تحلیل اگزرژواکونومیک و بهینه‌سازی چندهدفه برای چرخه‌های تبخیر آنی یک تا سه‌ مرحله‌ای برای بهره‌برداری از چاه زمین‌گرمایی بوشلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران

چکیده

در سال‌‌های اخیر به سبب افزایش تقاضای انرژی و به دنبال جایگزینی برای سوخت‌‌های فسیلی، توجهات بسیاری معطوف انرژی‌های تجدیدپذیر به‌خصوص انرژی زمین‌گرمایی شده است. مناطق دارای پتانسیل زمین‌گرمایی بسیاری در ایران طی مطالعات گذشته معرفی شده است که یکی از این مناطق که دارای بیشترین پتانسیل می‌باشد، منطقه بوشلی در شمال غرب ایران می‌باشد. در مطالعه حاضر سه چرخه تبخیرآنی یک تا سه مرحله‌ای به منظور تولید توان از چاه‌های زمین‌گرمایی منطقه بوشلی در ایران، مطالعه و مدل‌سازی شده و سپس مورد تحلیل انرژی، اگزرژی و اقتصادی قرار گرفته است. هر سه چرخه ابتدا نسبت به بازده انرژی و اگزرژی به‌صورت مستقل بیشینه‌سازی شده و به صورت جداگانه، هزینه تولید توان واحد کمینه‌سازی شد. همچنین با هدف بیشینه‌سازی همزمان بازده انرژی و اگزرژی و کمینه‌سازی هزینه تولید توان واحد، مورد بهینه‌سازی چند هدفه قرار گرفت. بهینه‌سازی با روش الگوریتم ژنتیک و در نرم افزار ای.ای.اس انجام شد. درنهایت نیز یک مطالعه پارامتری به‌ منظور بررسی تاثیر فشارجداسازهای هر سه چرخه بر توابع عملکردی انجام گرفت. در مطالعه حاضر مشاهده شد که چرخه تبخیر آنی سه مرحله‌ای برای منطقه بوشلی از دیگر چرخه‌های مورد بررسی دارای عملکرد بهتری از لحاظ ترمودینامیکی و اقتصادی می‌باشد. برای چرخه تبخیر آنی سه مرحله‌ای در حالت بهینه چند هدفه (به‌ازای فشار جداساز اول 1351 کیلوپاسکال و فشار جداساز دوم 440/9 کیلوپاسکال، فشار جداساز سوم 80/09 کیلوپاسکال)، توان خالص، بازده انرژی، بازده اگزرژی، ضریب اگزرژواکونومیک و هزینه تولید توان واحد به‌ترتیب 8463 کیلووات، 15/24 درصد، 57/01 درصد، 79/7 درصد و 4/853 دلاربرگیگاژول حاصل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Exergoeconomic analysis and multi-objective optimization for single, double and triple flash cycles for utilization of booshli’s Geothermal well

نویسندگان [English]

  • mehran abdolalipouradl
  • Mohamad Namkhah
Asisstant, Professor Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran
چکیده [English]

In recent years increasing the energy demand and limited resources of fossil fuels have led us to develop and pay more attention to renewable energies, especially geothermal energy. Due to recent investigations, it has been realized that Iran has substantial geothermal potential. Booshli in northwestern Iran is one of the regions with the most geothermal potential. In the present study, single, double, and triple flash cycles for producing power from Booshli’s geothermal well have been investigated. Then, the presented cycles have been analyzed from energy, exergy, and economic viewpoints. Furthermore, different single-objective approaches (energy efficiency, exergy efficiency, and power-specific cost) and multi-objective approaches, are optimized relative to their separator's Pressure, respectively. Moreover, a parametric study has been carried out on the separator’s pressure to establish the effect on performance parameters for each cycle. It has been revealed that triple flash has a better performance compared to single and double flash cycles for power production from Booshli's geothermal well, both in thermodynamics and economic aspects. The results show that for a triple flash cycle in multi-objective optimum condition (at pressure 1351 kPa for the first, 440.9 kPa for the second, and 80.09 kPa for the third separator), the net output power, energy efficiency, exergy efficiency, exergoeconomic factor, and the power specific cost rate were calculated to be 8463 kW, 15.24%, 57.01, 79.7% and 4.853 $/GJ, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy & Exergy
  • Exergoeconomic Analysis
  • Geothermal Energy
  • Flash Cycle
  • Multi-Objective Optimization

مراجع

[1] J.W. Lund, D.H. Freeston, T.L. Boyd, Direct application of geothermal energy: 2005 worldwide review, Geothermics, 34(6) (2005) 691-727.
[2] O. Kizilkan, H. Yamaguchi, Feasibility research on the novel experimental solar-assisted CO2 based Rankine cycle integrated with absorption refrigeration, Energy conversion and management, 205 (2020) 112390.
[3] J.-A.R. Sarr, F. Mathieu-Potvin, Improvement of Double-Flash geothermal power plant design: A comparison of six interstage heating processes, Geothermics, 54 (2015) 82-95.
[4] M. Yari, Exergetic analysis of various types of geothermal power plants, Renewable energy, 35(1) (2010) 112-121.
[5] M. Fallah, R.A. Ghiasi, N.H. Mokarram, A comprehensive comparison among different types of geothermal plants from exergy and thermoeconomic points of view, Thermal Science and Engineering Progress, 5 (2018) 15-24.
[6] T. Ratlamwala, I. Dincer, Comparative efficiency assessment of novel multi-flash integrated geothermal systems for power and hydrogen production, Applied Thermal Engineering, 48 (2012) 359-366.
[7] S. Jalilinasrabady, R. Itoi, P. Valdimarsson, G. Saevarsdottir, H. Fujii, Flash cycle optimization of Sabalan geothermal power plant employing exergy concept, Geothermics, 43 (2012) 75-82.
[8] S.M. Bina, S. Jalilinasrabady, H. Fujii, Exergoeconomic analysis and optimization of single and double flash cycles for Sabalan geothermal power plant, Geothermics, 72 (2018) 74-82.
[9] M. Abdolalipouradl, F. Mohammadkhani, S. Khalilarya, A comparative analysis of novel combined flash-binary cycles for Sabalan geothermal wells: Thermodynamic and exergoeconomic viewpoints, Energy, 209 (2020) 118235.
[10] M. Abdolalipouradl, V. Mousavi, F. Mohammadkhani, M. Yari, Proposing new configurations of flash cycle for effective utilization of geothermal resources: thermodynamic and exergoeconomic assessments, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 44(10) (2022) 465. (in persian)
[11] L.-H. Wen, H.-Y. Liu, D. Heydarian, Multi-objective grey wolf optimization of four different geothermal flash-organic Rankine power cycles, Process Safety and Environmental Protection, 180 (2023) 223-241.
[12] T. Hai, M. Asadollahzadeh, B.S. Chauhan, T. AlQemlas, I. Elbadawy, B. Salah, M. Feyzbaxsh, 3E investigation and artificial neural network optimization of a new triple-flash geothermally-powered configuration, Renewable Energy, 215 (2023) 118935.
[13] G. Najafi, B. Ghobadian, Geothermal resources in Iran: The sustainable future, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(8) (2011) 3946-3951.
[14] M. Ameri, S. Amanpour, S. Amanpour, Energy and exergy analysis and optimization of a double flash power plant for meshkin shahr region, in:  World Renewable Energy Congress, Linkoping, Sweden, 2011, pp. 1297-1304.
[15] H. Yousefi, S. Roumi, H. Ármannsson, Y. Noorollahi, Cascading uses of geothermal energy for a sustainable energy supply for Meshkinshahr City, Northwest, Iran, Geothermics, 79 (2019) 152-163.
[16] M. Abdolalipouradl, S. Khalilarya, S. Jafarmadar, Use of Integrated Single and Triple flashes with Organic Rankine cycle to Generate Power from Sabalan Geothermal Wells, Journal of Mechanical Engineering, 50(3) (2020) 155-164. (In persian)
[17] A. Aali, N. Pourmahmoud, V. Zare, Exergoeconomic analysis and multi-objective optimization of a novel combined flash-binary cycle for Sabalan geothermal power plant in Iran, Energy Conversion and Management, 143 (2017) 377-390.
[18] P. Kazemiani-Najafabadi, E.A. Rad, Optimization of an improved power cycle for geothermal applications in Iran, Energy, 209 (2020) 118381.
[19] Y. Noorollahi, M.S. Shabbir, A.F. Siddiqi, L.K. Ilyashenko, E. Ahmadi, Review of two decade geothermal energy development in Iran, benefits, challenges, and future policy, Geothermics, 77 (2019) 257-266.
[20] Y. Noorollahi, H. Yousefi, Geothermal energy resources and applications in Iran, in:  Proceedings world geothermal congress. Bali, Indonesia, 2010.
[21] H. Yousefi, S. Ehara, Y. Noorollahi, Geothermal potential site selection using GIS in Iran, in:  Proceedings of the 32nd workshop on geothermal reservoir engineering, Stanford University, Stanford, California, 2007, pp. 174-182.
[22] H. Yousefi, Y. Noorollahi, S. Ehara, R. Itoi, A. Yousefi, Y. Fujimitsu, J. Nishijima, K. Sasaki, Developing the geothermal resources map of Iran, Geothermics, 39(2) (2010) 140-151.
[23] M. Abdolalipouradl, F. Mohammadkhani, S. Khalilarya, M. Yari, Thermodynamic and exergoeconomic analysis of two novel tri-generation cycles for power, hydrogen and freshwater production from geothermal energy, Energy Conversion and Management, 226 (2020) 113544.
[24] V. Zare, A comparative exergoeconomic analysis of different ORC configurations for binary geothermal power plants, Energy conversion and management, 105 (2015) 127-138.
[25] M. Sadeghi, A. Nemati, M. Yari, Thermodynamic analysis and multi-objective optimization of various ORC (organic Rankine cycle) configurations using zeotropic mixtures, Energy, 109 (2016) 791-802.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 56، شماره 7
مهر 1403
صفحه 955-982

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار