بهينه‌سازي طراحي چند منظوره‌ي يك سيستم توليد انرژي چند گانه مبتني بر انرژي زمين‌گرمايي و انرژي خورشيدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

با توجه به افزايش تقاضاي جهاني براي انرژي، كمبود منابع آب شيرين و ضرورت كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي، بهره‌گيري از سيستم‌هاي يكپارچه و چندتوليدي مبتني بر انرژي‌هاي تجديدپذير به‌يكي از راهكارهاي كليدي در مهندسي انرژي تبديل شده است. در اين پژوهش، يك سيستم چندتوليدي هيبريدي نوين با هدف توليد هم‌زمان توان الكتريكي، سرمايش، هيدروژن، آبگرم مصرفي و آب شيرين، طراحي، مدل‌سازي و ارزيابي شده است. محرك‌هاي اصلي اين سامانه متشكل از منابع زمين‌گرمايي با دماي متوسط و كلكتورهاي خورشيدي سهموي خطي به همراه پنل‌هاي فتوولتائيك و سيستم ذخيره‌سازي انرژي حرارتي هستند كه امكان تأمين پيوسته و پايدار حرارت را فراهم مي‌سازند. ساختار سيستم بر پايه بهره‌برداري آبشاري از انرژي حرارتي طراحي شده است، به‌گونه‌اي كه جريان حرارتي اوليه ابتدا توان سيكل رانكين و رانكين آلي را تأمين كرده و سپس براي راه اندازي چيلر جذبي و تامين آبگرم مصرفي استفاده مي‌شود. واحد نمك‌زدايي اسمز معكوس و الكترولايزر غشاي تبادل پروتون از توان توليدي استفاده مي‌كنند و مابقي توان توليدي به شبكه تزريق مي‌شود. به‌منظور ارزيابي جامع عملكرد سامانه، مدل‌سازي يكپارچه ترموديناميكي، اگزرژي و اقتصادي سيستم در محيط‌هاي نرم‌افزاري مهندسي توسعه داده شده است. كليه روابط بقاي جرم و انرژي و موازنه‌هاي اگزرژي براي تك‌تك اجزاي سامانه اعمال شده‌اند. همچنين در بخش اقتصادي، هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري اوليه تجهيزات، هزينه‌هاي بهره‌برداري و نگهداري با به‌كارگيري شاخص به‌روزرساني هزينه كارخانجات مهندسي شيمي به‌طور دقيق تخمين زده شده است. اثر تغييرات پارامترهاي كليدي نظير دما و دبي چشمه زمين‌گرمايي، شدت تابش خورشيدي، زاويه تابش و برخي ديگر پارامترها بر شاخص‌هاي عملكردي نظير راندمان قانون اول و دوم ترموديناميك، نرخ تخريب اگزرژي اجزا، قيمت تمام‌شده محصولات و دوره بازگشت سرمايه مورد ارزيابي قرار گرفته است. يافته‌هاي حاصل از شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه به‌كارگيري رويكرد آبشاري و تلفيق هوشمندانه منابع خورشيدي و زمين‌گرمايي، ضمن افزايش قابل‌توجه بازده كلي انرژي و اگزرژي سامانه نسبت به سيستم‌هاي مجزا، موجب بهبود چشمگير شاخص‌هاي اقتصادي و كاهش قيمت تمام‌شده برق و آب شيرين مي‌گردد. نتايج تحليل اگزرژي مشخص مي‌سازد كه كلكتورهاي خورشيدي، بويلرها و مبدل‌هاي حرارتي به دليل اختلاف دماي بالا در انتقال حرارت، بيشترين سهم از نرخ كل تخريب اگزرژي سامانه را به خود اختصاص داده‌اند. همچنين، مدل‌سازي اقتصادي نشان مي‌دهد كه استفاده از توان مازاد الكتريكي براي راه‌اندازي واحد اسمز معكوس و الكترولايزر توليد هيدروژن، توجيه‌پذيري اقتصادي طرح را به ميزان محسوسي ارتقا داده و نرخ بازگشت سرمايه جذابي را به همراه دارد. سامانه پيشنهادي مي‌تواند به‌عنوان گزينه‌اي كارآمد و پايدار براي تأمين هم‌زمان انرژي و آب در مناطق داراي پتانسيل تابش خورشيدي و منابع زمين‌گرمايي مورد استفاده قرار گيرد.

238217

تبديل انرژي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان