تحلیل اگزرژی- اقتصادی سیستم تولید همزمان توان و گرما از بیوگاز تصفیه خانه فاضلاب (مطالعه موردی تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر با توجه به افزایش جمعیت شهری و نیاز به توسعه تصفیه خانه‌های فاضلاب از یک سو و بحران انرژی از سوی دیگر، بیوگاز حاصل از لجن تصفیه خانه‌های فاضلاب به یک منیع مهم جهت تولید انرژی تبدبل شده‌است. بنابراین طراحی، ساخت و بهره برداری واحدهای تولید توان و گرما در تصفیه خانه‌های فاضلاب ضروری به نظر می‌رسد. هدف این پژوهش تحلیل اگزرژی اقتصادی سیستم تولید همزمان توان و گرما از بیوگاز تولیدی در تصفیه خانه فاضلاب می‌باشد. برای این منظور نیروگاه تولید توان و گرمای تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران به صورت موردی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. معادلات اگزرژی و اقتصادی برای اجزای سیستم استخراج و سپس یا استفاده از نرم افزار EES حل شده‌اند. نتایج این تحقیق نشان داد که بیشترین تخریب اگزرژی سیستم در مخرن ذخیره گاز اتفاق می‌افتد. توان خالص تولیدی سیستم برابر 1452 کیلووات و بازده انرژی آن حدود 53% است. نرخ هزینه سیستم برابر 7/117 دلار بر ساعت و دوره بازگشت سرمایه آن برابر 2/4 سال و وابسته به حالت بهره برداری است.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Basu P. Biomass gasification and pyrolysis: practical design and theory: Academic press; 2010.
  • Aino S. Comparison of gasification, pyrolysis and combustion. Introd to biorefineries biofuels. 2013.
  • Barber W, MCIWEM M, WEM C, editors. Factors influencing energy generation from municipal sludge digestion. 15th European Biosolids and Organic Resources Conference (Leeds: Aqua Enviro Technology Transfer); 2010.
  • Brizi F, Silveira JL, Desideri U, dos Reis JA, Tuna CE, de Queiroz Lamas W. Energetic and economic analysis of a Brazilian compact cogeneration system: Comparison between natural gas and biogas. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;38:193-211.
  • Ozdil NFT, Tantekin A. Exergy and exergoeconomic assessments of an electricity production system in a running wastewater treatment plant. Renewable energy. 2016;97:390-8.
  • Safari F, Dincer I. Development and analysis of a novel biomass-based integrated system for multigeneration with hydrogen production. International Journal of Hydrogen 2019;44(7):3511-26.
  • Di Fraia S, Macaluso A, Massarotti N, Vanoli L. Energy, exergy and economic analysis of a novel geothermal energy system for wastewater and sludge treatment. Energy conversion and management. 2019;195:533-47.
  • صابری مهر ع, ادیبی ت, توحید. امکان سنجی ایجاد یک نیروگاه تولید همزمان برق و حرارت با سوخت بیوگاز بوسیله پیل سوختی اکسید جامد و سیستم خورشیدی در تصفیه خانه پساب شهری تبریز. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2021;51(2):103-12.
  • Campello LD, Barros RM, Tiago Filho GL, dos Santos IFS. Analysis of the economic viability of the use of biogas produced in wastewater treatment plants to generate electrical energy. Environment, Development and Sustainability. 2021;23:2614-29.
  • Farahbakhsh MT, Chahartaghi M. Performance analysis and economic assessment of a combined cooling heating and power (CCHP) system in wastewater treatment plants (WWTPs). Energy conversion and management. 2020;224:113351.
  • Sanaye S, Yazdani M. Energy, exergy, economic and environmental analysis of a running integrated anaerobic digester-combined heat and power system in a municipal wastewater treatment plant. Energy Reports. 2022;8:9724-41.
  • Tabriz ZH, Mohammadpourfard M, Akkurt GG, Heris SZ. Energy, exergy, exergoeconomic, and exergoenvironmental (4E) analysis of a new bio-waste driven multigeneration system for power, heating, hydrogen, and freshwater production: Modeling and a case study in Izmir. Energy Conversion and Management. 2023;288:117130.
  • Asgari N, Saray RK, Mirmasoumi S. Seasonal exergoeconomic assessment and optimization of a dual-fuel trigeneration system of power, cooling, heating, and domestic hot water, proposed for Tabriz, Iran. Renewable Energy. 2023;206:192-213.
  • Baghernejad A, Yaghoubi M. Exergoeconomic analysis and optimization of an Integrated Solar Combined Cycle System (ISCCS) using genetic algorithm. Energy conversion and Management. 2011;52(5):2193-203.
  • Yari M, Mehr AS, Mahmoudi SMS, Santarelli M. A comparative study of two SOFC based cogeneration systems fed by municipal solid waste by means of either the gasifier or digester. Energy. 2016;114:586-602.
  • Yunus AC, Michael AB. THERMODYNAMICS: AN ENGINEERING APPROACH: McGraw-Hill; 2002.
  • Ozdemir K, Hepbasli A, Eskin N. Exergoeconomic analysis of a fluidized-bed coal combustor (FBCC) steam power plant. Applied Thermal Engineering. 2010;30(13):1621-31.
  • Khaljani M, Saray RK, Bahlouli K. Comprehensive analysis of energy, exergy and exergo-economic of cogeneration of heat and power in a combined gas turbine and organic Rankine cycle. Energy Conversion and Management. 2015;97:154-65.
  • Shokati N, Mohammadkhani F, Yari M, Mahmoudi SM, Rosen MA. A comparative exergoeconomic analysis of waste heat recovery from a gas turbine-modular helium reactor via organic Rankine cycles. Sustainability. 2014;6(5):2474-89.
  • Mirmasoumi S, Ebrahimi S, Saray RK. Enhancement of biogas production from sewage sludge in a wastewater treatment plant: Evaluation of pretreatment techniques and co-digestion under mesophilic and thermophilic conditions. Energy. 2018;157:707-17.
  • Mirmasoumi S, Saray RK, Ebrahimi S. Evaluation of thermal pretreatment and digestion temperature rise in a biogas fueled combined cooling, heat, and power system using exergo-economic analysis. Energy Conversion and Management. 2018;163:219-38.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار