شماره ركورد
33951
پديد آورنده
سيدسينا حسيني راد
عنوان
ارزيابي ترموديناميكي و بهينهسازي چند هدفهي يك سيستم دوستدار محيط با قابليت ذخيرهسازي هيدروژن و مبتني بر انرژي خورشيدي بهعنوان محرك اوليه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- تبديل انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/30
استاد راهنما
دكتر مهدي مقيمي
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در پاسخ به چالشهاي ناشي از ماهيت متناوب انرژيهاي تجديدپذير و با هدف افزايش پايداري سيستمهاي انرژي، اين پژوهش به ارزيابي ترموديناميكي و بهينهسازي چندهدفه يك سيستم نوين چندنسلي مبتني بر انرژي خورشيدي ميپردازد. اين سيستم يكپارچه، كه براي توليد همزمان برق، هيدروژن سبز و آب شيرين طراحي شده، از يك ميدان هليواستات به عنوان محرك اوليه، يك واحد ذخيرهساز انرژي هواي مايع و سلول سوختي غشاء تبادل پروتون براي تأمين پايدار انرژي و يك زيرسيستم دوگانه توليد هيدروژن متشكل از چرخه ترموشيميايي واناديوم-كلرايد و الكتروليزكننده غشاء تبادل پروتون تشكيل شده است. عملكرد سيستم با استفاده از تحليلهاي جامع انرژي، اگزرژي، اقتصادي و زيستمحيطي و با مطالعه موردي شهر بندرعباس ارزيابي شد. نتايج تحليل پايه نشان داد كه دوره بازگشت سرمايه سيستم 7/25 سال است و هزينه تراز شده برق، هيدروژن و آب شيرين به ترتيب برابر با 5/15 سنت بر كيلوواتساعت، 3/88 دلار بر كيلوگرم و 7/53 سنت بر متر مكعب ميباشد. بيشترين تخريب اگزرژي با سهم 33/52 درصد مربوط به برج خورشيدي است. فرآيند بهينهسازي با استفاده از يك چارچوب تركيبي مبتني بر شبكه عصبي مصنوعي و الگوريتم ژنتيك NSGA-II در سه سناريوي مجزا اجرا گرديد كه در بهترين حالت، سيستم قادر به توليد روزانه 3/69 تن هيدروژن با هزينه 2/25 دلار بر كيلوگرم و توليد 322/30 مگاواتساعت برق با هزينه 5 سنت بر كيلوواتساعت است. علاوه بر اين، سيستم پيشنهادي پتانسيل كاهش انتشار دياكسيد كربن به ميزان تقريبي 2/11 تن در ساعت را داراست كه بيانگر مزاياي قابل توجه زيستمحيطي آن ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/11
عنوان به انگليسي
Thermodynamic evaluation and Multi-Objective Optimization of an Integrated Solar-Driven System for Environmentally Benign Hydrogen Storage
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدسينا حسيني راد
چكيده به لاتين
In response to the challenges arising from the intermittent nature of renewable energies and with the objective of enhancing the sustainability of energy systems, this research addresses the thermodynamic evaluation and multi-objective optimization of a novel solar-driven polygeneration system. This integrated system, designed for the simultaneous production of electricity, green hydrogen, and fresh water, is composed of a heliostat field as the primary driver, a Liquid Air Energy Storage (LAES) unit and a Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell for sustainable energy supply, and a dual hydrogen production subsystem comprising a Vanadium-Chloride (V-Cl) thermochemical cycle and a PEM electrolyzer. The systemʹs performance was evaluated using comprehensive energy, exergy, economic, and environmental analyses, with a case study of the city of Bandar Abbas. The baseline analysis results indicated that the systemʹs payback period is 7.25 years, and the levelized costs of electricity, hydrogen, and fresh water are 5.15 cents/kWh, $3.88/kg, and 7.53 cents/m³, respectively. The highest exergy destruction, with a share of 33.52%, is attributed to the solar tower. The optimization process was conducted using a hybrid framework based on an Artificial Neural Network (ANN) and the NSGA-II genetic algorithm across three distinct scenarios. In the optimal case, the system is capable of producing 3.69 tons/day of hydrogen at a cost of $2.25/kg and generating 322.30 MWh of electricity at a cost of 5 cents/kWh. Furthermore, the proposed system has the potential to reduce carbon dioxide emissions by approximately 2.11 tons per hour, which indicates its significant environmental benefits.
كليدواژه هاي فارسي
ارزيابي ترموديناميكي , ذخيرهساز انرژي هواي مايع , هيدروژن سبز , بهينهسازي چندهدفه , شبكه عصبي مصنوعي
كليدواژه هاي لاتين
Thermodynamic evaluation , Liquid air energy storage , Green hydrogen , Multi-objective optimization , Artificial neural network
Author
Seyed Sina Hosseini Rad
SuperVisor
Dr. Mehdi Moghimi