Ενεργειακή, εξεργειακή, οικονομική και περιβαλλοντική ανάλυση ναυτικής μονάδας συμπαραγωγής

Abstract

Τα συστήματα πολύ-παραγωγής έχουν χρησιμοποιηθεί τα τελευταία χρόνια σε διάφορες εφαρμογές και κερδίζουν συνεχώς έδαφος αφού είναι εκ του αποτελέσματος πιο αποδοτικά από πιο απλά συμβατικά ενεργειακά συστήματα. Δύο κύριοι στόχοι για το υπό μελέτη σύστημα είναι η παραγωγή καθορισμένων ενεργειακών προϊόντων με ταυτόχρονη βελτίωση της απόδοσης του ίδιου του συστήματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, παρουσιάζεται ένας νέος υβριδικός κύκλος συμπαραγωγής, ο οποίος παράγει ηλεκτρική ενέργεια και ουρία. Το εν λόγω σύστημα περιλαμβάνει κύκλο αεριοστροβίλου, κύκλο ατμού, σύστημα ανάκτησης άνθρακα, κυψέλη καυσίμου βασισμένη σε μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων, ηλεκτρολύτη, κρυογονική μονάδα διαχωρισμού αέρα και αντιδραστήρες σύνθεσης ουρίας και αμμωνίας, ενώ έχει γίνει η ενεργειακή, οικονομική, εξεργειακή, περιβαλλοντική ανάλυση με βάση εξεργειακούς δείκτες και συμβατική περιβαλλοντική ανάλυση του. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας καταδεικνύουν την δυνατότητα παραγωγής 689 GW h ηλεκτρικής ενέργειας και 1.323 εκατομμύριων τόνων ουρίας ετησίως. Η ενεργειακή και εξεργειακή απόδοση αυτού του υβριδικού συστήματος είναι 31,8% και 53,3% αντιστοίχως, ενώ η υψηλότερη και χαμηλότερη τιμή διανομής εξέργειας σχετίζεται με τον αντιδραστήρα σύνθεσης ουρίας και την κρυογονική μονάδα διαχωρισμού αέρα. Στον οικονομικό υπολογισμό, έχει συνυπολογιστεί και το κοινωνικό κόστους του διοξειδίου του άνθρακα, ενώ οι τέσσερις κύριοι οικονομική παράγοντες που εξετάζονται είναι: η καθαρή παρούσα αξία, η σύνθετη και η απλή περίοδος αποπληρωμής της επένδυσης και ο εσωτερικός ρυθμός απόσβεσης. Λαμβάνοντας υπόψιν το κοινωνικό κόστος της μονάδας διαχωρισμού διοξειδίου του άνθρακα, οι οικονομικοί παράγοντες βελτιώνονται. Η εξεργο-περιβαλλοντική και περιβαλλοντική αποτελεσματικότητα ως προς τη ζημιά και οι παράγοντες εξεργειακής σταθερότητας είναι ίσοι με 1.64, 3.1, και 0.76, αντίστοιχα.