پایان نامه بررسی جنبه‌های فنی و اقتصادی اضافه نمودن گاز هیدروژن به خطوط انتقال گاز طبیعی(power to gas)

نوع فایل : word 

تعداد صفخات : 91

چکیده

استفاده از انرژی‌‌های تجدیدپذیر به علت پاک بودن آنها (عدم تولید آلایندگی) در بسیاری از نقاط جهان رایج شده و مورد مطالعه قرار گرفته است.

در برخی از مناطق کشور از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی بادی، زمین گرمایی، خورشیدی می‌توان در تمام فصول سال بهره گرفت و انرژی الکتریکی تولید کرد. در انتقال انرژی الکتریکی از محل تولید به محل مصرف اتلاف انرژی زیادی وجود دارد. برای جلوگیری از این اتلاف انرژی راه‌‌های مختلفی وجود دارد.

یکی از این راه‌ها تبدیل انرژی الکتریکی به هیدروژن (به عنوان مثال تولید هیدروژن از الکترولیز آب) و انتقال هیدروژن از محل تولید به محل مصرف می‌باشد. با توجه به شرایط و زیرساخت‌های موجود می‌توان گاز هیدروژن را از طریق خطوط لوله انتقال گاز طبیعی و افزودن آن به گاز به محل مورد نیاز آن منتقل نمود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که هزینه انتقال انرژی الکتریکی چهار برابر هزینه انتقال هیدروژن است.

در محل مصرف نیز می‌توان با جدا کردن هیدروژن از گاز طبیعی آن را دوباره توسط مصرف کننده‌های مختلف مورد استفاده قرار داد. به عنوان مثال توسط پیل‌های سوختی می‌توان هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. از طرفی در صورتی که مقدار کمی هیدروژن در گاز طبیعی موجود باشد این امر سبب بهسوزی گاز طبیعی و افزایش ارزش حرارتی آن می‌شود.

در این پروژه تبدیل انرژی الکتریکی به هیدروژن و تزریق آن به خطوط انتقال گاز طبیعی بررسی شده و حمل هیدروژن توسط خطوط انتقال گاز طبیعی و تبدیل دوباره آن به انرژی مورد نیاز در محل مصرف از لحاظ فنی و اقتصادی بررسی می‌شود.

کشورهایی مانند فرانسه، امریکا و کانادا از این تکنولوژی استفاده می‌کنند. بنابراین ملاحضات اقتصادی نیز در این کشورها مورد نظر قرار گرفته است. البته توجیه اقتصادی این طرح در هر کشوری با توجه به شرایط آن کشور باید بررسی گردد.

بنابراین در مرحله اول امکان سنجی فنی استفاده از این روش مورد بررسی قرار گرفته و پس از آن جنبه های اقتصادی اجرای این طرح مطالعه می گردد.

فصل اول : (انرژی‌های تجدیدپذیر)............. 

            1-1- معرفی انرژی‏های تجدیدپذیر.............................................................................................3

            1-2- ضرورت استفاده از انرژی‏‏های تجدید‏‏پذیر........................................................................3

            1-3- انواع این انرژی‏ها...............................................................................................................3

                  1-3-1- انرژی بادی ..............................................................................................................3                                                                                                                             جدول 1-1 مزارع بادی در کشور ایران ................................................................................................... 5                                                                                                                                                                                                                         

                  1-3-2- انرژی خورشیدی................ ........................................6

شکل1-1 تابش روزانه خورشید در ایران                                                                                                                                                                                                                                                                           

جدول1-2  نیروگاه‌های انرژی خورشیدی در ایران................ ..................8

                1-3-3- انرژی زمین‌گرمایی..................................................................................................8

جدول 1-3 نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در ایران .......................................................................................9                                                                                                                           

    1-3-4- انرژی زیست توده...................................................................................................10

شکل 1-2 روند توسعه محصولات زیست توده......................................................................................10

جدول1-4 تکنولوژی‌های مختلف زیست‌توده.......................................................................................10

تشریح فراینده‌های ترموشیمیایی..........................................................................................................11

1- احتراق............ .................................................................................................11                                                                                                                                  شکل1-3 بویلر چوب سوز.............. ...................................................................................12

2- پیرولیز ................................ .................................................................................12                                                                                                                                      شکل 1-4 راکتور پیرولیز...........................................................................................................13

3- گازی کردن در دمای پایین..................................................................................................13                                                                                                         شکل 1-5 راکتور گاز ساز زیست‌توده.......................................................................................14

4- گازی کردن در دمای بسیار بالا............................................................................................14                                                                                                          شکل 1-6 سیستم تولید برق با تکنولوژی پلاسما....................................................................15

5- کربنیزه کردن.................. .....................................................15

شکل 1-7 سیستم کربنیزاسیون.............. ..............................................................16

6- مایع سازی کاتالیستی........................ .........................................................16

فرایند‌های بیوشیمیایی......................... ...................................................................16

جدول 1-5 نیروگاه‌های زیست توده در ایران...........................................................................17

فصل دوم: راههای انتقال وذخیره‌سازی الکتریسیته تولیدی از انرژی‌های تجدیدپذیر.

           2-1- روش‌های در حال استفاده برای انتقال انرژی.......................................................21         

                  2-1-1- انتقال از طریق خطوط انتقال سراسری....................................................21

          2-2- روش‌های در حال بررسی برای انتقال انرژی الکتریکی.......................................21

                  2-2-1- انتقال بیسیم انرژی الکتریکی.................................................................22

                  2-2-2- تبدیل انرژی الکتریکی به گاز و انتقال گاز به جای انرژی الکتریکی....22

         2-3- روش‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی..............................................................23

                  2-3-1- باطری‌ها........... .............................................23

                  2-3-2- نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای.........................................................................24

جدول 2-1 نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای موجود در ایران.......................................................25

                 2-3-3- ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی به صورت هوای فشرده.........................25 

شکل 2-1 سیستم ذخیره‌ساز هوای فشرده...........................................................................27

                2-3-4- چرخ طیار................................................................................................27

                2-3-5- ذخیره‌سازی انرژی مغناطیسی در ابررسانا............................................28

                2-3-6- ذخیره‌ساز حرارتی انرژی   ...... ...............................29

                2-3-7- ذخیره‌سازی به صورت انرژی هیدروژن.............................................29

فصل سوم : معرفی روش power to gas................................................................................................33

            3-1- معرفی روش power to gas..........................................................................................35

            3-2- روش‌های تولید هیدروژن............................................................................35

                  3-2-1- تولید هیدروژن از منابع فسیلی.......................................................36

1- مبدل گاز طبیعی تبدیل با بخار آب............................................................................37

شکل3-1 مبدل گاز با بخار آب..........................................................................................38

شکل3-2 شماتیک شماتیک فرایند تولید هیدروژن از رفورمینگ متان با بخار آب.....39

2- مبدل گاز طبیعی، تبدیل با استفاده از اکسیداسیون جزئی.....................................39

شکل 3-3 واکنش‌های اکسیداسیون جزیی ...................................................................40

شکل 3-4 شماتیک مبدل گاز طبیعی، تبدیل با استفاده از اکسیداسیون جزئی.......42

3- مبدل گاز طبیعی  تبدیل با استفاده از Auto thertmal....................................................42

شکل3-5 سیستم مبدل گاز طبیعی  تبدیل با استفاده از Auto thertmal ...................43

شکل3-6 مقایسه فرایند تبدیل سوخت در دو فرایندAuto thermal  و فرایند 

تبدیل با بخار آب..................................................

4- پیرولیز............. ........................................................44

5- هیدروژن حاصل از گازی شدن زغال سنگ............................................................45

شکل3-7 سیستم تولید هیدروژن از گازی شدن زغال سنگ.....................................46

                  3-2-2- تولید هیدروژن از منابع غیرفسیلی)تجدیدپذیرها(................48

1- فتوالکتروشیمیایی...............................................................................................49

شکل3-8 فرایند  PEC.................................................................................................................50

2- الکترولیز آب ......................................................................................................51

3- مواد بیولوژیکی ........................................................................................................................51

            3-3- مزایای استفاده ازروش power to gas.......................................................52

            3-4- کشورهای استفاده کننده از این تکنولوژی ..................................52

            3-5- مصارف هیدروژن در محل مصرف..................................................52

فصل چهارم : بررسی جنبه‌های اقتصادی استفاده از روش power to gas.

           4-1- مقایسه اقتصادی بین انتقال انرژی الکتریکی توسط خطوط انتقال و انتقال هیدروژن توسط خطوط انتقال گاز طبیعی.............................................................................57

جدول 4-1 روش‌های مختلف انتقال برق..............................................................58                                                                                    جدول4-2 هزینه‌های انتقال برق...........................................................................61                                                                                              جدول4-3 روشهای مختلف انتقال گاز.................................................................62

جدول4-4 هزینه‌های انتقال گاز...........................................................................63

                  4-1-1- مقایسه گزینه های مختلف انتقال انرژی ............................63

           4-2- مقایسه اقتصادی بین نحوه‌های مختلف ذخیره انرژی  .................64

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

نتیجه‌گیری............................................................................................................75

پیشنهادات............................................................................................................76

منابع و ماخذ.........................................................................................................77