تحلیل انرژی، اگزرژی و اقتصادی سامانه ترکیبی خورشیدی–ریفورمینگ برای تولید هم‌زمان توان و هیدروژن

چکیده

در این پژوهش، یک سامانه ترکیبی انرژی مبتنی بر بهره‌گیری از منبع حرارتی خورشیدی و فرآیند ریفورمینگ بخار متان به‌منظور تولید هم‌زمان توان الکتریکی و هیدروژن مورد تحلیل انرژی، اگزرژی و اقتصادی قرار گرفته است. مدل‌سازی سیستم بر پایه‌ی قوانین اول و دوم ترمودینامیک و در حالت پایا انجام شده و شاخص‌هایی مانند بازده انرژی، بازده اگزرژی، هزینه تراز شده انرژی (LCOE) و هزینه کل واحد محصولات (UTCP) در شرایط مختلف شدت تابش، دمای ریفورمر و نسبت بخار به کربن (S/C) ارزیابی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد با افزایش شدت تابش خورشیدی از ۴۰۰ تا ۱۲۰۰ وات بر مترمربع، بازده انرژی از حدود ۴۳٪ به بیش از ۴۹٪ و بازده اگزرژی از ۴۲٪ به ۴۸٪ افزایش یافته، در حالی‌که LCOE از ۰٫۱۸ به حدود ۰٫۱۲ دلار بر کیلووات‌ساعت کاهش یافته است. همچنین افزایش دمای ریفورمر از ۶۵۰ تا ۸۰۰ درجه سلسیوس موجب کاهش بازده‌های انرژی و اگزرژی به‌دلیل افزایش برگشت‌ناپذیری حرارتی و رشد LCOE تا حدود ۰٫۱۵ دلار بر کیلووات‌ساعت می‌شود. بررسی نسبت S/C نیز نشان داد که مقدار بهینه آن در بازه ۲ تا ۲٫۵ موجب بیشینه شدن بازده کل سامانه و کمینه شدن هزینه واحد محصول است. نتایج تحلیل‌ها اثبات می‌کند که ادغام فناوری خورشیدی با فرآیند ریفورمینگ بخار متان قادر است با افزایش راندمان ترمودینامیکی، بازیافت حرارت و کاهش هزینه‌های تولید انرژی به‌عنوان یک راهکار کارآمد و پایدار در تولید هم‌زمان برق و حامل‌های انرژی پاک مورد استفاده قرار گیرد.