wems-1؛ مدل یکپارچۀ سیستم واترژی (آب-انرژی) برای ارزیابی ترکیب بهینۀ فناوری در صنعت فولاد (نمونۀ مورد مطالعه: فولاد مبارکه اصفهان)

صنعت فولاد صنعتی به‌شدت انرژی‌بر و همچنین به‌شدت آب‌بر است. در ایران، تولیدکننده‌های بزرگ فولاد در مناطق گرم و خشک قرار گرفته‌اند که اهمیت بررسی یکپارچۀ آب و انرژی را بیش از پیش کرده است. در این تحقیق، مفهوم واترژی توسعه‌یافته ارائه و نمودار مرجع سیستم وانرژی (wers) برای صنعت فولاد ترسیم شده است. این مفهوم برای تحلیل ارتباط بین آب و انرژی در واحدهای مختلف فولاد استفاده شده و به‌عنوان مدل مفهومی برای تحلیل پیوند آب و انرژی به کار گرفته شده است. در ادامه، مدل‌ ریاضی سیستم واترژی صنعت فولاد (wems-1) با استفاده از مدل esm توسعه یافته است. ترکیب بهینۀ فناوری‌های سیستم بر اساس تابع بهینه‌سازی پارتو و با تابع هدف چندمعیارۀ کمینۀ هزینۀ کل ارزیابی شده است. برای اعتباربخشی، نتایج مدل برای وضعیت فعلی (bau) نمونۀ مورد مطالعه (فولاد مبارکه اصفهان) با مقادیر طرح جامع فولاد کشور مقایسه شده است. سپس wems-1 با در نظر گرفتن رشد قیمت منابع آب و انرژی الکتریکی، برای ارزیابی تحول فناوری در فولاد مبارکه اجرا شده است. در سناریو بهینه با تحول فناوری و افزایش اندکی در مصرف انرژی الکتریکی، در کارخانۀ فولاد مبارکه اصفهان شاخص مصرف آب از m3/ton steel 6.78 فعلی (آب متعارف) به حدود m3/ton steel 5.5 مصرف آب نامتعارف در دورۀ انتهایی رسیده‌ است.

WEMS-1: Watergy Integrated Modeling for Optimaltechnology Assessment in Steel Industry- Case Study: Esfahan Mobarakeh Steel Company (MSC)

: The steel industry is energy intensive and water intensive at the same time. The largest Iran rsquo;s steelmaking plants are mainly placed in the hot climates and arid regions; thus, the study of the integrated waterandenergy systems for this industry is very important. In this paper, the developed watergy concept is presented, and, then, WERS (WatErgy Reference System) for steel industrys is drawn. The research investigates the waterenergy nexus in different units of a steelmaking plant as the conceptual model for the analysis of the waterenergy nexus. Furthermore, the mathematical WatErgy system Model of the Steel industry (WEMS1) is developed based on the Energy System Model (ESM). The optimal configuration of the system rsquo;s technologies is assessed based on the Pareto optimal function and with the objective function of the minimum total cost. For model validation, the results of the model, was presented for BAU scenario in Esfahan Mobarakeh Steel Company (MSC) and compared with the data of Iran steel comprehensive plan. Then, WEMS1 is run to analyze the optimal technology assessment of the MSC case study concerning water scarcity and the rise of electricity price. As a result, it is shown that the water consumption index decreases from 6.78 m3/ton steel in BAU to unconventional water consumption of 5.5 m3/ton steel in the optimal scenario; this improvement is achieved by technology revolution and a small increase in electricity demand.