی می‌شود. این در حالی است که نسبت فشار کمپرسور هوا 98/12 % افزایش و نسبت فشار کمپرسور چرخه‌کربن‌دی اکسید فرابحرانی مقدار ثابتی را در شرایط بهینه نشان می­دهد. نتایج همچنین حاکی از این است که سیستم ترکیبی نسبت به سیستم توربین گاز دارای 07/10 %  بازده بیشتر و 82/25 %  تولید کربن دی ‌اکسید کمتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


 
[1] Ahmadi P., Dincer I., Rosen M. A., Development and assessment of an integrated biomass-based multi-generation energy system, Energy, Vol. 56, pp. 155-166, 2013.
[2] Soltani S., Mahmoudi S., Yari M., Morosuk T., Rosen M., Zare V., A comparative exergoeconomic analysis of two biomass and co-firing combined power plants, Energy Conversion and Management, Vol. 76, pp. 83-91, 2013.
[3] Datta A., Ganguly R., Sarkar L., Energy and exergy analyses of an externally fired gas turbine (EFGT) cycle integrated with biomass gasifier for distributed power generation, Energy, Vol. 35, No. 1, pp. 341-350, 2010.
[4] Soltani S., Mahmoudi S., Yari M., Rosen M., Thermodynamic analyses of a biomass integrated fired combined cycle, Applied Thermal Engineering, Vol. 59, No. 1, pp. 60-68, 2013.
[5] Gnanapragasam N. V., Reddy B. V., Rosen M. A., Optimum conditions for a natural gas combined cycle power generation system based on available oxygen when using biomass as supplementary fuel, Energy, Vol. 34, No. 6, pp. 816-826, 2009.
[6] Kotowicz J., Sobolewski A., Iluk T., Energetic analysis of a system integrated with biomass gasification, Energy, Vol. 52, pp. 265-278, 2013.
[7] Sebastián F., Royo J., Gómez M., Cofiring versus biomass-fired power plants: GHG (Greenhouse Gases) emissions savings comparison by means of LCA (Life Cycle Assessment) methodology, Energy, Vol. 36, No. 4, pp. 2029-2037, 2011.
[8] Karamarkovic R., Karamarkovic V., Energy and exergy analysis of biomass gasification at different temperatures, Energy, Vol. 35, No. 2, pp. 537-549, 2010.
[9] Akbari A D., Mahmoudi S. M., Thermoeconomic analysis & optimization of the combined supercritical CO 2 (carbon dioxide) recompression Brayton/organic Rankine cycle, Energy, Vol. 78, pp. 501-512, 2014.
[10] Dostal V., Hejzlar P., Driscoll M. J., The supercritical carbon dioxide power cycle: comparison to other advanced power cycles, Nuclear technology, Vol. 154, No. 3, pp. 283-301, 2006.
[11] Hejzlar P., Dostal V., Driscoll M., Dumaz P., Poullennec G., Alpy N., Assessment of gas cooled fast reactor with indirect supercritical CO2 cycle, Massachusetts Institute of Technology, 2006.
[12] Ishiyama S., Muto Y., Kato Y., Nishio S., Hayashi T., Nomoto Y., Study of steam, helium and supercritical CO 2 turbine power generations in prototype fusion power reactor, Progress in Nuclear Energy, Vol. 50, No. 2, pp. 325-332, 2008.
[13] Dai Y., Wang J., Gao L., Parametric optimization and comparative study of organic Rankine cycle (ORC) for low grade waste heat recovery, Energy Conversion and Management, Vol. 50, No. 3, pp. 576-582, 2009.
[14] Yamamoto T., Furuhata T., Arai N., Mori K., Design and testing of the organic Rankine cycle, Energy, Vol. 26, No. 3, pp. 239-251, 2001.
[15]         Hung T.-C., Waste heat recovery of organic Rankine cycle using dry fluids, Energy Conversion and Management, Vol. 42, No. 5, pp. 539-553, 2001.
[16] Soltani S., Mahmoudi S., Yari M., Rosen M., Thermodynamic analyses of an externally fired gas turbine combined cycle integrated with a biomass gasification plant, Energy Conversion and management, Vol. 70, pp. 107-115, 2013.
[17] Zainal Z., Ali R., Lean C., Seetharamu K., Prediction of performance of a downdraft gasifier using equilibrium modeling for different biomass materials, Energy conversion and management, Vol. 42, No. 12, pp. 1499-1515, 2001.
[18] Moran M. J., Shapiro H. N., Boettner D. D., Bailey M. B., Fundamentals of engineering thermodynamics: John Wiley & Sons, 2010.
[19] Perry R. H., Green D. W., Maloney J. O., Abbott M. M., Ambler C. M., Amero R. C., Perry's chemical engineers' handbook: McGraw-hill New York, 1997.
[20] Sarkar J., Bhattacharyya S., Optimization of recompression S-CO2 power cycle with reheating, Energy Conversion and Management, Vol. 50, No. 8, pp. 1939-1945, 2009.
[21] Bejan A., Moran M. J., Thermal design and optimization: John Wiley & Sons, 1996.
[22] Wark K., Advanced thermodynamics for engineers: McGraw-Hill New York, 1995.
[23] Ptasinski K. J., Prins M. J., Pierik A., Exergetic evaluation of biomass gasification, Energy, Vol. 32, No. 4, pp. 568-574, 2007.