بهینه‌سازی چندهدفه چرخه رانکین آلی تولید همزمان توان، آبشیرین و حرارت: تعیین سیال سه‌جزیی مناسب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 سیستان و بلوچستان

3 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

بهبود عملکرد چرخه رانکین آلی برای تولید همزمان توان، آب شیرین و حرارت با استفاده از انرژی خورشیدی خصوصا برای پاسخگویی به نیاز در مناطق دور از مرکز از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از عوامل موثر در عملکرد این چرخه، رفتار ترمودینامیکی سیال آلی آن که به سه دسته تر، خشک و آیزنتروپیک تقسیم شده‌اند می‌باشد. تعیین گزینه مطلوب سیال عامل که هم در چرخه توان، هم چرخه تولید آب‌شیرین و همچنین حرارت از رفتار مناسبی برخوردار باشد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این پژوهش درصدد است تا با تحلیل، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی یک چرخه رانکین تولید همزمان توان، آب شیرین و حرارت با استفاده از کلکتورهای سهموی خورشیدی به تعیین گزینه مطلوب بپردازد. لذا این چرخه با مخلوطی از سیالات آلی R152a، R600a و R1234yf (پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) پایینی دارند) که به ترتیب از خانواده سیالات تر، خشک و آیزنتروپیک هستند شبیه‌سازی می‌گردد. به همین منظور ابتدا یک مطالعه‌ی پارامتری و سپس برای رسیدن به شرایط مطلوب بهینه‌سازی چندهدفه (NSGA-II) با توابع هدف توان، آب شیرین و حرارت برای کسر جرمی‌های مختلف از سیالات انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد مخلوط سه‌جزیی برای دستیابی همزمان به سه هدف مناسب‌تر است در حالیکه که اگر یکی از اهداف مد نظر باشد بهتر است فقط از یکی از این سیالات با توجه به هدف مورد نظر بهره جست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Multiobjective optimization of a tri-generation ORC for power, freshwater and heat: suitable mixture of three fluid

نویسندگان [English]

  • Mahdi Rahmdel 1
  • amin behzadmehr 2
  • Hamed Farzaneh 1
  • Faramarz Sarhaddi 3
1 University of Sistan and Baluchestan
3 Research Laboratory of Renewable Energies and Electromagnetic Fluids, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Improving the performance of a trigeneration organic Rankine cycle for production of power, fresh water and heat using solar energy to respond the needs in remote areas is very important. One of the effective factors in the performance of such a cycle is the thermodynamic behavior of its working fluid which is classified into three categories: wet, dry and isentropic. Finding a suitable working fluid that has a good behavior in the power generation, fresh water production and heat is of particular importance. This study aims to find appropriate working fluid by analyzing, simulating and optimizing a trigeneration Rankine cycle powering with solar parabolic trough collectors for simultaneous production of power, fresh water and heat. The performance of this cycle is investigated with various mixture of organic fluids R152a, R600a and R1234yf (low ozone depleting potential (ODP) and global warming potential (GWP)) which are categorized in wet, dry and isotropic fluid, respectively. Therefore, first a parametric study is conducted and then followed by a multi-objective optimization (NSGA-II) for which power, fresh water and heat are the objective functions. While various mixture of these three working fluids are considered. The results show that three-component mixture is more suitable for achieving three goals simultaneously, while if one of the objectives is considered, only one of these fluids can be used according to the desired objective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Three-component mixture
  • organic working fluid
  • Trigeneration
  • Rankine cycle
  • Multi-objective optimization