1. Sinteza dobavnega omrežja proizvodnje bioplina iz odpadnega mulja čistilnih naprav in drugih surovin : magistrsko deloManca Podričnik, 2022, master's thesis Abstract: Primarni viri energije v svetu temeljijo pretežno na naftnih derivatih, vendar je težnja po obnovljivih virih vedno večja. Biogoriva predstavljajo nadomestek za večino pogonskih goriv fosilnega izvora. Eden od najpomembnejših vrst biogoriv je bioplin, ki ga lahko pridobimo s pomočjo anaerobne razgradnje organskih snovi. Anaerobna digestija je mikrobiološki razkroj organskih snovi s pomočjo bakterij brez prisotnosti kisika, kjer kot glavni produkt nastaja bioplin.
Magistrska naloga je sestavljena iz eksperimentalnega in računalniškega dela. Pri eksperimentalnem delu smo izvedli proces anaerobne monodigestije iz različnih komunalnih in industrijskih odpadkov. Pred samim procesom smo surovine obdelali ter jih karakterizirali, tekom procesa pa smo spremljali različne parametre, ki vplivajo na proces ter merili volumen in sestavo nastalega bioplina. Največ bioplina smo pridobili iz flotata, filtracijskega dodatka, bučnih prg ter iz pinjenca.
Podatke, pridobljene iz eksperimentalnega dela v laboratoriju smo uporabili za optimiranje modela dobavnega omrežja proizvodnje električne energije iz bioplina v programu GAMS. Model smo preizkusili na različnih scenarijih, kjer smo spreminjali kapaciteto bioplinarne, cene surovin, vsebnost suhe snovi substratov idr. Kot najbolj učinkoviti substrati za uporabo v bioplinarni so se glede na razpoložljive surovine izkazali blato iz komunalne čistilne naprave, pinjenec, bučne prge ter grozdne tropine. Ugotovili smo, da bioplinarna deluje najbolj dobičkonosno pri obratovalni moči 0,6 MW, 12 % vsebnosti suhe snovi v fermentorju ter pri uporabi odpadnih surovin, za katere prejmemo plačilo za njihovo obdelavo.
Keywords: anaerobna digestija, proizvodnja bioplina, dobavno omrežje, mulji čistilnih naprav, komunalni in industrijski odpadki, optimiranje
Published in DKUM: 03.05.2022; Views: 812; Downloads: 105
 Full text (4,60 MB) |
2. Sinteza fleksibilnih in trajnostnih (bio)kemijskih procesov in mrež v pogojih negotovosti : doktorska disertacijaKlavdija Zirngast, 2021, doctoral dissertation Abstract: V doktorski disertaciji je prikazan razvoj robustnih računalniških metod za načrtovanje in sintezo fleksibilnih procesov in mrež z velikim številom negotovih parametrov. Uporaba natančnejših metod, kot je npr. Gaussova integracijska metoda, vodi do eksponentne rasti matematičnega problema glede na število negotovih parametrov. Glavni dosežek disertacije je metodologija, s katero se izognemo eksponentni rasti. Metodologija temelji na dvostopenjski stohastični formulaciji z rekurzom in razstavi reševanje na več korakov, v katerih ločeno določimo prvostopenjske spremenljivke, tj. topologijo in velikost oz. kapaciteto procesa, ter drugostopenjske spremenljivke, tj. obratovalne in regulacijske spremenljivke. Pri tem praviloma rešujemo matematični problem le v eni točki (scenariju), v posameznih variantah metode pa hkrati v manjšem številu scenarijev, npr. do deset.
Osnovna ideja metodologije je naslednja: začetno optimalno, a praktično nefleksibilno procesno shemo generiramo pri nominalnih vrednostih negotovih parametrov. To shemo nato zaporedoma optimiramo pri različnih skrajnih vrednostih negotovih parametrov, tako da za procesne enote, ki so že v shemi, določimo potrebno povečanje velikosti, nove enote pa dodajamo le, če je to potrebno za doseganje dopustne rešitve. Na ta način določimo izbor procesnih enot in njihove velikosti za fleksibilno obratovanje. Ko se ti ne spreminjajo več, izračunamo indeks fleksibilnosti za dobljeno rešitev in izvedemo stohastično optimizacijo Monte Carlo za določitev optimalnih drugostopenjskih spremenljivk. Obenem izračunamo pričakovano vrednost optimizacijskega kriterija z določeno stopnjo zaupanja. Za vzpostavitev toka informacij med ločenima korakoma določanja prvo- in drugostopenjskih spremenljivk smo izdelali modificirano metodo, v kateri izračunavamo korekcijske faktorje, s katerimi izboljšamo vzpostavljanje kompromisov med obema vrstama spremenljivk in iterativno izboljšujemo končni rezultat.
Za povečanje učinkovitosti optimizacije Monte Carlo v zgoraj opisani metodologiji smo razvili indikator, s katerim določimo minimalno potrebno število scenarijev, da so rezultati dovolj točni za praktično uporabo. Na ta način skrajšamo čas reševanja. Vpeljali smo tudi relativni indeks optimalnosti, s katerim primerjamo približne pristope, ki smo jih razvili, z bolj točnimi.
S predlagano metodologijo smo izvedli sinteze fleksibilnih omrežij toplotnih prenosnikov in dobavnega omrežja za proizvodnjo električne energije iz bioplina, ki smo jo nadgradili s predelavo digestata v kvalitetnejša gnojila. Dokazali smo, da lahko s to metodologijo generiramo fleksibilne rešitve za velike procesne sheme z več deset negotovimi parametri v zmernem času z obvladljivim računalniškim naporom.
V zadnjem delu disertacije smo oblikovali pristope za vključevanje negotove vrednosti davka na emisije CO2 v sintezo fleksibilnih procesov v celotnem življenjskem ciklu. Razvili smo enoperiodni in večperiodni stohastični pristop. Primerjava rezultatov z determinističnim pristopom je potrdila prednost stohastičnega pristopa.
Razvita metodologija predstavlja orodje za sprejemanje trajnostnih investicijskih odločitev v pogojih negotovosti in prispeva k dolgoročnemu povečanju učinkovitosti in konkurenčnosti v procesni industriji. Njena glavna prednost je, da je uporabna za reševanje primerov z velikim številom negotovih parametrov. V nekaterih študijskih primerih smo uporabili trajnostno namensko funkcijo in tako sintezo fleksibilnih procesov povezali s trajnostnim razvojem, pri čemer se vzpostavljajo dolgoročni optimalni kompromisi med fleksibilnostjo obratovanja ter ekonomskimi, okoljskimi in socialnimi vidiki. S predelavo odpadka iz bioplinarne v koristne produkte smo v sintezo fleksibilnih procesov in mrež uvedli zapiranje zank in krožno gospodarstvo.
Keywords: matematično programiranje, negotovost, fleksibilnost, stohastično optimiranje, sinteza procesov, dobavno omrežje, emisije CO2, trajnostni razvoj
Published in DKUM: 03.09.2021; Views: 1219; Downloads: 105
Full text (3,26 MB) |
3. SINTEZA FLEKSIBILNIH TOPLOTNO INTEGRIRANIH CELOTNIH OBMOČIJ PROCESOVKlavdija Zirngast, 2015, master's thesis Abstract: V magistrskem delu smo analizirali in s supertrukturnim pristopom poiskali predloge za rekonstrukcijo omrežij toplotnih prenosnikov za posamezne obrate in več obratov oz. celotna območja ob upoštevanju spremenljivih obratovalnih pogojev. Za posamezne obrate in celotna območja smo z namenom znižanja porabe energije ob upoštevanju nedoločenih obratovalnih pogojev temperature, pretokov in sestav vhodnih surovin najprej s programom TransGen ugotavljali potencial za zmanjšanje energije. Nato smo s postopkom matematičnega programiranja s programom TransGen predlagali modifikacije za zmanjšano porabo energije v posameznih obratih in celotnih območjih. Z uporabo multiperiodnega modela smo za dane scenarije za modifikacije pridobili fleksibilne rešitve. Z metodo Monte Carlo smo za podatke ob spremenljivih obratovalnih pogojih procesov in celotnih območij procesov pridobili pričakovane in nominalne vrednosti spremenljivk in njihove frekvenčne in kumulativne porazdelitve.
Na štirih primerih smo analizirali potencial zmanjšanja porabe pogonskih sredstev v odvisnosti od števila modifikacij in izračunali ekonomsko upravičenost. V vseh primerih smo ugotovili precejšen potencial za zmanjšanje energije: v prvem primeru 21 %, v drugem 17,4 %, v tretjem 75,9 % in v četrtem primeru 72,4 %. Poraba pogonskih sredstev se skoraj linearno zmanjšuje v odvisnosti od števila modifikacij, dobiček pa se s številom modifikacij povečuje. Doba vračanja je v vseh primerih manjša od enega leta: v prvem primeru znaša 2,4 mesece, v drugem 3 mesece, v tretjem 3,6 mesecev in v četrtem 7,8 mesecev.
Keywords: : matematično programiranje, TransGen, toplotna integracija, integracija celotnega območja, fleksibilnost, rekonstrukcija obratov
Published in DKUM: 19.11.2015; Views: 1592; Downloads: 153
Full text (5,78 MB) |
4. VPLIV SUROVIN NA KOLIČINO SUHE SNOVI MULJAKlavdija Zirngast, 2011, undergraduate thesis Abstract: Preiskovali smo čistilno napravo (ČN) tovarne Paloma d. d., kjer se čistijo tehnološke odpadne vode podjetja skupaj z manjšo količino komunalnih odpadnih vod podjetja in kraja Sladki Vrh. Na čistilni napravi poteka mehansko in aerobno čiščenje. Preiskali smo vpliv surovin za proizvodnjo papirja na količino suhe snovi mulja.
Ugotovili smo, da velik delež flotatov predstavljajo fina vlakna celuloze, od katerih je odvisna gostota flotata in delež pepela, medtem ko delež posameznih vlaknen ne vpliva na količino suhe snovi v papirniškem mulju.
Keywords: papirna industrija, suha snov mulja, celuloza, vlakna, čistilna naprava
Published in DKUM: 01.12.2011; Views: 2292; Downloads: 110
 Link to full text |
