تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست‌محیطی سامانه چندتولیده خورشیدی مبتنی بر ریفورمر بخار متان و الکترولیز PEM

Abstract

در این پژوهش، در این پژوهش، یک سامانه چندتولیده خورشیدی–ریفورمینگ بخار متان–الکترولیز PEM جهت تولید هم‌زمان برق، گرمایش، سرمایش و هیدروژن طراحی، مدل‌سازی و تحلیل شده است. ارزیابی سامانه بر پایه‌ی تحلیل‌های انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست‌محیطی انجام گرفت تا عملکرد کلی، هزینه تولید و پایداری سیستم تعیین شود. نتایج نشان داد که با افزایش دمای ورودی به توربین گازی از ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ °C، بازده کلی انرژی از ۴۷٪ به ۴۸٫۶٪ و بازده اگزرژی از ۳۹٪ به ۴۱٪ افزایش یافته است. هزینه تراز‌شده انرژی (LCOE) از ۰٫۱۶ دلار/کیلووات‌ساعت (USD/kWh) به ۰٫۱۳ دلار/کیلووات‌ساعت کاهش یافته و هزینه کل واحد محصولات (UTCP) نیز از ۲۴٫۸ دلار/گیگاژول (USD/GJ) به ۲۴٫۵ دلار/گیگاژول کاهش یافته است. نتایج نشان داد نسبت تراکم کمپرسور (PR) بهینه در بازه‌ی ۶ تا ۸ و دمای ریفورمر بهینه در محدوده‌ی ۷۰۰ تا ۷۵۰ °C قرار دارد. از منظر زیست‌محیطی، سامانه قادر به کاهش قابل‌توجه انتشار CO₂ در مقایسه با سیستم‌های فسیلی بوده و دوره بازگشت سرمایه آن ۷ سال برآورد گردید. بنابراین، استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز در ترکیب با فرایندهای ریفورمینگ و الکترولیز می‌تواند راهکاری اقتصادی، کم‌کربن و پایدار برای تولید هم‌زمان انرژی و سوخت پاک فراهم نماید.