تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی (4E) یک سیستم جدید تولید همزمان توان، هیدروژن و آب شیرین با ترکیب انرژی زمین گرمایی و حرارت بازیافتی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استاد دانشکده مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

استفاده از سیستم‌های تولید همزمان در سال‌های اخیر با استقبال زیادی همراه بوده است. پژوهش حاضر به تحلیل انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی (4E) یک سیکل ارگانیک رانکین با هدف تولید همزمان توان، هیدروژن و آب شیرین با منبع انرژی ترکیبی زمین گرمایی و حرارت بازیافتی می‌پردازد. در سیکل مذکور، سیال عامل ابتدا توسط حرارت بازیافتی پیش‌گرم شده و پس از آن توسط سه مبدل حرارتی اکونومایزر، اواپراتور و سوپرهیتر تا دمای ماکزیمم سیکل، سوپرهیت می‌شود. همچنین کارکرد سیستم در دو حالت با و بدون انرژی زمین گرمایی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین درصد تخریب اگزرژی برابر %35 و مربوط به الکترولایزر می‌باشد. همچنین کمترین مقدار فاکتور اگزرژواکونومیک برای الکترولایزر غشاء پروتونی و برابر 8/39 درصد است. میزان هیدروژن تولیدی و آب شیرین به ترتیب 1/64 لیتر بر ثانیه و 4/36 کیلوگرم بر ثانیه می‌باشد و با افزایش دمای منبع زمین گرمایی از 125 تا 155 درجه سانتیگراد، مقدار هیدروژن و آب شیرین تولید شده به ترتیب به میزان 29 و 17 درصد افزایش پیدا می‌کند. در صورت عدم استفاده از انرژی زمین گرمایی و تامین کل انرژی توسط حرارت بازیافتی، مقدار دی‌اکسیدکربن منتشر شده به مقدار 69 درصد افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Razmi A, Soltani M, Torabi M.(2019) Investigation of an efficient and environmentally-friendly CCHP system based on CAES, ORC and compression absorption refrigeration cycle: energy and exergy analysis. Energy Convers Manag; 195:1199e211.
 
[2] Guoquan Qiu, Yingjuan Shao, Jinxing Li, Hao Liu , Saffa .B. Riffat , (2012) Experimental investigation of a biomass-fired ORC-based micro-CHP for domestic applications", Fuel, 96: 374–382.
 
]3[ ح. امامی، ا.جعفری، شناسایی مناطق مستعد زمین گرمایی سطحی با ترکیب دمای سطح و فلوهای انرژی حاصل از روش سبال. نشریه علوم و فنون نقشه برداری, ص 44-25، 1396.
 
]4[ ش.متین, م.کریمزاده ، پ.قصابی، کاربردها و مزیت‌های انرژی زمین گرمایی. دومین همایش انرژی­های  نو و پاک، 1392.
 
[5] Ratlamwala T, Dincer I. (2012) Comparative efficiency assessment of novel multi-flash integrated geothermal systems for power and hydrogen production. Appl. Therm. Eng, Vol. 48, pp. 359-66.
 
[6] Yilmaz C, Kanoglu M, Bolatturk A, Gadalla M. (2012) Economics of hydrogen production and liquefaction by geothermal energy. Int. J. Hydrog. Energy, Vol. 37, pp. 2058-69.
 
[7] J. Wang, Y. Dai, and L. Gao, (2009) "Exergy analyses and parametric optimizations for different cogeneration power plants in cement industry," Appl. Energy, vol. 86, no. 6, pp. 941-948.
[8] S. Quoilin, M. Van Den Broek, S. Declaye, P. Dewallef, and V. Lemort, ( 2013) "Technoeconomic survey of Organic Rankine Cycle (ORC) systems," Renewable Sustainable Energy Rev, vol. 22, pp. 168-186.
[9] Song J, Song Y, Gu C, (2015). “Thermodynamic analysis and performance optimization of an Organic Rankine Cycle (ORC) waste heat recovery system for marine diesel engines”. Energy;82, pp. 976-85.
[10] Larsen U, Sigthorsson O, Haglind F, (2014). “A comparison of advanced heat recovery power cycles
       in a combined cycle for large ships”. Energy,74, pp. 
       260 8.
[11] Pierobon L, Benato A, Scolari E, Haglind F, Stoppato A, (2014). “Waste heat recovery tech- nologies for off shore platforms”. Appl Energy;136, pp. 228 41.
[12] Girgin I, Ezgi C, (2017). “Design and thermodynamic and thermoeconomic analysis of an organic Rankine cycle for naval surface ship applications”. Energy Convers Manage,148, pp. 623-634.
[13] Zhu, X, Zhan, X, Liang, H, Zheng, X, Qiu, Y, Lin, J, Zhao, Y. (2020) The optimal design and operation stategy of renewable energy-CCHP coupled system applied in five building objects. Renew. Energy 146, 2700-2715.
[14] Shokati N., Ranjbar F., Yari M. (2015) Comparative and parametric study of double flash and single flash/ORC combined cycles based on exergoeconomic criteria, Appl. Therm. Eng, 91, pp. 479-495.
[15] Poulomi Sannigrahi, Arthur J. Ragauskas, Gerald A. Tuskan. (2010) Poplar as a feedstock for biofuels: A review of compositional characteristics", Biofuels, Bioprod, Bioref, 209-226.
[16] Ni M, Leung MK, Leung DY. (2008) Energy and exergy analysis of hydrogen production by a proton exchange membrane (PEM)electrolyzer plant. Energy Convers Manag, Vol. 49, pp. 2748-56.
[17] Nafey A, Sharaf M. (2010) Combined solar organic Rankine cycle with reverse osmosis desalination process: energy, exergy, and cost evaluations. Renew Energy, Vol. 35, No 11, pp. 2571-2580.
[18] H. Nami, A. Nemati, F.J. Fard, (2017) Conventional and advanced exergy analyses of a geothermal driven dual fluid organic Rankine cycle (ORC), Appl. Therm. Eng. 122, 59–70.
[19] Fahad A. Al-Sulaiman, Ibrahim Dincer, Feridun Hamdullahpur, (2012) Energy and exergy analyses of a biomass trigeneration system using an organic Rankine cycle", Energy 45: 975-985.
[20] A. Nemati, H. Nami, and M. Yari, (2018) Assessment of different configurations of solar energy driven organic flash cycles (OFCs) via exergy and exergoeconomic methodologies,‖ Renew. Energy, vol. 115, pp. 1231–1248.
[21] Hoseyn. Sayyaadi, Reza. Mehrabipour, (2012) Efficiency enhancement of a gas turbine cycle using an optimized tubular recuperative heat exchanger, Energy, 38; 362-375.
[22] Ahmadi, Pouria, Ibrahim Dincer, Marc A. Rosen. (2012). Exergoenvironmental analysis of an integrated organic Rankine cycle for trigeneration. Energy Convers Manag, 64: 447–453.
[23] Nafey A, Sharaf M (2010).Combined solar organic Rankine cycle with reverse osmosis desalination process:energy,exergy and cost evaluations. Renew Energy, Vol. 35, No 11, pp. 2571-2580.
[24] Ahmadi, P., I. Dincer, and M.A. Rosen, (2014) Multi-objective optimization of a novel solar-based multigeneration energy system. J. Sol. Energy. 108: p. 576-591.
[25] Pashapur, M. Jafarmadar, S. Khalilarya, Sh. (2021) Energy,exergy and exergoeconomic analyses of a novel three-generation system to produce power, heat and distillated water. Int J. Exergy, Vol. 35, No. 4.
[26] Ahmadi, Pouria, Marc A. Rosen, Ibrahim Dincer. (2011) Greenhouse gas emission and exergo-environmental analyses of a trigeneration energy system. Int. J. Greenh. Gas Control, 5: 1540–49.
[27] Gu¨lderO¨ L (1986) Flame temperature estimation of conventional and future jet fuels. J. Eng. Gas Turb Power, 108: 376-380.
[28] Dincer, I., M.A. Rosen. (2007) Exergy, Energy, Environment and Sustainable Development. Elsevier.
 
[29] Ahmadi, P., I. Dincer, and M.A. Rosen, (2013) Performance assessment and optimization of a novel integrated multigeneration system for residential buildings. Energy and Build. 67: p. 568-578.
[30] M. Leveni, G. Manfrida, R. Cozzolino and B. Mendecka, (2019) Energy and exergy analysis of cold and power production from the geothermal reservoir of torre alfina. Energy. P 807-818.
[31] Nafey A, Sharaf M. (2010) Combined solar organic Rankine cycle with reverse osmosis desalination process:energy,exergy and cost evaluations. Renew. Energy, Vol. 35, No 11, pp. 2571-2580.
[32] Jalilinasrabady S., Ryuichi I., (2012) Flash cycle optimization of Sabalan geothermal power plant employing exergy concept, Elsevier, Geothermics, 43, pp. 75-82.