شماره ركورد
34225
پديد آورنده
سيدحسام محسني نيا
عنوان
آناليز ترمو-اقتصادي و بهينهسازي يك سيستم پيوسته توليد توان و آب شيرين مبتني بر انرژي خورشيدي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك-تبديل انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/29
استاد راهنما
مهدي مقيمي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
افزايش تقاضا براي انرژيهاي پايدار و كاهش وابستگي به سوختهاي فسيلي، نياز به توسعه سيستمهاي چندگانه انرژي را بيش از پيش برجسته كرده است. در اين مطالعه، يك سيستم مبتني بر انرژي خورشيدي با قابليت توليد همزمان برق و آب شيرين مورد بررسي قرار گرفته است كه براي ذخيره انرژي مازاد خود، از يك واحد ذخيره هواي فشرده دياباتيك بهره ميبرد. با وجود مطالعات گسترده بر روي سامانههاي مبتني بر انرژيهاي تجديدپذير، پژوهشهاي محدودي به بررسي اثر تركيب سوختهاي هيدروژن و بيوگاز در چرخههاي تركيبي و ذخيرهسازي انرژي پرداختهاند. از اين رو در اين پژوهش به احتراق سوخت تركيبي هيدروژن و بيوگاز پرداخته ميشود و اثر آن بر روي عملكرد سيستم، به خصوص بر روي عملكرد واحد ذخيره هواي فشرده بررسي ميشود. مدلسازي ترموديناميكي اين سيستم كه شامل واحدهايي نظير ميدان هليواستات خورشيدي، سيكل برايتون كربندياكسيد فوقبحراني/ رانكين آلي، الكترولايزر غشاي تبادل پروتون و آبشيرينكن تقطيري چند اثره ميباشد، به كمك نرمافزار متلب توسعه يافته، و شبيهسازي واحد هاضم بيهوازي در نرمافزار اسپنپلاس انجام شده است. اعتبارسنجي مدل با كمك دادههاي معتبر موجود انجام شد و نتايج تحليل پايه كه يك مطالعه موردي بر روي شهر بوشهر واقع در جنوب ايران بود، نشان داد كه راندمان رفتوبرگشتي اگزرژي برابر با 71/30% و توان خالص توليدي 43/257 مگاواتساعت در روز ميباشد. در بخش مطالعه پارامتريك، تأثير پارامترهاي كليدي سيستم همچون تعداد آينههاي هليواستات، نسبت فشار كمپرسورهاي سيكل كربندياكسيد فوقبحراني، نسبت فشار كمپرسورهاي واحد ذخيره هواي فشرده و همچنين اثر تغييرات دبي هوا و سوخت تركيبي بر روي عملكرد سيستم بررسي شد. علاوه براين، اثر افزايش غلظت خوراك ورودي به واحد هاضم بيهوازي بر روي توليد توان سيستم نيز مورد بحث قرار گرفت. در انتها با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي و الگوريتم NSGA-II، بهينهسازي سههدفه با اهداف بيشينهسازي توان خروجي و راندمان اگزرژي و كمينهسازي نرخ هزينه كل انجام شد. نتايج بهينهسازي نشان داد بازده رفتوبرگشتي اگزرژي تا 81/34% افزايش پيدا كرده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/04
عنوان به انگليسي
Thermo-economic analysis and optimization of a continuous solar-based power generation and fresh water production system
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدحسام محسني نيا
چكيده به لاتين
The growing demand for sustainable energy and the need to reduce dependence on fossil fuels have highlighted the importance of developing multi-generation energy systems. In this study, a solar-based system capable of simultaneous electricity and freshwater production is investigated, in which an adiabatic compressed air energy storage (CAES) unit is integrated to store surplus energy. Despite numerous studies on renewable-based systems, limited research has focused on the impact of hydrogen–biogas fuel blends in hybrid power and energy storage cycles. Therefore, this research examines the combustion of hydrogen–biogas blended fuel and its influence on the overall system performance, particularly on the operation of the CAES unit. The thermodynamic modeling of the system—including a solar heliostat field, a supercritical CO₂/organic Rankine cycle, a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer, and a multi-effect distillation with thermal vapor compression (MED-TVC) desalination unit—was developed in MATLAB, while the anaerobic digester was simulated in Aspen Plus. The model was validated using reliable reference data, and base-case results indicated a round-trip exergy efficiency of 30.71% and a net daily power output of 257.43 MWh. A comprehensive parametric study was conducted to investigate the effects of key design parameters such as the number of heliostat mirrors, pressure ratios of the supercritical CO₂ and CAES compressors, air flow rate, and hydrogen–biogas mixing ratio on system performance. Furthermore, the impact of increasing feed concentration in the anaerobic digester on system power generation was evaluated. Finally, a three-objective optimization was performed using an artificial neural network (ANN) combined with the NSGA-II algorithm, aiming to maximize power output and exergy efficiency while minimizing the total cost rate. The optimization results showed that the round-trip exergy efficiency increased to 34.81%.
كليدواژه هاي فارسي
انرژي خورشيدي، ذخيرهسازي هواي فشرده، سوخت تركيبي هيدروژن و بيوگاز، آبشيرينكن تقطيري، سيكل كربندياكسيد فوقبحراني
كليدواژه هاي لاتين
Multi-generation system, Hydrogen–biogas blended fuel, Compressed air energy storage (CAES), Supercritical CO₂/ORC cycle
Author
Seyed Hessam Mohseni nia
SuperVisor
Mahdi Moghimi