مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

آنالیز ترمودینامیک، اقتصادی و مطالعه موردی استفاده از گاز سنتز حاصل از راکتور گازی‌ساز زیست‌توده در سامانه‌های تولید پراکنده

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
محمدجواد رحیمی 1
محمد حسین حامدی 1
مجید عمیدپور 2
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
مقاله حاضر حاوی نتایج بررسی ترمودینامیک و اقتصادی استفاده از گاز سنتز حاصل از راکتور گازی‌ساز زیست‌توده به‌جای گاز طبیعی، در یک نیروگاه تولید همزمان است. ابتدا تحلیل سیستم موجود در کارخانه پارس‌خودرو که با گاز طبیعی تغذیه می‌شود، صورت پذیرفت و در ادامه به‌کارگیری گازی‌ساز در راستای تولید گاز سنتزی برای جایگزینی گاز طبیعی بررسی می‌شود. نتایج تحلیل ترمودینامیک نشان می‌دهد که افزایش درصد رطوبت سوخت زیست‌توده اثر جزئی روی درصد CH۴ و N۲ در گاز سنتزی داشته است، اما اثر کاهشی نسبتاً شدیدی بر درصد CO و CO۲ و همچنین ارزش حرارتی پایین دارد. با به‌کارگیری راکتور گازی‌ساز، به میزان ۴۴۶۸۳۱۶متر مکعب در سال صرفه‌جویی در مصرف گاز طبیعی ایجاد می‌شود. نتایج تحلیل اقتصادی مبین این مطلب است که به‌ازای قیمت گاز طبیعی ۷۰۰ریال بر متر مکعب، قیمت خرید برق ۶۵۰ریال بر کیلووات ساعت، تعداد سال‌های عملکرد ۷سال و نرخ سود ۷%، ارزش خالص حال حاضر در مرز صفر است و سرمایه‌گذاری در مرز توجیه‌پذیری اقتصادی خواهد بود. اما درصورت بالاتربودن نرخ سود، کمتربودن نرخ خرید گاز طبیعی یا کمتربودن قیمت خرید برق، سیستم ارتقایافته از دیدگاه اقتصادی توجیه‌پذیر نیست. در همین ارتباط، در نرخ سود ۷%، به‌ازای قیمت سوخت زیست‌توده حداکثر برابر با ۱۰۰۰۰۰ریال بر تن، ارزش خالص حال حاضر در مرز صفر است و سرمایه‌گذاری توجیه اقتصادی خواهد داشت، اما در مقادیر بالاتر قیمت زیست‌توده، سرمایه‌گذاری توجیه اقتصادی نخواهد داشت.


کلیدواژه‌ها
زیست‌توده
موتور ژنراتور گازسوز
گازی‌ساز
ارزش خالص حال حاضر

موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic, Economic and Case Study of Synthesis Gas Using the Biomass Gasification Reactor in Distributed Generation Systems

نویسندگان English

M.J. Rahimi 1
M.H. Hamedi 1
M. Amidpour 2
1 Mechanical Engineering Department, KNT University of Technology, Tehran, Iran
2 Energy Systems Department, KNT University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The present paper presents the results of the thermodynamic and economical study of the use of synthesis gas from a biomass gasification reactor instead of natural gas at a synchronous power plant. First, the analysis of the system at the Pars factory, which is fed with natural gas, was done, and the use of a for the synthesis of natural gas for the replacement of natural gas is investigated. The results of thermodynamic analysis indicate that the increase in the percentage of biomass fuel moisture had a slight effect on CH4 and N2 in synthetic gas, but it has a relatively modest effect on CO and CO2 thermal value. By using a reactor, a natural gas consumption of 4468316cubic meters per year will be saved. The results of economic analysis indicate that due to the price of natural gas of 700Rials per cubic meter, the purchase price of electricity is 650Rials per kWh, the number of years of operation 7 years and the profit rate of 7%, the net present value is at the zero frontier and this investment is at the threshold of being economically feasible. But if the rate of profit is to be raised, the lower the natural gas purchase price, or of electricity purchase, the improved system from the economic point of view is not profitable. In this regard, at a profit rate of 7%, the price of the biodegradable fuel is at most equal to 100,000 rials per ton, the net present value is at the zero frontier and the investment will have economic justification, But in larger quantities of biomass, investment will not be economically profitable.

کلیدواژه‌ها English

Biomass
Gas Generator Engine
Gasifier
Net present value
Iran Ministry of Power. Comprehensive guide for combined heat and power production [Internet]. Tehran: Iran Ministry of Power; 2005. [Persian]. [Link]
European Commission. Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources [Internet]. Brussels: European Commission; 2009. Available from: http://www.buildup.eu/en/practices/publications/directive-200928ec-promotion-use-energy-renewable-sources-23-april-2009 [Link]
Yang H, Chen H. 11- Biomass gasification for synthetic liquid fuel production. In: Luque R, Speight JG, Editors. Gasification for synthetic fuel production: Fundamentals, processes and applications. Sawston: Woodhead Publishing; 2015. pp. 241-275 [Link] [DOI:10.1016/B978-0-85709-802-3.00011-4]
Heidenreich S, Foscolo PU. New concepts in biomass gasification. Progress in Energy and Combustion Science. 2015;46:72-95. [Link] [DOI:10.1016/j.pecs.2014.06.002]
Doherty W, Reynolds A, Kennedy D. Process simulation of biomass gasification integrated with a solid oxide fuel cell stack. Journal of Power Sources. 2015;277:292-303. [Link] [DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.11.125]
Baruah D, Baruah DC. Modeling of biomass gasification: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;39:806-815. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2014.07.129]
Baruah D, Baruah DC, Hazarika MK. Artificial neural network based modeling of biomass gasification in fixed bed downdraft gasifiers. Biomass and Bioenergy. 2017;98:264-271. [Link] [DOI:10.1016/j.biombioe.2017.01.029]
Mendiburu AZ, Roberts JJ, Carvalho Jr JA, Silveira JL. Thermodynamic analysis and comparison of downdraft gasifiers integrated with gas turbine, spark and compression ignition engines for distributed power generation. Applied Thermal Engineering. 2014;66(1-2):290-297. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2014.02.027]
Puig-Arnavat M, Bruno JC, Coronas A. Modeling of trigeneration configurations based on biomass gasification and comparison of performance. Applied Energy. 2014;114:845-856. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2013.09.013]
Wang JJ, Xu ZL, Jin HG, Shi GH, Fu Ch, Yang K. Design optimization and analysis of a biomass gasification based BCHP system: A case study in Harbin, China. Renewable Energy. 2014;71:572-583. [Link] [DOI:10.1016/j.renene.2014.06.016]
Prando D, Patuzzi F, Pernigotto G, Gasparella A, Baratieri M. Biomass gasification systems for residential application: An integrated simulation approach. Applied Thermal Engineering. 2014;71(1):152-160. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2014.06.043]
Vera D, De Mena B, Jurado F, Schories G. Study of a downdraft gasifier and gas engine fueled with olive oil industry wastes. Applied Thermal Engineering. 2013;51(1-2):119-129. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2012.09.012]
Huang Y, McIlveen-Wright DR, Rezvani S, Huang MJ, Wang YD, Roskilly AP, et al. Comparative techno-economic analysis of biomass fuelled combined heat and power for commercial buildings. Applied Energy. 2013;112:518-525. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2013.03.078]
Kalina J. Integrated biomass gasification combined cycle distributed generation plant with reciprocating gas engine and ORC. Applied Thermal Engineering. 2011;31(14-15):2829-2840. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2011.05.008]
Puig-Arnavat M, Bruno JC, Coronas A. Review and analysis of biomass gasification models. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010;14(9):2841-2851. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2010.07.030]
Basu P. Biomass gasification and pyrolysis: Practical design and theory. Cambridge: Academic press; 2010. [Link]
Shabbar S, Janajreh I. Thermodynamic equilibrium analysis of coal gasification using Gibbs energy minimization method. Energy Conversion and Management. 2013;65:755-763. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2012.02.032]
Çengel YA, Boles MA. Thermodynamics: An engineering approach. 4th Edition. Valume 1. New York: McGraw-Hill; 2002. [Link]
Bridgwater AV. The technical and economic feasibility of biomass gasification for power generation. Fuel. 1995;74(5):631-653. [Link] [DOI:10.1016/0016-2361(95)00001-L]
Bejan A, Tsatsaronis G, Moran M. Thermal design and optimization. Hoboken: John Wiley & Sons; 1996. [Link]
Zainal ZA, Ali R, Lean CH, Seetharamu KN. Prediction of performance of a downdraft gasifier using equilibrium modeling for different biomass materials. Energy Conversion and Management. 2001;42(12):1499-1515. [Link] [DOI:10.1016/S0196-8904(00)00078-9]
Alauddin ZAZ. Performance and characteristics of a biomass gasifier system [Dissertation]. Cardiff: University of Wales; 1996. [Link]
RH Perry, Chilton CH. Perry's Chemical Engineers' Handbook. 5th Edition. Volume 5. New York: McGraw-Hill; 1973. [Link]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 6
خرداد 1398
صفحه 1417-1428