تحلیل قانون اول و دوم ترمودینامیک در یک سیستم تولید همزمان توان و هیدروژن با محرک گاز‌سازی زباله جامد شهری

Abstract

امروزه با توجه به کاربرد وسیع سیستم‌های تولید همزمان با منابع انرژی تجدیدپذیر و همچنین نیاز دنیا از نظر اقتصادی و محیط زیستی به این سیستم‌ها، طراحی و تحلیل ترمودینامیکی آن‌ها مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است. از این رو در کار حاضر، یک سیستم تولید همزمان دو‌گانه توان و هیدروژن با طرحی نوین، ساده و در عین حال کاربردی ارائه شده است که شامل چرخه ﺗﻮرﺑﯿﻦﮔﺎزی، گازساز، چرخه‏ گذربحرانی کربن‌دی‌اکسید و الکترولیزر غشاء پروتونی است. طرح مذکور از دیدگاه‌های قانون اول و دوم ترمودینامیک با نرم‌افزار حلگر معادلات مهندسی EES شبیه-سازی شده است. سیستم طراحی شده در کنار تولید توان از بیشترین ظرفیت ممکن خود استفاده کرده و سوخت پاک هیدروژن را نیز برای مصرف‌کننده تامین می‌کند. در حالت پایه سیستم به‌ترتیب دارای ظرفیت الکتریکی 92/3 مگاوات بوده و توانایی تولید گاز هیدروژن به میزان 8/608 مترمکعب در ساعت را داراست. میزان سوخت مصرفی چرخه 155/1 کیلوگرم بر ثانیه است. ضریب بهره‌وری انرژی و بازده اگزرژی سیستم به‌ترتیب %71/34 و %44/29 است. میزان نابودی اگزرژی کل سیستم نیز برابر 11854 کیلووات است. همچنین محفظه احتراق، توربین‌گازی و گازساز بیشترین میزان نابودی اگزرژی را به خود اختصاص داده‌اند. طبق مطالعات پارامتری، مشخص گردید که افزایش دمای ورودی به توربین تاثیر مثبت و افزایش فشار حداکثری چرخه کربن دی اکسید تاثیر منفی بر روی ضریب بهره‌وری انرژی و بازده اگزرژی کل سیستم دارند.