การจำลองกระบวนการผลิตไฟฟ้าคาร์บอนต่ำด้วยระบบเซลล์ออกไซด์แข็งที่ผันกลับได้
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาการผลิตไฟฟ้าด้วยระบบไตรรีฟอร์มมิงร่วมกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (tri-reforming with SOFC) โดยใช้น้ำเสียจากโรงงานน้ำตาล แต่ในกระบวนการผลิตพลังงานนั้นจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เกิดขึ้นด้วย ซึ่งส่งผลให้เกิดภาวะโลกร้อน ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงต้องการลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งที่ผันกลับได้ (reversible solid oxide fuel cell, RSOFC) ซึ่งในการดำเนินงานของระบบ RSOFC ประกอบด้วย 4 กระบวนการ ได้แก่ กระบวนการไตรรีฟอร์มมิง (tri-reforming) เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (SOFC) อิเล็กโทรไลเซอร์แบบออกไซด์แข็ง (SOEC) และกระบวนการเมทาเนชั่น (methanation) งานวิจัยนี้ใช้โปรแกรม Aspen Plus 9.0 ในการจำลองกระบวนการสำหรับศึกษาหาสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของแต่ละกระบวนการเพื่อให้ระบบ RSOFC ผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุดและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยที่สุด ผลการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดของการดำเนินงานในระบบ RSOFC สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุดที่ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้า 6489.56 W/m2 และเมื่อเปรียบเทียบกับระบบ tri-reforming with SOFC พบว่าสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณใกล้เคียงกัน และปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกจากระบบ tri-reforming with SOFC มีค่า 1602.84 kg/hr ขณะที่ระบบ RSOFC จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณเพียง 1206.11 kg/hr ซึ่งระบบ RSOFC สามารถลด CO2 ถึง 24.75 % อย่างไรก็ตาม กระบวนการ SOEC จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการดำเนินงานเป็นปริมาณมาก ดังนั้นควรมีการพิจารณาความคุ้มค่าทางด้านพลังงานของระบบร่วมด้วย
Article Details
เอกสารอ้างอิง
The Federation of Thai Industries, 2017, Industrial Economic Report in 2017 and Trends in 2018, Available Source: https:// www.oie.go.th/sites/default/files/attachments/industry_overview/annual2017.pdf,
October 24, 2018. (in Thai)
Wongkitikriwan, M., 2018, Thai Economic Trends in 2018, Bright, Export and Investment, Available Source: https:// thestandard.co/thai-economy-trends-2018, October 24, 2018. (in Thai)
Energy Policy and Planning Office, Ministry of Energy, 2016, Thai Energy Overview in 2007-2020, Available Source: http://www. eppo.go.th/index.php/th/energyinforma tion/analyte/forecast-long-term, October
, 2018. (in Thai)
Sukanjana, L. and Sombat, T., 2013, Fuel cell, EAU Herit. J. Sci. Technol. 7(1): 1-10. (in Thai)
Amornchai, A. and Suttichai, A., 2011, Performance Analysis and Improvement of Solid Oxide Fuel Cells Integrated with Hydrogen Production Process, Research Report, Thailand Research Fund, Bangkok, 168 p. (in Thai)
Yaneeporn, P., 2012, Performance Analysis of Proton-based Solid Oxide Fuel Cells with Internal Autothermal Reforming, National Research Council of Thailand, Digital Research Information Center, 43 p. (in Thai)
Nattawut, W. and Amornchai, A., 2014, Electrolysis for hydrogen production, Technol. Promot. Innomag Magazine 237: 45-48. (in Thai)
Maximilian, H., Herrmann, S. and Spliethoff, H., 2017, Simulation of a reversible SOFC with Aspen Plus, Int. J. Hydrogen Energy 42: 10329-10340.
Yang, C., Shu, C., Miao, H., Wang, Z., Wu, Y., Wang, J., Zhao, J., Wang, F., Ye, W. and Yuan, J., 2019, Dynamic modelling and performance analysis of reversible solid oxide fuel cell with syngas, Int. J. Hydrogen Energy 44: 6192-6211.
Mottaghizadeh, P., Santhanam, S., Heddrich, M.P., Friedrich, K.A. and Rinaldi, F., 2017, Process modeling of a reversible solid oxide cell (r-SOC) energy storage system utilizing commercially available SOC reactor, Energy Convers. Manag. 142: 477-493.
Song, C., 2001, Tri-reforming: A new process for reducing CO2 emissions, Chem. Innovation 31: 21-26.
Nakhon Ping Energy Research and Development Institute, 2015, Hydrogen Energy: Alternative energy to replace oil, Available Source: http://www.erdi.cmu. ac.th/index_main.php/news/1254?cate gory=11, March 20, 2019.
Wendel, C.H., Kazempoor, P. and Braun, R.J., 2015, Novel electrical energy storage system based on reversible solid oxide cell: System design and operating conditions, J. Power Sour. 276: 133-134.
Stempien, J.P., Sun, Q. and Chan, S.H., 2013, Solid oxide electrolyzer cell modeling: A review, J. Power Technol. 93: 216-246.
Singer D.V., 2017, Reversible Solid Oxide Cells for Bidirectional Energy Conversion in Spot Electricity and Fuel Markets, Columbia University, New York, 265 p.
Santi, K. and Chanoknan, S., 2015, Parametric study of process variation in biogas production at Mitr Phol (Phu Vieng), pp. 19-25, 2nd National Conference on Farm Engineering and Automatic Control Technology, Khon Kaen University, Khon Kaen. (in Thai)
Redissi, Y., Er-rbib, H. and Bouallou, C., 2013, Storage and restoring the electricity of renewable energies by coupling with natural gas grid, pp. 430-435, International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), Institute of Electrical and Electronics Engineers, Ouarzazate.
Zhang, Y., Zhang, S., Gossage, J.L., Lou, H.H. and Benson, T.J., 2014, Thermodyna mic analyses of stri-reforming reaction to produce syngas, Energy Fuels 28: 2717-2726.
Narissara, C., Dang, S., Suthida, A., Amornchai, A. and Yaneeporn, P., 2017, Performance and environmental study of a biogas-fuelled solid oxide fuel cell with different reforming approach, Energy 146: 131-140.
Cozzolino, R., Lombardi, L. and Tribioli, L., 2017, Use of biogas from biowaste in a solid oxide fuel cell stack: Application to an off-grid power plant, Renew. Energy 111: 781-791.
Redissi, Y. and Bouallou, C., 2013, Valorization of carbon dioxide by co-electrolysis of CO2/H2O at high temperature for syngas production, Energy Procedia 37: 6667-6678.
Ni, M., 2012, An electrochemical model for syngas production by co-electrolysis of H2O and CO2, J. Power Sour. 202: 209-216.
Aicart, J., 2014, Modeling and Experimental Validation of Steam and Carbon Dioxide Co-electrolysis at High Temperature, University of Grenoble, Grenoble, 205 p.
Er-rbib, H. and Bouallou, C., 2014, Modeling and simulation of CO methanation process for renewable electricity storage, Energy 75: 81-88.
Davis, W. and Martín, M., 2014, Optimal year-round operation for methane production from CO2 and Water using wind and/or Solar energy, J. Cleaner Prod. 80: 252-261.
