معرفي و بهينه سازي عملكرد يك سيستم تركيبي جديد با سوخت زيست توده از ديد قانون دوم ترموديناميك

Optimization of a Combined Cycle for Power Generation Integrated with Biomass Gasification

يك سيستم تركيبي جديد جهت توليد توان بر اساس گاز‌ساز، چرخه توربين‌گاز، چرخه‌كربن‌دي­ اكسيد فرابحراني و چرخه رانكين با سيال عامل آلي پيشنهاد شده و از لحاظ ترموديناميكي تحليل مي‌شود. با استفاده از نرم افزار EES (حل گر معادلات مهندسي) سيستم تركيبي جهت تعيين بازگشت ناپذيري ها در اجزا مختلف، به منظور تعيين نقاط ضعف سيستم، تحليل اگزرژي مي‌شود. در اين راستا به اثرات زيست محيطي سيستم توجه شده و اين پارامتر براي سه نوع نيروگاه متفاوت بر اساس چرخه‌هاي سازنده‌ي سيستم تركيبي محاسبه مي‌شود. براي درك بهتر كاركرد سيستم تاثير تغيير متغير‌هاي طراحي تاثير گذار سيستم بر روي توان توليدي و بازده قانون دوم ترموديناميك بررسي مي‌شود. با استفاده از نتايج مطالعه پارامتري عملكرد ترموديناميكي سيستم بهينه سازي شده و پارامتر‌هاي بهينه تعيين مي‌شوند. نتايج نشان مي­دهد كه افزايش حداكثر دماي سيستم به ميزان 300 درجه سلسيوس باعث 7/52 % افزايش بازده اگزرژي و 23/45 % افزايش توان توليدي مي‌شود. اين در حالي است كه نسبت فشار كمپرسور هوا 12/98 % افزايش و نسبت فشار كمپرسور چرخه‌كربن‌دي اكسيد فرابحراني مقدار ثابتي را در شرايط بهينه نشان مي­دهد. نتايج همچنين حاكي از اين است كه سيستم تركيبي نسبت به سيستم توربين گاز داراي 10/07 % بازده بيشتر و 25/82 % توليد كربن دي ‌اكسيد كمتر مي‌باشد.

A new combined system based on a biomass gasifier, gas turbine, S-CO2 cycle and an organic Rankin cycle for power generation is proposed and assessed thermodynamically. Exergy analysis is conducted to determine the irreversibilities in system components. In addition, an environmental impact assessment is performed for each of the three types of plants in the combined system. To understand the system performance more comprehensively, a parametric study is performed to investigate the effect of several important design parameters on the net power output and exergy efficiency of the system. The system performance is optimized and the optimum design parameters were determined. The results demonstrate that an increase of 300oC in the turbine inlet temperature results in 7.52% and 23.45% increases for the exergy efficiency and net power output, respectively. This temperature increase also brings about an increase of 12.98% and a nearly constant pressure ratio of the air compressor and the S-CO2 compressor in optimum working condition. In addition, compared to the gas turbine, the exergy efficiency of the combined system is 10.07% higher and the CO2 emission of the combined system is 25.82% lower.