بهینه‌سازی چند هدفه و تحلیل حساسیت آماری سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک‌ گاز زیستی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری

Abstract

امروزه استفاده از گـاز زیستی به‌علت محتوای متان، تجدیدپذیر بودن و ارزان قیمت بودن آن رو به افزایش است. پیل سوختی اکسیدجامد یکی از بهترین فناوری‌های تبدیل انرژی موجود جهت کار با گاز زیستی می‌باشد که از پتانسیل بالایی جهت اتصال با توربین گازی برخوردار است. در این مقاله سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک‌دهی توسط گاز زیستی، از جنبه‌های انرژی و اقتصادی مدلسازی شده است. جهت یافتن مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی، دو تابع هدف بیشینه-سازی بازده انرژی الکتریکی و کمینه سازی هزینه سرمایه‌گذاری کل سیستم در نظر گرفته شده است. در ابتدا هر یک از اجزای سیستم ترکیبی به صورت جداگانه مدلسازی و اعتبارسنجی شده است. سپس با استفاده از بهینه‌سازی چند هدفه (NSGII)، مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی محاسبه شده‌اند. نقطه بهینه نهایی با به-کارگیری روش بی‌بعدسازی اقلیدسی و روش تصمیم‌گیری لین‌مپ در نمودار بی‌تفاوتی بدست آمده است. در نقطه بهینه، بازده انرژی الکتریکی برابر 66 درصد و هزینه کل سرمایه‌گذاری برابر 175227.4 دلار می‌باشد که در این نقطه، هزینه همتراز شده انرژی الکتریکی 6.3 سنت به ازای هر کیلووات ساعت محاسبه شده است. در انتها نیز به-منظور تعیین اهمیت پارامترهای طراحی، با کمک روش تحلیل حساسیت سوبل میزان تاثیر هر یک از آن‌ها بر توابع هدف بررسی شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می-دهد که نسبت تراکم کمپرسور دارای بیشترین تاثیر بر بازده انرژی الکتریکی سیستم و همچنین بازده ایزنتروپیک توربین و جریان پیل سوختی نیز دارای بیشترین تاثیر بر هزینه سرمایه‌گذاری کل سیستم می‌باشند.