بهینه سازی چند هدفه و تحلیل حساسیت آماری سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک گاز زیستی در تصفیه خانه های فاضلاب شهری

امروزه استفاده از گاز زیستی به علت محتوای متان، تجدیدپذیر بودن و ارزان قیمت بودن آن رو به افزایش است. پیل سوختی اکسیدجامد یکی از بهترین فناوری های تبدیل انرژی موجود جهت کار با گاز زیستی می باشد که از پتانسیل بالایی جهت اتصال با توربین گازی برخوردار است. در این مقاله سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسیدجامد- توربین گاز با خوراک دهی توسط گاز زیستی، از جنبه های 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 سرمایه گذاری 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 بهینه سازی چند هدفه (NSGII)، مقادیر بهینه پارامترهای طراحی سیستم ترکیبی محاسبه شده اند. نقطه بهینه نهایی با به-کارگیری روش بی بعدسازی اقلیدسی و روش تصمیم گیری لین مپ در نمودار بی تفاوتی بدست آمده است. در نقطه بهینه، بازده انرژی الکتریکی برابر ۶۶ درصد و هزینه کل سرمایه گذاری برابر ۱۷۵۲۲۷.۴ دلار می باشد که در این نقطه، هزینه همتراز شده انرژی الکتریکی ۶.۳ 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 آن ها 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 سرمایه گذاری کل سیستم می باشند.

کلیدواژه ها:

Biogas ، Solid oxide fuel cell ، Gas Turbine ، Multi objective optimization ، Sobol sensitivity analysis ، گاز زیستی ، پیل سوختی اکسید جامد ، توربین گاز ، بهینه سازی چندهدفه ، تحلیل حساسیت سوبل