تحليل ترمو-اقتصادي و قابليت اطمينان سيستم تركيبي توربين گازي، پيل سوختي اكسيد جامد و آب‌شيرين‌كن حرارتي چنداثره

Thermo-economic analysis with reliability consideration of a hybrid system of Gas Turbine, SOFC and Multiple Effect Desalination

اهميت و تقاضاي انرژي و آب با كيفيت بالا در سال‌هاي اخير به‌ طور قابل‌ ملاحظه‌اي افزايش‌ يافته است و اين روند به‌شدت ادامه خواهد يافت. يكي از راه‌هاي حل معضل كمبود آب، شيرين‌سازي آب شور اقيانوس‌ها به روش حرارتي است و اگر حرارت مورد نياز آن‌ها توسط هدر‌رفت حرارتي يك سيكل نيروگاه حرارتي تأمين شود، قابل رقابت با ساير روش‌ها است. در اين مقاله، از سيكل‌ حرارتي تركيبي پيل سوختي اكسيد جامد و توربين گازي به‌عنوان تأمين‌كننده‌ي حرارت مورد نياز، استفاده‌شده است. در اينجا، تركيب ارائه شده از اين دو سيستم به همراه سيستم آب‌ شيرين‌كن حرارتي چند مرحله‌اي موجب كاهش مصرف انرژي، كاهش آلايندگي، كاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و تعمير و نگهداري و افزايش راندمان در مقايسه با سيستم‌هاي مستقل مي‌باشد. تحليل‌هاي اگزرژي و اقتصادي مجموعه سيستم تركيبي توسط برنامه رايانه‌اي در EES صورت پذيرفت. نتايج تحليل سيستم تركيبي منجر به ارائه سيستمي با راندمان حرارتي و اگزرژي، 60% و 57% گرديد. هزينه و درآمدهاي موجود در سيستم تخمين زده‌شده و اثرات دو پارامتر مهم طراحي، يعني دماي عملكرد و چگالي جريان پيل سوختي بر دو مشخصه ي بازده اگزرژي و هزينه ي توليد الكتريسيته مورد بررسي قرار گرفته است. سپس، قابليت اطمينان و دسترس پذيري سيستمِ موردِ مطالعه به روش ماركوف به ميزان 0.842 محاسبه شده است. پس از تحليل قابليت اطمينان و محاسبه دسترس پذيري مي توان مشاهده كرد بازده اگزرژي و انرژي كاهش يافته و هزينه ي توليد واحد الكتريسيته 8.8% افزايش مي يابد.

In recent years, the importance and requirements for high-quality energy and water have been increased significantly, and this trend is expected to continue. One of the promising solutions for the water scarcity's problem is desalination of the oceans’ salt water by thermal methods, and if the required thermal energy is provided by wastes of a thermal power plant it will be competitive with other methods. In this paper, a combined cycle including solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine is used as thermal resource. Here, combination of these two systems besides multi effect desalination (MED) system leads to reduction in energy consumption, pollutant emissions, investment and operation and maintenance cost, as well as increase of efficiency in comparison with the conventional individual systems. Exergetic and economic analysis using a computer program in EES software was performed. The results proposed a system with thermal and exergy efficiency of 60% and 57%, respectively. The system expenditures and revenues were estimated, and the effect of two important design parameters, i.e. operational temperature and current density of fuel cell, on exergy efficiency and levelized cost of electricity were investigated. Consequently, the reliability and availability of the proposed system are calculated as 0.842, using the Markov method. After reliability analysis and availability calculation, it can be seen that the exergy and energy efficiencies reduce by 4.53% and 4.92%, respectively, and also LCOE increased by 8.8%.