مدل سازی و تحلیل انرژی، اگزرژی اقتصادی و زیست محیطی فرایند گازی سازی کوپل شده با سلول سوختی اکسید جامد با استفاده از نرم افزار اسپن پلاس

در این پژوهش فرایند گازی سازی زیست توده کوپل شده با سلول سوختی اکسید جامد به صورت جامع در نرم افزار Aspen Plus مدل سازی و از منظر انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی مورد ارزیابی قرار گرفته است. ابتدا یک مدل ترمودینامیکی مبتنی بر اصل کمینه سازی انرژی آزاد گیبس برای گازی سازی زیست توده توسعه داده شده و ترکیب گاز سنتزی حاصل تحت شرایط مختلف عملیاتی تعیین می گردد سپس گاز سنتز تولیدی پس از آماده سازی به عنوان خوراک سوخت وارد آند پیل سوختی اکسید جامد شده و عملکرد الکتروشیمیایی SOFC از طریق محاسبه ولتاژ خروجی، چگالی جریان، دماها و ترکیب گازهای ورودی و خروجی مدل سازی می شود. صحت سنجی مدل با مقایسه نتایج شبیه سازی با داده های تجربی و مقادیر گزارش شده در مراجع نشان می دهد که مدل گازساز ترکیب اجزای اصلی گاز سنتزی را با اختلاف ناچیز و روندی کاملا همسو با داده های مرجع پیش بینی می کند و مدل SOFC نیز پارامترهای کلیدی عملکرد از جمله ولتاژ، چگالی جریان و دماهای آند و کاتد را با دقت مطلوب بازتولید می نماید. بر پایه این مدل، تحلیل های انرژی و اگزرژی برای اجزای اصلی سامانه و کل فرایند انجام شده و بخش های با بیشترین نابودی اگزرژی به عنوان نقاط کلیدی برای بهینه سازی معرفی شده اند. افزون بر این با انجام ارزیابی اقتصادی و زیست محیطی هزینه تولید برق و آثار زیست محیطی سامانه گازی سازی پیل سوختی با گزینه های متعارف احتراق مستقیم زیست توده مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که ترکیب گازی سازی زیست توده با SOFC علاوه بر افزایش قابل توجه بازده انرژی و اگزرژی می تواند انتشار آلاینده ها را کاهش داده و به عنوان یک گزینه نویدبخش برای تولید انرژی پاک و پایدار از زیست توده مطرح شود.

کلیدواژه ها:

تحلیل انرژی ، تحلیل اگزرژی ، تحلیل اقتصادی ، تحلیل زیست محیطی ، گازی سازی ، سلول سوختی اکسید جامد ، نرم افزار اسپن پلاس ، زیست توده