عليرضايي، حميدرضا

عنوان

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

مقطع تحصيلي

كارشناسي ارشد

گرايش تحصيلي

تبديل انرژي

محل تحصيل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

سال دفاع

1405

صفحه شمار

هفده، 225ص. : مصور، جدول، نمودار

توصيفگر ها

سيستم چند توليدي , انرژي زمين گرمايي , كلكتور سهموي خورشيدي , پنل فتوولتائيك , اسمز معكوس , تحليل اگزرژي , ارزيابي اقتصادي

تاريخ ورود اطلاعات

1405/07/09

كتابنامه

رشته تحصيلي

مهندسي مكانيك

دانشكده

فني مهندسي گلپايگان

تاريخ ويرايش اطلاعات

1405/07/11

كد ايرانداك

23258598

چكيده فارسي

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.

چكيده انگليسي

Driven by rising global energy deman‎d, water scarcity, an‎d the urgent need to mitigate greenhouse gas emissions, integrated multi-generation systems based on renewable energy have emerged as a critical engineering solution. In this research, a novel hybrid multi-generation system is designed, modeled, an‎d eva‎luated to simultaneously produce electricity, cooling, hydrogen, domestic hot water, an‎d freshwater. The system is powered by medium-temperature geothermal sources, parabolic trough collectors (PTCs), an‎d photovoltaic panels, supplemented by a thermal energy storage unit to ensure continuous an‎d stable operation. Adopting a cascaded thermal utilization strategy, the primary heat flow is first used to power steam an‎d Organic Rankine cycles (ORC), followed by an absorption chiller an‎d hot water production. Furthermore, a reverse osmosis (RO) desalination unit an‎d a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer are integrated to utilize surplus electricity, with any remaining power exported to the grid. A comprehensive thermodynamic, exergetic, an‎d economic analysis was conducted using engineering software. The model incorporates mass an‎d energy conservation laws, exergy balances, pressure dro‎ps, an‎d realistic equipment efficiencies. The economic eva‎luation utilizes chemical engineering cost indices to accurately estimate capital investment, operational, an‎d maintenance costs. A parametric study was performed to assess the impact of key variables such as geothermal temperature an‎d mass flow rate, solar irradiance, an‎d incidence angle on performance indices, including first an‎d second-law efficiencies, component-level exergy destruction rates, unit product costs, an‎d payback periods. Simulation results demonstrate that the cascaded approach an‎d the intelligent integration of solar an‎d geothermal sources significantly improve both energy an‎d exergy efficiencies compared to stan‎dalone systems. Exergy analysis identifies solar collectors, boilers, an‎d heat exchangers as the primary sources of exergy destruction due to high temperature gradients during heat transfer. Economic modeling confirms that utilizing excess electricity for desalination an‎d hydrogen production substantially enhances the project’s financial viability, leading to an attractive payback period. This proposed system offers a robust an‎d sustainable solution for regions possessing favorable solar an‎d geothermal potential.

استاد راهنما

هادي صفائي

استاد داور

مرضيه رضازاده , بهمن اسدي

لينک به اين مدرک

https://library.iut.ac.ir/dl/search/default.aspx?Term=21278&Field=0&DTC=107