28642

تحليل جامع ترموديناميكي و بهينه سازي چند هدفه سيستم هاي يكپارچه ذخيره سازي انرژي هواي فشرده و توليد متان

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي انرژي

1400

1402/06/04

دكتر ابوالفضل احمدي

فناوري هاي نوين

استفاده از منابع انرژي تجديدپذير يك استراتژي مهم در تعديل انتشار گازهاي گلخانه‌اي ناشي از توليد برق محسوب مي‌شود. با اين حال، مشكل ناپايداري و غيرقابل پيش‌بيني بودن اين منابع باعث كاهش قابليت اطمينان و محدوديت در نفوذ آن‌ها به بازارهاي انرژي مي‌شود. بنابراين، توسعه سيستم‌هاي ذخيره‌سازي انرژي در مقياس بزرگ به عنوان راهكاري عملي براي اين موضوع مدنظر قرار مي‌گيرد. در اين پايان نامه، يك سيستم توليد/ذخيره انرژي تركيبي كارآمد و سازگار با محيط زيست جديد پيشنهاد شده است. اين سيستم شامل سه بخش اصلي ذخيره‌ساز انرژي هواي فشرده، چرخه برايتون مبتني بر كلكتور استرلينگ و واحد بازيابي حرارت است. هدف اصلي اين پژوهش كاهش انتشار آلاينده‌ها در فناوري ذخيره‌سازي انرژي هواي فشرده است، همچنين توجه به وقفه‌ها و كاهش نيروي برق شبكه‌ها با استفاده از منابع تجديدپذير مي باشد. در اين سامانه انرژي خورشيد توسط كلكتورهاي ديش استرلينگ به صورت گرما جذب شده و از اين انرژي در سيكل برايتون براي توليد برق استفاده مي شود. از نيروي مازاد و گرماي هدر رفته اين چرخه، براي ذخيره هواي فشرده شده و همچنين توليد هيدروژن در دوره‌هاي زماني خارج از ساعات پيك استفاده مي ‌شود. به اين ترتيب، اين انرژي در دوره‌هاي اوج تقاضا به صورت انرژي اضافي آزاد مي‌شود. همچنين، واحد جذب كربن براي كربن زدايي خروجي توربين گازي به كار مي‌رود و با استفاده از هيدروژن ذخيره شده، در راكتور متان‌ساز سوخت متان توليد شده و در محفظه احتراق مصرف مي‌شود. براي تجزيه و تحليل عملكرد اين سامانه تركيبي، سيستم مرجع به‌طور دقيق از ديدگاه ترموديناميكي و اقتصادي مورد تحليل قرار مي‌گيرد. سپس، با استفاده از مدل بهينه‌سازي چند هدفه مبتني بر الگوريتم NSGA-II، يك تجزيه و تحليل انجام مي‌شود تا يك مبادله بهينه ميان عملكرد ترموديناميكي و اقتصادي بيابد. نتيجه‌گيري نشان مي‌دهد كه در شرايط بهينه، اين سيستم داراي راندمان رفت و برگشت اگزرژي برابر با 59/62% و نرخ هزينه محصولات برابر با 60/01 GJ/$ است. با استفاده از اين روش، از انتشار 2825 تن دي‌اكسيد كربن در سال جلوگيري مي‌شود كه در نتيجه، هزينه‌هاي زيست‌محيطي تقريبا 68000 دلار در سال كاهش مي‌يابد

1402/06/11

Comprehensive thermodynamic analysis and multi-objective optimization of integrated compressed air energy storage (CAES) and methane production systems

8/25/2024 12:00:00 AM

The use of renewable energy sources is considered an important strategy in the adjustment of greenhouse gas emissions caused by electricity production. However, the problem of instability and unpredictability of these sources reduces their reliability and limits their penetration into the energy markets. Therefore, the development of large-scale energy storage systems is considered as a practical solution for this issue. In this thesis, a new efficient and environmentally friendly hybrid energy generation/storage system is proposed. This system consists of three main parts: compressed air energy storage, Brayton cycle based on Stirling collector and heat recovery unit. The main goal of this research is to reduce the emission of pollutants in the technology of compressed air energy storage, as well as pay attention to interruptions and reducing the power of networks using renewable sources. In this system, solar energy is absorbed by Stirling dish collectors in the form of heat and this energy is used in the Brayton cycle to generate electricity. The excess power and wasted heat of this cycle are used to store compressed air and also to produce hydrogen during off-peak hours. In this way, this energy is released in the form of excess energy during periods of peak demand. Also, the carbon absorption unit is used to decarbonize the gas turbine output, and using the stored hydrogen, methane fuel is produced in the methanizer reactor and consumed in the combustion chamber. To analyze the performance of this hybrid solution, the reference system is analyzed in detail from the thermodynamic and economic point of view. Then, using the multi-objective optimization model based on the NSGA-II algorithm, an advanced analysis is performed to find an optimal trade-off between thermodynamic and economic performance. The conclusion shows that in optimal conditions, this system has an exergy return efficiency equal to 59.62% and a product cost rate equal to $60.01/GJ. Using this method, the emission of 2825 tons of carbon dioxide per year is avoided, which, as a result, reduces environmental costs by approximately $68,000 per year.

ذخيره انرژي هواي فشرده , انرژي خورشيدي , بهينه سازي چند هدفه , جذب كربن , الگوريتم ژنتيك

Compressed air energy storage , solar energy , multi-objective optimization , carbon capture , genetic algorithm

Zahra Rahimimotlagh

Dr. Abolfazl Ahmadi