การจำลองกระบวนการผลิตไฟฟ้าจากวัสดุพลอยได้ทางการเกษตร กรณีศึกษาชานอ้อยและกากมันสำปะหลัง
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาการจำลองการผลิตไฟฟ้าจากชีวมวล โดยการเปรียบเทียบกระบวนการผลิตไฟฟ้า 2 รูปแบบ ได้แก่ การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากชีวมวลโดยการเผาไหม้ (Biomass combustion process) ร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันไอน้ำ (Steam turbine) และการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากชีวมวลโดยการใช้กระบวนการก๊าซซิฟิเคชั่น (Biomass gasification process) ร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม (Combined cycle system) เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตไฟฟ้าในแต่ละรูปแบบ โดยใช้ชานอ้อย และกากมันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบ ซึ่งทำการศึกษาโดยการจำลองกระบวนการด้วยโปรแกรม Aspen Plus เพื่อศึกษาสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูงสุด ภายใต้สภาวะการดำเนินงานของตัวแปรที่สำคัญ ได้แก่ อุณหภูมิของกระบวนการเผาไหม้ในช่วง 800-1,000°C สัดส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิง 1-10 อุณหภูมิของกระบวนการก๊าซซิฟิเคชั่น 800-1,000°C และสัดส่วนการป้อนไอน้ำต่อชีวมวล 0.1-2.0 ผลการศึกษาพบว่ากระบวนการผลิตไฟฟ้าที่ได้กำลังไฟฟ้าและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูงสุดคือ กระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากชีวมวลโดยการใช้กระบวนการก๊าซซิฟิเคชั่นร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม โดยสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการที่ทำให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงคือ อุณหภูมิของกระบวนการก๊าซซิฟิเคชั่น เท่ากับ 1,000°C และสัดส่วนการป้อนไอน้ำต่อชีวมวล (S/B ratio) เท่ากับ 1 โดยกำลังไฟฟ้ารวมที่ผลิตได้จากชีวมวลชนิดชานอ้อย และกากมันสำปะหลัง มีค่าเท่ากับ 4,995.10 kW และ 4,985.08 kW ตามลำดับ นอกจากนี้สภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการนี้ทำให้ได้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าจากชีวมวลชนิดชานอ้อย และกากมันสำปะหลังมีค่าเท่ากับ 66.88% และ 77.43% ตามลำดับ ส่วนสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของการผลิตไฟฟ้าจากกระบวนเผาไหม้ร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันไอน้ำ โดยใช้ชีวมวลชนิดชานอ้อย และกากมันสำปะหลัง ที่ทำให้ได้กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูง คือ อุณหภูมิของกระบวนการเผาไหม้ เท่ากับ 1,000°C และอัตราส่วนระหว่างอากาศต่อเชื้อเพลิง (Air fuel ratio: AFR) เท่ากับ 7 โดยกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จากชีวมวลชนิดชานอ้อย และกากมันสำปะหลัง สูงสุดมีค่าใกล้เคียงกันประมาณ 700 kW และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าจากชีวมวลชานอ้อย และกากมันสำปะหลัง มีค่าเท่ากับ 13.91% และ 15.89% ตามลำดับ
Article Details
เอกสารอ้างอิง
Energy Policy and Panning Office, Ministry of Energy. (2023). Energy Consumption Trends in 2023, Available Source: https://www.eppo.go.th/index.php/th/component/k2/item/18695-news-090165-01i, May 9, 2024. (in thai)
Ministry of Energy. (2020).Alternative Energy Development Plan 2018-2037 Available Source: 2580,https://policy.asiapacificenergy.org/sites/default/files/Alternative%20Energy%20Development%20Plan%202018- 2037%20%28AEDP%202018%29%28TH%29.pdf, May 30, 2024. (in thai)
Energy Policy and Panning Office, Ministry of Energy. (2022). Biomass Fuel Purchasing in Thailand 2022, Available Source: https://kc.dede.go.th/knowledge-view.aspx?p=231, April 14, 2024 (in thai)
Wattanasrirote, W., Palamanit, A., and Wea-Hayee, M., (2022) A Review: Underground coal gasification technology and its potential in Thailand,Eng. J. CMU , 29(1), 79-99.
Castro, S. C., Palma , A., Montoya, M. R., Giraldez, I. and Díaz, M. J., 2023. Comparative study of the combustion, pyrolysis and gasification processes of Leucaena leucocephala: Kinetics and gases obtained, Heliyon, 9, e17943.
Ali, A.M., Shahbaz, M., Shahzad, K., Inayat, M., Naqvi, S., Al-Zahrani, A.A., Rashid, M.I., Rehan, M. and Mahpudz, A.B., 2022, Polygeneration syngas and power from date palm waste steam gasification through an aspen plus process modeling, Fuel. 332, 126120.
Hidrovo, A. B., Copa, J., Tarelho, L. A., Gonçalves, C., Costa, T. P. and Dias, A. C., 2021. Environmental and energy performance of residual forest biomass for electricity generation: Gasification vs. combustion, J. Clean. Prod., 289:125680
Shahbaz, M., Ansari, T., Inayat A., and Inayat M., 2022. Chapter 15 - Technical readiness level of biohydrogen production process and its value chain. Value-Chain of biofuels, Pages 335-355.
Havilah, P. R., Sharma, A. K., Govindasamy, G., Matsakas, L. and Patel, A., 2022. Biomass gasification in downdraft gasifiers: A technical review on production, up-gradation and application of synthesis gas, Energies, 15(11), 3938.
Tezer, O., Karabag, B., Ongen, A., Colpan, C.O. and Ayol, A., 2022. Biomass gasification for sustainable energy production: A review, Int. J. Hydrog. Energy. 47, 15419-15433.
Department of Alternative Energy Development and Efficiency. (2012). Renewable Energy Development and Investment Guide, Available Source: http://e-lib.dede.go.th/mm-data/Bib13656-พลังชีวมวล.pdf March 4, 2024 (in thai)
Electricity Generating Authority of Thailand. (2021). All About Power Plants, Available Source: https://www.egat.co.th/home/wp-content/uploads/2021/09/all-about-power-plants.pdf, March 21, 2024 (in thai)
Ge, H., Zhang, H., Guo, W., Song, T. and Shen L., 2019. System simulation and experimental verification: Biomass-based integrated gasification combined cycle (BIGCC) coupling with chemical looping gasification (CLG) for power generation, Fuel. 241, 118-128.
Aryal, P., Tanksale, A. and Hoadley, A., 2023. Oxidative catalytic steam gasification of sugarcane bagasse for hydrogen rich syngas production, Int. J. Hydrog. Energy. 48, 15014-15025
Cabaraban, M.T., Divinagracia, G., Padernal, J.C., Ramirez, V.M., Arranguez, L., Semilla, J.M., Ombiga, D.J.M., Barcelona, E.J. and Paderanga, K., 2020. Production of biocrude and charcoal from fast oxidative pyrolysis of cassava pulp residue using a fluidized bed reactor, J. Eng. Appl. Sci. Technol. 2(3)
Mohammeda, I.Y., Kabir, G., Abakr, Y.A., Apasikuc, M.A.A., Kazi, F.K. and Abubakar, L.G., 2022. Bioenergy potential of millet chaff via thermogravimetric analysis and combustion process simulation using aspen plus, CLCE. 3, 100046
Zhao, Y., Yao, J., Chen, G., Liu, J., Cheng, Z., Wang, L., Yi, W. and Xu, S., 2023. Energy, efficiency, and environmental analysis of hydrogen generation via plasma co-gasification of biomass and plastics based on parameter simulation using aspen plus, Energy Convers. Manage., 295, 117623
Mahmood, A., Shahbaz, M., Inayat, M., Shahzad, K., Ahmad, A., and Binti, A., 2023. Polygeneration syngas and power from date palm waste steam gasification through an aspen plus process modeling, Fuel, 332:126120
Yajun, Z., Sen, Y.A.O., Jianjun, H.U., Jiaxi, X.I.A., Tao, X.I.E., Zhibin, Z. and Hai, L.I., 2023. Numerical modeling of biomass gasification using cow dung as feedstock, Front. J. Agric. Sci. Eng.10(3), 458-467
Marcantonio, V., Paola, L.D., Falco, M.D. and Capocelli, M., 2023. Modeling of biomass gasification from thermodynamics to process simulations, Energies, 16, 7042
