تولید همزمان برق و حرارت

ازدیاد روزافزون مواد زائد آلی حاصل از فعالیت های مختلف در کشور، یکی از عوامل اصلی آلودگی محیط زیست می باشد. امروزه با توجه به پایین بودن بازده بهره گیری روش های سنتی، هزینه بالای دفن مواد زائد و آلودگی های زیست محیطی، استفاده از روش های مدرن نظیر هضم بی هوازی برای تولید بیوگاز متداول شده است. بیوگاز جمع آوری شده از فرآیند هضم بی هوازی، بعنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر مشابه با گاز طبیعی ولی با مقدار متان و ارزش حرارتی کمتر قابل استفاده می باشد. اما امروزه با کمک فن آوری های تصفیه و آماده سازی مناسب، دسترسی به بیوگاز با خصوصیات کاملا مشابه با گاز طبیعی امکان پذیر شده است [1]. در حال حاضر بیوگاز بعنوان یکی از منابع عمده تامین انرژی الکتریکی و حرارتی و ضمنا یک گزینه مناسب برای استفاده در موتور چهار ضربه ای، موتور دیزل، موتور استرلینگ، توربین گاز، میکرو توربین گازی و پیلهای سوختی جهت تولید برق می باشد [2]. استفاده از بیوگاز به علل متفاوتی که به مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی آن بر می گردد، در نیروگاههای تولید همزمان برق و حرارت برای تولید انرژی مورد توجه جهان واقع شده است [4و3]. تولید بیوگاز از فن آوری هضم بی هوازی و کاربرد آن در نیروگاههای CHP در ایران می تواند ضمن تامین قسمتی از انرژی مورد نیاز کشور، حرکت در راستای توسعه پایدار را نیز محقق سازد. در این مقاله به ضرورت توسعه نیروگاههای تولید همزمان برق و حرارت بیوگازسوز در کشور، با توجه به بررسی هایی که از جنبه های اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی صورت گرفته است، پرداخته می شود. همچنین برای اثبات اهمیت ضرورت احداث اینگونه نیروگاهها از دیدگاه اقتصادی محاسبات لازم برای یک نیروگاه بیوگاز تولید همزمان برق و حرارت بصورت مطالعه موردی انجام گردیده است.

محدودیت ذخایر سوخت های فسیلی و آلایندگی زیست محیطی ناشی از مصرف آنها، بخصوص در شهرها، و همچنین راندمان کم مبدل های انرژی رایج، باعث گرایش به سمت استفاده از مبدل های انرژی کارآمدتر و منابع انرژی های تجدید پذیر شده است. استفاده از یک سیستم فتوولتاییک جهت تولید هیدروژن و در کنار آن یک سیستم پیل سوختی جهت تامین حرارت و الکتریسیته، می تواند برای آینده امید بخش باشد. در این مقاله امکان سنجی فنی و اقتصادی استفاده از یک سیستم ترکیبی فتوولتاییک-پیل سوختی در کاربری های مسکونی جهت تولید همزمان برق و حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل فنی و اقتصادی نشان می دهد که در حال حاضر سیستم فتوولتاییک اقتصادی ترین سیستم ترکیبی است که علاوه بر کاهش میزان مصرف برق، آلودگی نیز در پی ندارد ولی استفاده از پیل سوختی در کنار این سیستم در کاربردهای مسکونی توجیه پذیر نیست. پیش بینی می شود که با افزایش قیمت حامل های انرژی و همچنین کاهش هزینه نصب و راه اندازی سیستم های پیل سوختی در آینده، صرفه اقتصادی خواهد داشت.

بنا به اهمیت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در این تحقیق به بررسی فرآیند نیروگاه بیوگازسوز قابل اجرا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری کرمان با توجه به هزینه های ثابت و سالانه تولید انرژی به ازای هر کیلو وات برق تولیدی در صنایع کوچک(Biogas - DG Industry) در منطقه خاورمیانه پرداخته شده است. برای این منظور سناریوی عدم بازیابی انرژی و سناریوی بازیافت انرژی از فاضلاب شهر کرمان که خود شامل دو سناریوی فروش برق تولیدی به شبکه و سناریوی مصرف برق تولیدی در تصفیه خانه فاضلاب است، معرفی شده و برای هر یک از این سناریوها سه سناریو جمعیتی تعریف شده است. داده های مربوطه از ترازنامه انرژی و سایت آژانس بین المللی انرژی گرفته شده است و سپس با معیارهای اقصاد مهندسی از قبیل هزینه چرخه عمر سالانه، فاکتور ارزش فعلی خالص، نرخ بازدهی داخلی و به ارزیابی اقتصادی بازیافت انرژی از فاضلاب شهر کرمان پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که به لحاظ شاخص ارزش فعلی خالص، اقتصادی ترین سناریو برای تولید همزمان برق و حرارت از منابع تجدیدپذیر(بیوماس) از تصفیه خانه فاضلاب شهر کرمان در سال 1391، سناریوی بازیافت انرژی - فروش برق تولیدی به شبکه است.

باتوجه به محوریت انرژی درتوسعه اقتصادی کشورها، سیاست گذاری فناوریهای حوزه انرژی ضروری است. گام اول برای سیاستگذاری فناوری، تبیین موانع ومسائل موجوددرمسیرتوسعه وبه دنبال آن ارائه سیاست های مناسب د جهت رفع این موانع میباشد.براین اساس، هدف این مقاله، ارائه مدلی برای تحلیل فرآیندتوسعه فناوری برپایه نظام نوآوری فناورانه است.باتوجه به اینکه تحلیل نظام نوآوری عوامل کارکردی وساختاری رادربرمی گیرد، چارچوب تحلیل لایه ای علت ها با هدف دنظرگرفتن لایه های تحلیلی عمیقتر وتبیین مسائل و موانع ریشه ای درمسیرانتشارفناوری مورداستفاده قرارگرفته است.نوع تحقیق از منظر هدف کاربردی و از منظر روش پیمایشی است. قلمرو زمانی تحقیق نیز از سال 1388 که اولین بهره برداری از نیروگاه های chpدر کشور انجام شد تا زمان کنونی است. هم چنین قلمرو مکانی تحقیق کشور ایران است. نمونه آماری نیز خبرگان مطلع از فناوری مورد بررسی، در سه لایه دانشگاهی، صنعتی و سیاست گذاری بوده اند. در مرحله اول بر اساس مدل مفهومی تحقیق، مسائل نظام نوآوری تولید همزمان برق و حرارت در پنج دسته مسائل کارکردی، ساختاری، زمینه ای، گفتمانی و چشم اندازی از طریق مصاحبه های نیمه ساختاریافته و گروه کانونی استخراج شده و سپس شدت هر یک از آن ها با روش مدل سازی معادلات ساختاری مورد آزمون قرار گرفت. در حالیکه نتیجه اکثر مطالعات مشابه شامل تحریک عناصر ساختاری و کارکردی نظام نوآوری فناورانه بوده است، نتایج تحقیق حاضر تأثیر بالای موانع زمینه ای، گفتمانی و همچنین چشم اندازی را بر نظام نوآوری فناوری مورد مطالعه نشان میدهد.

یکی از روش های موثر در بهبود بهره وری سیستم انرژی، استفاده از فناوری تولید همزمان برق و حرارت (CHP) است که می تواند بازدهی انرژی را در مولدهای برق تا دو برابر افزایش دهد. برای این منظور دسترسی به بارهای حرارتی با مشخصه مناسب در محل نصب مولدها ضروری است. بسیاری از واحدهای صنعتی با تقاضای زیاد انرژی های الکتریکی و حرارتی مواجه هستند که می توانند گزینه مناسبی برای توسعه CHP باشند. در این مقاله چارچوبی نظام مند و کمی برای امکانسنجی نصب CHP در واحدهای صنعتی و انتخاب نوع فناوری CHP ارائه شده است. در این چارچوب با دسته بندی صنایع و تعریف شاخص های کلیدی تصمیم، به کمک تحلیل سلسله مراتبی (AHP) به امکانسنجی نصب CHP پرداخته و سپس با ارزیابی تطبیقی بین فناوری های CHP و فرآیندهای صنعتی، نوع فناوری مناسب برای هر فرآیند صنعتی تعیین شده است. مطالعه موردی در صنایع استان همدان با بازدید از واحدهای صنعتی منتخب صورت گرفته که نتایج بیانگر پتانسیل بالای بسیاری از صنایع برای بهره گیری از CHP است. همچنین براساس چارچوب پیشنهادی موتورهای رفت و برگشتی در فرآیندهای صنعتی کم دما و توربین های بخار بازیاب حرارت در صنایع دمای بالا، به عنوان اولولیت های توسعه تولید همزمان پیشنهاد شده است.