عملکرد تخمیر بیهوازی تابع عوامل متعددی میباشد که از آن جمله عبارتند از: دما، نوع راکتور و نحوه به کارگیری آن، حضور موجودات زنده ذره بینی، نرخ بار گذاری مواد و زمان حبس.
ارزش حرارتی بیوگاز بستگی کامل به مقدار متان تولید شده در آن دارد هرچه مقدار متان بیشتر باشد، قابلیت سوخت و ارزش حرارتی بیوگاز بیشتر خواهد بود. از سوخت بیوگاز میتوان به عنوان سوخت در نیروگاههای توربین گازی، نیروگاههای بخار و یا موتورهای احتراق داخلی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

برای ساخت یک نیروگاه بیوماس روش های مختلفی وجود دارد. اصولاً منابع بیوماس از طریق احتراق مستقیم و یا از طریق سوختهای گازی و یا مایع قابل استفاده برای تولید برق در نیروگاههای با موتورهای احتراقی، نیروگاههای بخار، نیروگاههای توربین گازی و نیروگاههای بیوماس سیکل ترکیبی میباشند.
برای ایجاد یک نیروگاه بیوماس بخصوص از نوع ضایعات جامد شهری، اطلاع از میزان و ارزش گرمایی منبع بیوماس بسیار حائز اهمیت است. با آگاهی از این دو کمیت ونیز میزان بازدهی نیروگاه مورد نظر، طراحی اقصادی تجهیزات ومحاسبه ظرفیت نیروگاه امکان پذیر میباشد.
در حال حاضر استخراج گاز متان حاصل از دفن زبالهها فقط در سه شهر شیراز، مشهد و اصفهان در دست بررسی و یا اجراست که با توجه به رشد این شهرها و سایر مراکز پرجمعیت کشور و در راس آنها تهران و در نتیجه افزایش انواع  منابع بیوماس که در صورت عدم استفاده فقط روز به روز چهره محیط زیست را بدتر مینمایند، نیاز به توسعه کاربرد و نصب تاسیسات مورد نیاز در این شهرها و سایر شهرهای در حال رشد کاملا محسوس میباشد.
ضایعات شهری که شامل انواع و اقسام مواد سوختنی و غیر سوختنی همراه با برخی ترکیبات سمی است، یکی از مهمترین و مورد نیازترین  موارد انرژی بیوماس میباشد. این زبالهها به هر دو صورت پردازش شده و خام میتوانند تبدیل به انرژی شوند ولی از آنجایی که احتراق سوختهای جامد موجب آلودگی اتمسفر و مشکلات مربوط به لایه ازن میشود باید در احتراق مستقیم این مواد با دقت بسیار زیاد به آلایندههای تولید شده توجه و کنترل شود اما راه بهتر دفن این زبالهها در لایه های زیر زمین و استخراج بیوگاز از آن برای سوخت بویلر نیروگاهها میباشد.
در حال حاضر اصلیترین کاربردهای بیوماس با بهره گرفتن از بیوگاز تولیدی شامل بویلرهای نیروگاهی، اجاقهای بیوگاز سوز، لامپهای بیوگاز سوز، بخاریهای تابشی، آبگرمکنهای بیوگاز سوز، یخچالهای جذبی، موتورهای دیزلی و چرخهای و تبدیل و چهارزمانه بیوگازسوز و. . . میباشند که تکنیکهای تولید انرژی از این منابع  روز به روز در حال گسترش میباشند. از مهمترین مزیت کاربرد بیوماس ذخیره منابع ارزشمند و رو به پایان فسیلی و کمک عظیم در جهت پاکی محیط زیست میباشد.
استفاده از منابع بیوماس باعث کاهش میزان اسیدی بودن باران، آلودگی خاک و ‌آب میگردد. با کشت محصولات انرژیزا، میتوان جایگاههایی وسیع برای حیات وحش تهیه نمود و بدین ترتیب تاثیر مثبت بر زندگی آنها داشت (عدل ۱۳۸۰، ۳۱).
۲-۳-۶ سیستمهای فتوولتائیک
سامانه‌های فتوولتائیک سامانه‌هایی هستند که مستقیما از نور خورشید الکتریسته تولید می‌کنند. در این سامانه‌ها بدون مصرف سوخت فسیلی، انرژی پاک و قابل اطمینان فراهم می‌شود. این سامانه‌ها می‌توانند مصارف گوناگون وگسترده‌ای داشته باشند، از جمله: تأمین برق مورد نیاز خانه‌ها و چراغهای راهنمایی، راه‌اندازی پمپهای آب حفاظت کاتدی، و غیره. امروزه این سامانه‌ها در مقیاس وسیعی در حال نصب هستند و برای مصرف کنندگان، انرژی الکتریسیته‌ی خورشیدی تولید کرده و یا برای دستگاه‌های حساس به عنوان یک منبع انرژی پشتیبان عمل می‌کنند.
تحقیقات در مورد فناوری فتوولتائیک از حدود یکصد سال پیش آغاز شد. در سال ۱۸۷۳، اسمیت^[۱۶] دانشمند انگلیسی دریافت که عناصر سلنیزم به نور حساس می‌باشد. او همچنین به این نتیجه رسید که توانایی هدایت الکتریسیته توسط سلنیوم نسبت مستقیمی با نور دریافتی دارد. مشاهده‌ی این اثر، دانشمندان زیادی را بر آن داشت تا به امید تولید الکتریسیته با بهره گرفتن از این عنصر، آزمایشهایی را ترتیب دهند. در سال ۱۸۸۰ چالز فریتز^[۱۷] نخستین سلول خورشیدی را بر پایه سلنیوم ساخت. این سلول بدون مصرف هر گونه سوخت و بدون تولید حرارت الکتریسیته تولید می‌کرد.
با این حال، پذیرش اثر فتوولتائیک به عنوان یک منبع تولید انرژی تا سال ۱۹۰۵ انجام نگرفت، زمانی که آلبرت انیشتین پدیده فتوالکتریک را توضیح داد. تئوری انیشتین منجر به فهم عمیقتری نسبت به پدیده‌ی فیزیکی تولید الکترسیته از نور خورشید شد. با این حال بعد از انیشتین تا سال ۱۹۲۰ دانشمندان تحقیقات محدودی را بر روی عنصر سلنیوم به عنوان سلول خورشیدی ادامه دادند، با اینکه این سلول دارای راندمان پایین و هزینه‌ی زیاد تولید بود.
در سال ۱۹۵۰، آزمایشگاه بل برای یافتن یک روش مطمئن تامین انرژی سامانه‌های مخابراتی راه دور، شروع به تحقیقات کرد. دانشمندان در این آزمایشگاه کشف کردند: سیلیکون که دومین عنصر موجود بر روی زمین است، نسبت به نور حساسیت نشان می‌دهند و افزودن ناخالصیها ولتاژ ذاتی قابل اطمینانی را تولید می‌کند.
در سال ۱۹۵۴، آزمایشگاه بل یک سلول خورشیدی پایه سیلیکون را که دارای راندمان ۶درصد بود ارائه کرد. اولین کاربرد غیر آزمایشگاهی اثر فتوولتائیک مربوط به تامین انرژی یک دستگاه تکرار تلفن در جورجیا^[۱۸] در سال ۱۹۵۰ بود. دانشمندان ناسا به دنبال یک انرژی مطمئن، نیرومند، سبک و قابل نصب در خارج فضا بودند. از اینرو یک صفحه فتوولتائیک شامل ۱۰۸ سلول را بر روی نخستین ماهواره‌ها و فضا پیماها از این صفحات به عنوان تامین انرژی استفاده کردند. امروزه تقریبا ۲۰۰۰۰۰ خانه در ایالات متحده به نوعی از انرژی فتوولتائیک استفاده می‌کنند. صفحات فتوولتائیک به بیش از ۱۷۵۰۰۰ روستا در ۱۴۰ کشور در سراسر جهان انرژی می‌رسانند و هزاران شغل و فرصت اقتصادی ایجاد کرده‌اند. در سال ۲۰۰۱ در سراسر جهان، ۳۵۰ مگاوات محصولات فتوولتائیک با قیمت ۲ میلییارد دلار فروخته شده است. شکل ۲-۵ ظرفیت تولیدی و میزان تولید ماژولهای فتوولتائیک تا سال ۲۰۰۶ را نشان می‌دهد.
شکل ۲-۵- ظرفیت تولیدی ومیزان تولید ماژول های فتوولتائیک
کاربردهای این فناوری شامل تولید انرژی الکتریکی در مقیاس صنعتی، ارتباطات، سرماسازی برای محافظت سلامتی، آبیاری، خالصسازی آب، روشنایی، حفاظت اقتصادی می‌باشد. افزایش شدید قیمت فلزاتی مانند مس در سالهای اخیر، این فناوری را جایگزین اقتصادی مناسبی برای شبکه‌های مصرف در نقاط دور دست تبدیل نموده است. همچنین این فناوری تمایل زیاد مصرف کنندگان را برای مصرف به وجود آورده‌، که این خود زمینه را برای توسعه سریع آن فراهم کرده است (VENTRE 2004, 34).
۲-۳-۶-۱ پدیده ی فتوولتاییک
اکنون برای فهم بهتر واکنش فتوولتائیک به طور خلاصه فرایند تولید سلول‌های تک کریستال توضیح داده می‌شود. برای سلول‌های فتوولتائیک تک کریستال سیلیکون که یکی از فراوانترین عناصر در روی زمین است، خالص‌سازی شده و به صورت یک ساختار کریستالی، رشد داده می‌شود.
سیلیکون به شکل خالص، یک عنصر نیمه‌هادی است. بدین معنی که خواص الکتریکی آن مابین عایق‌ها و هادی‌ها است. به عبارت دیگر، جریان الکتریکی کمی را از خود عبور می‌دهد با افزودن ناخالصی‌های خاصی به شبکه کریستالی سیلیکون از طریق فرایند تغلیظ، خصوصیات طبیعی سیلیکون در جهت آسان نمودن حرکت الکترون تغییر می‌کند. این ناخالصی‌ها در شبکه سیلیکون نفوذ داده می‌شوند (بُر و فسفر)، یک عدم تعادل دائمی را در شارژ ملکولی شبکه ایجاد کرده و به موجب آن، قابلیت حمل الکترون افزایش می‌یابد.
هنگامی‌که سیلیکون تحت فرآیندی به شکل یک جسم استوانهای درآمد آن را به شکل پولک‌هایی برش می‌دهند. سپس این پولک‌ها توسط عناصر دیگر تغلیظ می‌شوند. هنگامی که تغلیظ توسط بُر انجام شود (دارای ۳ الکترون در لایه ظرفیت می‌باشد) یک کمبود الکترون بوجود آید. در نتیجه ماده نهایی دارای شارژ مثبت خواهد بود (ماده نوع p). هنگامی که عمل تغلیظ توسط فسفر انجام شود (که دارای ۵ الکترون در لایه ظرفیت می‌باشد)، یک ازدیاد الکترون به وجود ‌آمده، در نتیجه ماده نهایی دارای شارژ منفی خواهد بود (ماده از نوعn).
یک سلول خورشیدی کریستالی، پولکی است که یک طرف آن توسط بُر (+) و طرف دیگر آن توسط فسفر (-) تغلیظ شده است. ناحیه ای که بین لایه p و لایه n تشکل می شود را پیوند n-p گویند. شکل ۲-۶ شمای ساده یک سلول فتوولتائیک را نشان می دهد.
شکل ۲-۶- شمای ساده یک سلول فتوولتاییک
هنگامی‌که نور خورشید به سلول برخورد می‌کند، به الکترون‌های آزاد در شبکه کریستالی ضربه وارد می‌کند، این الکترون تحریک شده، توسط شارژ مثبت لایه مثبت جذب می‌شود. در نتیجه، یک شارژ الکتریسته ساکن ایجاد می‌شود این الکترون رها شده، به پیوند n-p فشار وارد کرده و شروع به جاری شدن از اتصال‌های فلزی سلول می‌کند و در مدار الکتریکی خارجی شکل یافته، ایجاد توان الکتریکی می‌کند.
افزایش ولتاژ که هر پیوند p-n ایجاد می‌کند حدود نیم ولت است و به اندازه‌های سلول فتوولتائیک وابسته نیست، در عوض مقدار جریان جاری شده به سطح نورگیری و مقدار نور خورشید وابسته است. هر چقدر سطح سلول زیاد‌تر باشد نور دریافتی بیشتر است و در نتیجه جریان بیشتری تولید خواهد شد (Parida, Iniyan and Goic 2011, 1625-1636).
۲-۳-۶-۲ سلول فتوولتائیک
ثابت شده است که ماژول‌های فتوولتائیک می‌توانند به عنوان یک منبع قابل اطمینان تامین انرژی به کار روند، ولی آنها باید با دقت و درستی و به طور موثر به کار گرفته شوند. در این قسمت به طور خلاصه به ساختار فیزیکی ماژول‌های فتوولتائیک اشاره شده و توضیح داده می‌شودکه چگونه کمیت‌های محیطی خاص ایستگاه می‌توانند بر کارآیی سامانه‌ها اثر بگذارد.
طراحان و کاربران باید از این کمیت‌ها اطلاع داشته باشند تا قادر بوده به بهترین روش سامانه را طراحی کرده و با بالاترین راندمان از آن استفاده کنند. واحد اصلی یک فوتوولتائیک سلول فتوولتائیک نام دارد. این سلولها حدود mm 4/1 ضخامت داشته و مستقیما نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند. آنها هیچ نوع مادهای را به عنوان سوخت مصرف نمی‌کنند و طول عمری برابر با ۲۵ سال دارند. این سلول‌ها می‌توانند نقش مهم و معنی داری در تولید انرژی برای ما داشته باشند. ماژول یک ساختار شکل یافته از سلول‌هایی است که به منظور رسیدن به جریان و ولتاژ مورد نظر به صورت سری یا موازی یا سری- موازی به هم متصل شدهاند.
مانند باطری‌های کوچک هنگامی که سلول‌ها بصورت سری به همدیگر متصل می‌شوند، ولتاژ معادل آنها افزایش و جریان معادل آنها ثابت می‌ماند. اکثر سلول‌ها ولتاژی به اندازه حدود نیم ولت تولید می‌کنند. بنابراین با اتصال ۳۶ سلول به صورت سری ولتاژی در حدود ۱۸ ولت در شرایط استاندارد و ۱۲ولت به صورت نامی تولید می‌شود. جریان تولیدی بستگی به میزان سطحی دارد که هر سلول در برابر خورشید قرار می‌دهد.
سلول‌های فتوولتائیک به منظور حفاظت در برابر هوا و سایر متغییر‌های محیطی، در یک چارچوب کپسول مانند قرار می‌گیرند. ماژولها در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی موجود هستند. بعضی از آنها به شکل مستطیل در اندازه‌های ۵ تا ۲۰۰ واتی ساخته می‌شوند. اغلب واژه‌های پانل و ماژول به جای هم به کار برده می‌شوند در حالی که به صورت دقیقتر پانل مجموعه از ماژول‌ها هست که برای رسیدن به ولتاژ خاصی به صورت سری یا موازی به هم متصل می‌شوند. به همین ترتیب آرایه‌ها مجموعهای از پانل‌ها هستند که به هم متصل شدهاند (Paska 2007, 1-6).
۲-۳-۶-۳ مزایای فناوری فتوولتائیک
سامانه‌های فتوولتائیک نسبت به منابع دیگر تولید انرژی، دارای مزایایی هستند از جمله:
قابلیت اطمینان: این سامانه‌ها در شرایط ناملایم قابلیت اطمینان خود را ثابت کرده‌اند.
مقاومت و ماندگاری: اکثر صفحات فوتوولتائیک موجود، بعد از ۱۰ سال استفاده هیچگونه افت کیفی از خودشان نداده‌اند. تخمین زده می‌شود که صفحات فتوولتائیک تولیدی بتوانند برای مدت ۲۵ سال یا بیشتر، انرژی تولید کنند.
هزینه‌ی نگهداری و تعمیر پایین: هزینه حمل و نقل پرسنل و ابزارها برای تامین و نگهداری سامانههای معمول تولید انرژی در نواحی دور دست بسیار زیاد است، در حالی که سیستم‌های فتوولتائیک تنها احتیاج به بازرسی و تعمیرات دوره‌ای دارند بنابراین هزینه‌ی تعمیر و نگهداری کمتری نسبت به روش های معمول تولید برق دارند.
عدم نیاز به مواد سوختی: از آنجا که این سامانه‌ها احتیاج به مصرف سوخت ندارند، بنابراین هزینه‌ی تهیه یا نگهداری و حملونقل سوخت نیز ندارد.
انعطافپذیر بودن سامانه‌های فتوولتائیک: این سامانه‌ها از جهت اینکه به راحتی قابل ارتقا و افزایش توان هستند و می‌توان از آنها در مراکز مختلف به صورت غیر متمرکز استفاده کرد، نسبت به سامانه‌های معمولی حجیم و متمرکز تولید انرژی هزینه پایینتری دارند.
ایمنی: از آنجا که این سامانه‌ها دارای مواد احتراقی نیستند در صورت طراحی و نصب درست، بسیار ایمن می‌باشند.
استقلال این سامانه‌ها: استفادهکنندگان می‌توانند از این فناوری به صورت جدا از شبکه نیز استفاده نمایند.
غیر متمرکز بودن شبکه الکتریکی: حجم کوچک و غیر متمرکز ایستگاه‌های فتوولتائیک تولید انرژی، احتمال قطع برق کامل را کاهش می‌دهد.
کارآیی بالا در ارتفاعات: با افزایش ارتفاع، این سامانه‌ها بیشتر در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، بنابراین سودمندتر می‌باشند و انرژی بیشتری را تولید خواهند کرد. درمقابل، در استفاده از ژنراتورهای دیزلی در ارتفاعات باید ارزیابی مجد اقتصادی صورت گیرد، زیرا در این حالت کارایی آنها کاهش می‌یابد.
۲-۳-۶-۴ اجزای تشکیل دهندهی سامانه‌های فتوولتائیک
سامانه‌های فتوولتائیک معمولا از چند جزء و مؤلفه مهم تشکیل یافته‌اند:
سلولهای فتوولتائیک: یک صفحه نازک دایره‌ای یا مربع شکل از مواد نیمه هادی هستند که با قرار گرفتن در معرض نور، جریان و ولتاژ تولید می‌کنند.
ماژولها: مجموعه‌ای از سلولهای فتوولتائیک که به صورت ورقه‌ای بین یک لایه شیشه‌ای و یک پایه قرار گرفته و به صورت محفوظ در آمده‌اند.
پانلها: یک یا چند ماژول (اغلب اوقات همان ماژولها) را می‌گویند.
آرایه‌ها: یک یا چند پانل که برای یک ولتاژ معین سیم بندی می‌شوند.
کنترلکننده‌های بار: لوازمی هسنتد که مسئولیت تنظیم ولتاژ را به عهد دارند.
باطریهای ذخیره کننده: واسط برای ذخیره جریان مستقیم.
مبدل ولتاژ : یک ابزار الکتریکی که ولتاژ و جریان مستقیم را به شکل متناوب تبدیل می‌کند.
بارهای جریان متناوب: اسباب و وسایلی هستند که با جریان متناوب کار می‌کنند.
۲-۳-۶-۵ اینورترها
اینورتر یک مبدل الکترونیکی است که جریان (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. جریان AC تبدیل شده می‌توانند براساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله ترانزیستورهای مناسب و مدار کنترل می‌شود. اینورترها معمولاً برای تامین جریان AC از منابع DC همانند پانل‌های خورشیدی یا باطری استفاده میشوند. اینورتر یک نوسانساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل نام گذاری آن، این است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می‌دهد.
۲-۳-۶-۶ توانایی اینورتر سیستم فتوولتاییک در تولید توان راکتیو
اینورترها یکی از قسمتهای مهم ادواتFACTS^[19] هستند که میتوانند توان راکتیو برای بهبود پروفیل ولتاژ و اصلاح ضریب توان سیستم تولید نمایند. میزان توان اکتیو تولیدی سیستمهای فتوولتائیک به شدت تابش و درجه حرارت بستگی دارد. با افزایش تابش میزان توان اکتیو تولیدی افزایش مییابد. با توجه به اینکه میزان تابش در ساعات مختلف روز تغییر میکند، بنابراین میزان توان اکتیو تولیدی سیستمهای فتوولتائیک نیز تغییر میکند. بنابراین اگر از سیستمهای فتوولتائیک فقط برای تولید توان اکتیو استفاده کنیم، بخشی از ظرفیت اینورتر آن در طول شبانه روز بدون استفاده باقی میماند. با کنترل مناسب اینورتر سیستمهای فتوولتائیک میتوان از تمام ظرفیت اینورتر آنها برای تولید توان اکتیو و توان راکتیو در طول ساعات شبانهروز استفاده نمود. در این مفهوم جدید، استفاده بهینه از سیستمهای فتوولتائیک به عنوان STATCOM برای کنترل ولتاژ و اصلاح ضریب توان در طول ساعات شبانه روز مد نظر قرار گرفته است (Varma et al 2011, 1-8 ). در مرجع (Medina, Hernandez and Jurado 2006, 1-6) یک کنترل کننده مناسب برای عملکرد سیستم فتوولتائیک به عنوان STATCOM در طول ساعات شب و استفاده از ظرفیت نامی اینورتر آن پیشنهاد شده است. با بهره گرفتن از این مفهوم میتوان از سیستمهای فتوولتائیک در ۲۴ ساعت به صورت بهینهتری بهرهبرداری نمود. در این روش علاوه بر اینکه در طول ساعات شب میتوان از ظرفیت سیستمهای فتوولتائیک برای تولید توان راکتیو استفاده نمود در طول روز هم میتوان از باقی مانده ظرفیت اینورتر برای تولید توان راکتیو استفاده نمود. جایابی بهینه سیستمهای فتوولتائیک بر پایه این کاربرد جدید تاثیر بیشتری در بهبود پروفیل ولتاژ سیستم و همچنین کاهش تلفات خواهد داشت (محمدی ۱۳۹۱، ۷).
اینورتر سیستم فتوولتائیک قابلیت و توانایی تولید توان راکتیو را علاوه بر تولید توان اکتیو دارا میباشد (Braun 2007, 22). با تزریق توان راکتیو تولیدی میتوان پروفیل ولتاژ و همچنین ضریب توان سیستم را بهبود بخشید. اینورترها دارای ظرفیت مشخصی میباشند بنابراین میزان حداکثر جریان آنها محدود و مشخص میباشد. با کنترل مناسب و مستقل میتوان از این ظرفیت برای تولید جریان اکتیو و یا جریان راکتیو استفاده نمود. شکل ۲-۷ ناحیه عملکردی جریان اینورتر را با در نظر گرفتن محدودیتهای آن نشان میدهد.
شکل ۲-۷- ناحیه عملکردی جریان اینورتر سیستم فتوولتائیک