پایان نامه توليد برق بدون مصرف سوخت

مقاله توليد برق بدون مصرف سوخت

فهرست

فصل اول: انرژی بيوماس

۱_۱ مقدمه۶

۲_۱ منابع بيوماس ۸

۳_۱ محصولات انرژي زا۸

۱_۳_۱ ضايعات شهري وصنعتی ۸

۲_۳_۱ ضايعات جامد شهری ۹

۳_۳_۱ ضايعات مايع۱۰

۴_۳_۱ فضولات دامی ۱۰

۴_۱ تکنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس ۱۰

۵_۱ فرآيند هاي احتراق مستقيم ۱۱

۶_۱ سيستمهاي احتراق زيست توده سوز با کوره هاي بستر ثابت۱۲

۷_۱ کوره هاي احتراق بستر سيال ( FBC ) ۱۴

۸_۱ فرآيند هاي ترمو شيميايي ۱۵

۱_۸_۱ توليد سوختهاي جامد ۱۷

۲_۸_۱ توليد سوختهاي مايع۱۷

۳_۸_۱ انواع راکتورهاي گازي کننده براساس نوع راکتور ۲۰

۱_۳_۸_۱ راکتور بستر ثابت ۲۰

۲_۳_۸_۱ راکتور بستر سيال۲۱

۹_ ۱ فرآيندهاي بيوشيميايي ۲۲

۱_۹_۱ تخمير بيهوازي براي توليد بيوگاز۲۲

۲_۹_۱ توليد بيوگاز از فضولات دامي و پسمانهاي کشاورزي ۲۷

۳_۹_۱ توليد بيوگاز از زباله هاي شهري ۳۰

۴_۹_۱ تخمير اتانول ۳۲

۱۰_۱ مقايسه نقاط قوت و ضعف فن آوری تبديل انرژی۳۵

۱۱_۱ مقايسه سازگاري فن آوريها با انواع مختلف منابع زيست توده۳۶

۱۲_۱ تبديل بيوماس به الکتريسيته ۳۷

۱_۱۲_۱ نيروگاههاي با موتورهاي احتراقي ۳۸

۲_۱۲_۱ نيروگاههاي بيوماس بخاري ۳۹

۳_۱۲_۱ نيروگاههاي بيوماس توربين گازي ۴۱

۴_۱۲_۱ نيروگاههاي بيوماس سيکل ترکيبي ۴۱

۱۳_۱ بررسي بيوماس از ديدگاه اقتصادي ۴۲

۱۴_۱ بررسي زيست محيطي منابع بيوماس ۴۳

فصل دوم: انرژی جزر ومد

۱_۲ انواع نيروگاههاي جزرومدي ۴۴

۲_۲ نيروگاههاي جزرومدي داراي مخزن ۴۵

۳_۲ انواع نيروگاههاي جزر و مدي داراي مخزن ۴۶

۱_۳_۲ يک مخزن براي جزر : ۴۶

۲_۳_۲يک مخزن براي مد : ۴۸

۳_۳_۲ يک مخزن دو طرفه : ۴۸

۴_۳_۲ دو مخزن يکي براي جزر و ديگري براي مد : ۴۹

۵_۳_۲ دو مخزن يکي بلند و ديگري کوتاه با سيستم يک طرفه : ۴۹

۴_۲ مشخصات نيروگاه جزر و مدي داراي مخزن لارانس ۵۰

۵_۲ نيروگاههاي جريان جزر و مدي ۵۲

۱_۵_۲ مشخصات طرح نيروگاه جريان جزر و مدي تنگه مسينا ۵۳

۶_۲ بررسي ايجاد نيروگاههاي جزر ومدي در ايران ۵۳

۷_۲ بررسي اقتصادي نيروگاههاي جزر و مدي ۵۵

۸_۲ بررسي زيست محيطي نيروگاههاي جزر و مدي ۵۶

۹_۲ نيروگاههاي جريان دريايي۵۷

۱_۹_۲ شرايط لازم براي ايجاد تأسيسات جريان دريايي ۶۰

۲_۹_۲ تکنولوژيهاي توليد برق از انرژي جريانهاي دريايي ۶۰

۱۰_۲ بررسي اقتصادي نيروگاههاي جريان دريايي ۶۳

۱۱_۲ بررسي زيست محيطي نيروگاههاي جريان دريايي ۶۳

فصل سوم : انرژی زمين گرمايی

۱_۳ مقدمه۶۵

۲_۳ منبع حرارتی و مناطق مهم زمين گرمايي جهان و ايران۶۶

۳_۳ انواع منابع زمين گرمايي ۷۰

۱_۳_۳ منابع هيدروترمال۷۱

۲_۳_۳ منابع لايه هاي تحت فشار ۷۲

۳_۳_۳ تخته سنگهاي خشک و داغ ۷۴

۴_۳_۳ توده هاي مذاب ۷۸

۴-۳ موارد کاربرد انرژي زمين گرمايي ۷۸

۵_۳ کاربردهاي مستقيم انرژي زمين گرمايي ۷۹

۶_۳ موارد کاربرد ۸۰

۱_۶_۳ استفاده هاي گرمايشي : ۸۰

۲_۶_۳ کاربردهاي کشاورزي : ۸۲

۳_۶_۳ کاربردهاي صنعتي : ۸۴

۷_۳ پمپ حرارتي زمين گرمايي : ۸۴

۸_۳ بررسي اقتصادي کاربرد مستقيم انرژي زمين گرمايي ۸۵

۹_۳ استفاده مستقيم از انرژي زمين گرمايي در ايران۸۷

۱۰_۳ استفاده از انرژي زمين گرمايي براي توليد نيروي برق ۸۹

۱۱_۳ انواع نيروگاههاي زمين گرمايي ۹۰

۱_۱۱_۳ نيروگاههاي بخار خشک۹۰

۲_۱۱_۳ نيروگاههاي بخار انبساط آني ۹۲

۳_۱۱_۳ نيروگاههاي سيکل دو مداره : ۹۴

۴_۱۱_۳ نيروگاههاي با توربين تفکيک دوراني : ۹۶

۵_۱۱_۳ نيروگاههاي سيکل ترکيبي : ۹۷

۱۲_۳ بررسي اقتصادي انرژي زمين گرمايي براي توليد برق ۹۸

۱_۱۲_۳ هزينه سرمايه گذاري : ۹۸

۱۳_۳ بررسي نيروگاه ۱۰۰ مگاواتي زمين گرمايي مشکين شهر ۹۹

۲_۱۲_۳ هزينه تعميرات و نگهداري و بهره برداري : ۹۹

۱_۱۳_۳ بررسي اقتصادي نيروگاه زمين گرمايي مشکين شهر۱۰۰

۱۴_۳ بررسي اثرات زيست محيطي استفاده از انرژي زمين گرمايي۱۰۲

منابع ۱۰۶

۱_۱ مقدمه

يکي از مناسبترين منابع انرژي تجديد شونده انرژي بيوماس است.اين انرژي علاوه بر خاصيت تجديدپذير بودن سازگار با محيط زيست است.منابع انرژهاي بيوماس مي توانند به انرژي الکتريسيته يا به صورت حاملهاي از انرژي مانند سوختهاي گازي يا مايع با توجه به نياز بخشهاي مختلف جامعه تبديل شوند.

منابع انرژي بيوماس به طور کلي به موادي از گياهان و موجودات زنده بدست مي آيد اطلاق مي شود. منابع انرژي بيوماس برخلاف سوختهاي فسيلي رايج که به صورت لايه هاي متمرکز در جهان يافت مي شود بيشتر به صورت پراکنده هستند.

و در نتيجه جمع آوري منابع انرژي بيوماس در حجمهاي بالا قابل ملاحظه است . ازاينرو انرژي بيوماس به عنوان چهارمين منبع اصلي انرژي بشر و به عنوان بزرگترين انرژي تجديدپذير در جهان در تامين برق نزديک به ۱۴ در صد از برق و ۱۸ در صد از کل انرژي اوليه جهان در سال ۱۹۹۸ مشارکت داشته است. اين انرژي براي کشورهاي در حال توسعه داراي اهميت مي باشد به خصوص اينکه انرژي بيوماس در اين کشور ها قابل دسترس و هم قابل تهيه مي باشد.

ايران نيز که يک کشور درحال توسعه است فعاليتهايي در اين زمينه انجام داده است. قديمي ترين سابقه استفاده از انرژي بيوماس در ايران مربوط به توليد بيوگاز و تهيه سوخت متان جهت انرژي حرارتي مورد نياز در حمام شيخ بهايي اصفهان مي باشد.

از فعاليتهايي که ايران در اين زمينه انجام داده است ميتوان به موارد زير اشاره کرد:

_نصب يک واحد راکتور بيوگاز در جزيره کيش به ظرفيت۱۲/۲مترمکعب توسط سازمان انرژي اتمي و با همکارهاي شرکت خدماتي کيش

_انجام مطالعات امکان سنجي جهت احداث نيروگاه بيوگاز ظرفيت ۲۰۰کيلووات در شهر ساوه توسط سازمان انرژي اتمي

_نصب يک واحد راکتور بيوگاز در شهر ساوه به ظرفيت ۲۴مترمکعب توسط سازمان انرژي اتمي

_نصب دستگاههاي توليد بيوگاز در چند منطقه شمال کشور توسط وزارت جهاد کشاورزي

_بررسي امکان توليد برق با استفاده از زباله هاي شهر تهران توسط شهرداري و برق منطقه اي تهران

۲_۱ منابع بيوماس:

منابع بيوماسي که براي توليد انرژي مناسب هستند طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند . اين مواد چوبهاي سوختي جمع آوري شده از مزارع و درخستانهاي طبيعي تا محصولات کشاورزي وجنگلي به خصوص آنهايي که براي توليد انرژي رشد داده شده اند و همچنين ضايعات شهري و ضايعات کشاورزي و فاضلابها را شامل مي شوند.

۳_۱ محصولات انرژي زا

در ساليان اخير زراعت محصولات انرژي زا توجه بسياري را به خود جلب کرده است. يکي از نيروهاي محرک اصلي پشتيبان اين توجه بحراني است که بسياري از کشورهاي صنعتي جهان به دليل مازاد توليد خود در بخش کشاورزي با آن روبه رو شده اند. لغو حفاظت وحمايت از بخش کشاورزي موجب بلا استفاده گذراندن روز افزون مقدار متنابهي زمين در کشورهاي صنعتي گرديده است. لذا اختصاص دادن بخشي از زمينهاي کشاورزي به توليد انرژي لااقل براي تامين انرژي خود اين بخش منطقي به نظر مي رسد.

از محصولات انرژي زا مي توان به درختستانهاي انرژي با دوره گردش کوتاه مانند کاشت درخت اوکاليپتوس و محصولات گياهي مانند نيشکر وگياهان حاوي روغن نباتي مانند سويا و بادام زميني و گياهان هيدروکربن اشاره کرد. لذا کاشت اين محصولات مي تواند يکي از راهکارهاي بشر براي تامين انرژي آينده خود محسوب گردد.

۱_۳_۱ ضايعات شهري وصنعتي

ضايعات شهري در برگيرنده انواع مختلفي از ضايعات نظير مقوا وکاغذ و نخاله هاي ساختمانی زباله هاي منازل و فاضلابهاي خانگي مي گردند.يکي از مشکلات مشترک همه جوامع شهري صنعتي مساله دفن اين مواد زايد از چرخه طبيعت مي باشد.

در کشور ايران طبق آمار سال ۱۳۷۸روزانه حدود ۴۰هزار تن زباله با چگالي ۳۵۰ کيلوگرم بر متر مکعب و سالانه حدود ۴/۶ مليارد متر مکعب فاضلاب شهري صنعتي توليد مي شود .بيش از ۱۵ در صد از زباله هاي شهر ايران در تهران توليد مي شود با توجه به ترکيب زباله ها و فاضلابهاي کشور ,طرح يک مدريت جامع براي استفاده اقتصادي از آنها از طريق استحصال انرژي و با توليد کود و غيره در کشور کاملا ضروري مي باشد.

ارزش حرارتي زباله ها و فضولات خانگي به طور چشم گيري از منطقه اي به منطقه ديگر تفاوت مي کند اين مقدار در کشور آمريکا حدود ۷تا ۱۴ مگاژول بر کيلو گرم مي باشد و در آلمان غربي ۴/۲تا ۱۰مگاژول بر کيلو گرم است ميانگين ارزش حرارتي شهر تهران در حدود ۶/۵ مگاژول بر کيلوگرم است. رطوبت بالاي زباله تهران که ناشي از وجود درصد بالاي از مواد فساد پذير در آن است که همين سبب پايين آمدن ارزش حرارتي زباله در شهر تهران گرديده است.

۲_۳_۱ ضايعات جامد شهري

ضايعات جامد شهري(MSW) عبارت از ضايعات جامدي است ,که از عمليات تجاري اداري خانگي و بعضي از صنايع به دست مي آيد. در حال حاضر حجم قابل توجهي از ضايعات عمدتا در زمين در دفن مي شوند اما با مديريت صحيح مي توان بخش بسياري از آن را به عنوان ماده اوليه در توليد سوخت و يا توليد کود مورد استفاده قرار داد و مقداري از آن را نيز بازيافت کرد و مورد مصرف مجدد قرار داد . گاز متان حاصل از محل دفن منابع MSW مي تواند براي توليد انرژي الکتريکي مورد استفاده قرار گيرد .

۳_۳_۱ ضايعات مايع

فاضلاب ناشي از زيستگاه هاي انساني داراي انرژي قابل ملاحظه اي مي باشند و همانند فضولات حيواني مي توانند به طور غير هوازي تخمير يافته و گاز متان توليد کنند. در گذشته بخش بسياري از گاز توليد شده ناشي از تخمير غير هوازي فاضلاب جهت استفاده در ماشينهاي توان ده و يا تامين انرژي براي روشنايي خيابانها مورد استفاده قرار مي گرفت. با پيشرفت تکنولوژي از اين گاز جهت توليد انرژي الکتريکي نيز استفاده مي گردد.

۴_۳_۱ فضولات دامي

يکي از منابعي که به عنوان منابع بيوماس محسوب مي گردند فضولات دامي مي باشند اين منابع بخصوص در مناطق روستايي و نيز در مراکز دامپروري و دامداري يافت مي شوند و مي توانند نقش مهمي در تامين انرژي و توليد کود ايفا کند.

۴_۱ تکنولوژيهاي تبديل انرژي بيوماس

تکنولوژيهايي که براي تبديل و آزاد سازي انرژي بيوماس بکار برده مي شوند ، از بخاريهاي باز ساده که در جهان در حال توسعه براي پخت و پز مورد استفاده قرار مي گيرند ، تا واحد هاي پيروليز پيشرفته توليد کننده سوختهاي جامد ، مايع و گازي را شامل مي شوند . تکنولوژيهاي تبديل بيوماس به سه دسته اساسي احتراق مستقيم ، بيوشيميايي,ترمو شيميايي تقسيم ميشوند .

۵_۱ فرآيند هاي احتراق مستقيم

احتراق مستقيم ، قديمي ترين روشي است که بشر براي تبديل ا نرژي شيميايي نهفته در سوختهاي فسيلي به انرژي گرمايي به کار گرفته است . اين فرآيند در حال حاضر از اساسي ترين فرآيند ها براي تبديل بيوماس به انرژي حرارتي محسوب مي گردد و براي انواع سوختهاي جامد شامل چوب و ضايعات چوبي ، بقاياي کشاورزي و باغي ( کاه ، سبوس ، برگ خشک ، ترکه ها ، پوست ساقه درختان ) و ضايعات جامد شهري ( زباله هاي شهري ) قابل استفاده مي باشد . گرماي توليد شده در اين فرآيند مي تواند براي توليد برق و يا تامين حرارت مورد نياز مصارفي نظير فرآيندهاي صنعتي ، گرمايش فضا ، پخت و پز و يا گرمايش نواحي مختلف شهري مورد استفاده قرار گيرد . وجود رطوبت نسبتا بالا در بسياري از منابع بيوماس و نيز تنوع ترکيبات آنها ، باعث گران بودن تکنولوژيهاي احتراق مستقيم گرديده است و استفاده از آنها را بدليل اقتصادي با مشکلاتي مواجه ساخته است . با توجه به آنکه کوره ها و بويلرهاي مصرف کننده سوخت جامد از سالها پيش براي بکار بردن زغال سنگ طراحي و ساخته شده اند و روند توسعه و بهبود را پيوسته طي نموده اند ، با کمي تغيير و يا حتي بدون تغيير مي توان همين تاسيسات را براي تغذيه با زغال چوب ، هيزم و بقاياي کشاورزي و جنگلي به کارگرفت . به موازات اين تاسيسات ، در ساليان اخير کوره هايي نيز براي سوزاندن زباله هاي شهري ساخته شده اند ، که قابليت مصرف سوختهاي مخلوط مانند زباله و لجن فاضلاب ، زباله و چوب يا زباله و زغال را دارا مي باشند . سيستمهاي احتراق مستقيم بطور کلي مجهز به کوره بستر ثابت و يا کوره هاي بستر سيال مي باشند .