Μοντελοποιήση και ενεργειακή αξιολόγηση μονάδων ηλεκτροπαραγωγής από βιομάζα με βάση κυψέλες καυσίμου με δέσμευση  CO2

Τσούκας, Κωνσταντίνος; Tsoukas, Konstantinos

dc.contributor.author	Τσούκας, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Tsoukas, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2020-03-30T18:52:45Z
dc.date.available	2020-03-30T18:52:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49977
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17675
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιομάζα	el
dc.subject	Αεριοπιίηση βιομάζας	el
dc.subject	Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου	el
dc.subject	Μοντελοποίηση κυψελών καυσίμου	el
dc.subject	Αποθήκευση CO2	el
dc.subject	Biomass	en
dc.subject	Solid oxidized fuel cel	en
dc.subject	CO2 storage	el
dc.title	Μοντελοποιήση και ενεργειακή αξιολόγηση μονάδων ηλεκτροπαραγωγής από βιομάζα με βάση κυψέλες καυσίμου με δέσμευση CO2	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-27
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική περιλαμβάνει τη θερμοδυναμική μοντελοποίηση και σύγκριση των διεργασιών ηλεκτροπαραγωγής μέσω κυψελών καυσίμου και μηχανής εσωτερικής καύσης που τροφοδοτούνται από αέριο σύνθεσης προερχόμενο από αεριοποίηση βιομάζας. Σκοπός είναι η ενεργειακή και οικονομική αξιολόγηση των διαφορετικών συστημάτων στην περίπτωση εφαρμογής δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα για περαιτέρω μείωση του περιβαλλοντικού αντικτύπου των συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής. Η διπλωματική εργασία θα ξεκινήσει με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση των διεργασιών της αεριοποίησης και του καθαρισμού αερίου σύνθεσης, καθώς επίσης και την ανάλυση των απαιτήσεων σύζευξης μονάδας αεριοποίησης με ατμό με κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC) Σενάρια διεργασιών θα καταρτιστούν, εν συνεχεία, θεωρώντας πιθανές θέσεις ενσωμάτωσης διεργασιών δέσμευσης CO2 στη διεργασία ηλεκτροπαραγωγής. Η θερμοδυναμική μοντελοποίηση θα πραγματοποιηθεί στο λογισμικό Aspen Plus® και η σύγκριση των συστημάτων θα επικεντρωθεί στον ηλεκτρικό βαθμό απόδοσης της μονάδας. Η ανάγκη για δέσμευση CO2 επιτάσσει την μελέτη τεχνολογιών που είτε ήδη εφαρμόζονται στους σταθμούς παραγωγής είτε είναι ακόμη σε επιστημονικό στάδιο. Αρχικά πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση της διεργασίας της αεριοποίησης της βιομάζας. Είναι μία διαδικασία που παράγει το λεγόμενο αέριο μέσα σε αλλόθερμες ρευστοποιημένες κλίνες ( αυτός ο τρόπος αεριοποίησης επιλέχθηκε για την παρούσα εργασία). Επιπλέον, επιλέχθηκε για την έξοδο των αποτελεσμάτων σύσταση αέριου καύσιμου από αεριοποίηση όπως ακολουθεί:26,15%H2, 15,89% CO, 2,64% CH4, 6,02% CO2 και 49,1% H20 το οποίο προερχόταν από αεριοποίηση βιομάζας, προκειμένου να προσομοιώσουμε το σύστημα και να υπολογιστεί η απόδοση της κυψέλης καυσίμου. Η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι που απάγεται από το ανακυκλώμενο μέσο της κλίνης και οδηγεί στην καύση της βιομάζας. Ο άνθρωπος γνωρίζει από παλιά την τεχνολογία των SOFC αλλά η εμπορική τους εκμετάλλευση έχει ξεκινήσει τα τελευταία χρόνια. Έχουν μεγάλες αποδόσεις και καλή συμπεριφορά σε πολλά ήδη καυσίμου για αυτό συγκεντρώνουν το αμέριστο ενδιαφέρον των επιστημόνων καθώς και των επιχειρηματιών. Το λογισμικό ASPEN PLUS έχει την δυνατότητα να μοντελοποιήσει τις διεργασίες ενός SOFC stack και να δώσει αξιόλογα αποτελέσματα και απαντήσεις για την λειτουργία των κυψελών. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η συμπεριφορά μίας συστοιχίας SOFC με συντελεστή αξιοποίησης καυσίμου Uf=0,70, με STCR=2 και με θερμοκρασία λειτουργίας της συστοιχίας Τop.=1173 K. Μελετήθηκε τόσο με απαγωγή θερμότητας από ρεύμα νερού όσο και με δέσμευση CO2 και συμπίεση. Τα μοντέλα έδωσαν την ευκαιρία να μελετηθούν σημαντικοί παράγοντες όπως η παραγόμενη ισχύς, ο συντελεστή χρησιμοποίησης, ο STCR, η πυκνότητα ρεύματος καθώς και ηλεκτρική απόδοση του SOFC και πως επηρεάζουν οι τιμές του ενός τον άλλον. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν απέδειξαν ότι τα SOFC είναι μία τεχνολογία που μπορεί να επικρατήσει στο μέλλον, καθώς θα υπάρχουν περισσότερες γνώσεις για την λειτουργία τους αλλά και γιατί είναι μια πάρα πολύ αποδοτική τεχνολογία. Άλλωστε μπορεί να συνδυαστεί είτε με κύκλο Rankine για παραγωγή ατμού και ηλεκτρικής ενέργειας βελτιώνοντας ακόμη περισσότερο την απόδοση του συστήματος τόσο την ηλεκτρική απόδοση όσο και την θερμική απόδοση, άρα τον συνολικό βαθμό απόδοσης. This thesis includes the thermodynamic modeling and comparison of power generation processes by the fuel cell and internal combustion engine fed from synthesis gas derived from biomass gasification. The aim is energy and economic evaluation of different systems in the case of carbon dioxide sequestration application for further reducing the environmental impact of power generation systems. The thesis starts with a literature review of processes of gasification and synthesis gas purification, and analysis of steam gasification unit coupling requirements with solid oxide fuel cell (SOFC) processes Scenarios will be prepared, then, considering possible locations integration of CO2 capture processes in power generation process. The thermodynamic modeling will be held in Aspen Plus® software and comparison of systems will focus on the electrical efficiency of the unit. The need for CO2 capture requires the study of technologies that are either already being applied in stations or even scientific stage. Originally performed literature review of the process of gasification of biomass. It is a process that produces a so-called gas within allothermes fluidized beds (this gasification method was chosen for this work). Furthermore, selected for the output of results establishing fuel gas from gasification as follows: 26, 15 % H2, 15, 89% CO, 2, 64% CH4, 6, 02% CO2 and 49, 1% H2O derived from gasification in order to simulate the system and find the efficiency of the cell. The exhaust gas temperature is that abducted from recycled through the bed and results in the combustion of biomass. The old man knows of the SOFC technology but their commercialization has begun in recent years. They have great performances and good behavior in many already fuel for this concentrate great interest of scientists and entrepreneurs. The ASPEN PLUS software is able to model the processes of a SOFC stack and give remarkable results and answers for the functioning of cells. In the present study the behavior of a SOFC array with fuel utilization factor Uf = 0, 70, with STCR = 2 and the operating temperature Top of the array. = 1173 K. studied both heat dissipation from water stream and a CO2 capture and compression. The models provided an opportunity to study important factors such as power output, the utilization rate, the STCR, the current density and electrical efficiency of the SOFC and to influence the values of one another. The results showed that the SOFC is a technology that can prevail in the future as there will be more	el
heal.advisorName	Κακαράς, Εμμανουήλ
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Προυσαλίδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	111 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false