تحلیل ترمودینامیکی و مقایسه دو آرایش جدید تولید سه گانه (توان، هیدروژن و گرمایش) با استفاده از انرژی زمین گرمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 کارشناسی ارشد، دانشکده هوافضا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه دو چرخه جدید تولید همزمان (توان، هیدروژن و گرمایش) مورد تحلیل ترمودینامیکی و بهینه سازی قرار گرفته است. برای چرخه های پیشنهادی، این دو سیستم توسط قسمت تولید توان از هم متمایز شده اند، یا به‌عبارت‌دیگر چرخه رانکین آلی و چرخه کالینا برای تولید توان استفاده شده است. همچنین در این دو سیستم از آب گرم کن داخلی برای گرمایش و الکترولایزر غشاء پروتونی برای تولید هیدروژن استفاده شده است. پس از شبیه‌سازی ترمودینامیکی، یک بررسی جامع به ازای پارامترهای تأثیرگذار روی تولید هیدروژن، توان خالص، گرمایش، بازده حرارتی و بازده اگزرژی دو آرایش تولید همزمان انجام شده و درنهایت نسبت به بازده اگزرژی بهینه سازی شده است. طبق نتایج این بررسی، بازده اگزرژی و تولید هیدروژن نسبت به دمای اواپراتور چرخه تولید همزمان بر اساس رانکین آلی دارای مقدار بهینه است درحالی‌که برای چرخه تولید همزمان بر مبنای کالینا، صعودی می باشند. همچنین طبق بررسی انجام شده برای سیال های عامل مختلف برای قسمت رانکین آلی، سیال عامل R152a مقدار هیدروژن بیشتری تولید می کند. بر اساس نتایج بهینه برای دمای 120 درجه ی سلسیوس منبع گرم، چرخه تولید همزمان بر مبنای کالینا دارای بازده اگزرژی و تولید هیدروژن بیشتری نسبت به چرخه ی تولید همزمان بر مبنای چرخه ی رانکین آلی می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Thermodynamic analysis and comparison of two new Tri-generation (hydrogen, power, heating) systems using geothermal energy

نویسندگان [English]

  • mehran abdolalipouradl 1
  • mohsen rostami 2
  • Shahram Khalilarya 1
1 Mechanical Engineering Department, Faculty of engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Faculty of Aerospace Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, two multi-generation (hydrogen, power, heating) systems have been studied thermodynamically and optimized. For the proposed cycles, the two systems are distinguished by the power generation cycle, or in other words the organic Rankine cycle and the Kalina cycle are used to produce power. Both systems also use domestic heat water for heating and proton membrane electrolyzer for hydrogen production. After the thermodynamic simulation, a comprehensive study for the parameters affecting hydrogen production, net power, heating, thermal efficiency and exergy efficiency of two cogeneration systems has been performed and finally optimized from an exergy efficiency viewpoint.
According to the results of this study, for the organic Rankine cycle-based system, exergy efficiency and hydrogen production have optimum values with evaporator temperature while for Kalina cycle-based system, hydrogen production and exergy efficiency increase. Also, according to the study of various operating fluids for the organic Rankine component, the R152a fluid produces more hydrogen. Furthermore, based on the optimized results for 120 °C geothermal temperature, the Kalina cycle-based system has more exergy efficiency and more hydrogen production than the organic Rankine cycle-based system

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermodynamic analysis
  • Tri-generation systems
  • Proton exchange membrane electrolyzer
  • Kalina
  • Organic Rankine cycle