شماره ركورد
34272
پديد آورنده
پوريا كاكاوند
عنوان
مدلسازي و بهينهسازي فني-اقتصادي سيستم يكپارچه نوآورانه براي توليد توان، سرمايش، گرمايش و آب
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك-تبديل انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/20
استاد راهنما
دكتر سپهر صنايع
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در اين پژوهش، يك سيستم توليد همزمان چهارگانه (Tetra-generation) نوآورانه توان، گرمايش، سرمايش و آب شيرين (CCHPW)، كه تابهحال پيشنهاد و بررسي نشده، براي يك مجتمع مسكوني، مدلسازي و بهينهسازي گرديده است. اين سيستم، جهت توليد برق، از موتور گازسوز و چرخه رانكين آلي (ORC)، جهت توليد سرمايش، از چيلر جذب سطحي (با سه بستر جاذب و دو اواپراتور) به همراه چرخه سرمايش تراكم بخار (VCR) با مخزن ذخيره انرژي سرمايشي (CTES) با كپسولهاي كروي پر شده با آب، استفاده ميكند. جهت توليد آب شيرين، واحد نمكزدايي اسمز معكوس (RO)، و جهت توليد گرمايش نيز از اگزوز و آب خنك كننده موتور گازسوز، استفاده گرديد. بخشي از گرماي اگزوز موتور گازسوز در ORC و بخش ديگر آن به همراه گرماي آب خنك كننده موتور، براي بستر واجذب چيلر جذب سطحي، و هم توليد آب گرم استفاده ميشود. آب ورودي به واحد نمكزدايي RO، ابتدا توسط كندانسور ORC پيشگرم ميشود كه انرژي مصرفي پمپ فشار بالا را كاهش دهد. علاوه بر اين، يك توربين پلتون نيز، انرژي آب شور غليظ خروجي از RO را بازيابي ميكند. سپس در مرحله بعد، بهينهسازي سيستم پيشنهادي، بهصورت دو هدفه (با توابع هدف بازده اگزرژي و سود نسبي سالانه) صورت پذيرفت و مقدارهاي بهينه 9 متغير طراحي، گزارش گرديد. سود نسبي ساليانه، تابع هدف جديد و مناسبي است كه نشان ميدهد سيستم طراحي شده، در مقايسه با سيستم معمول (يعني خريد برق از شبكه، بويلر آب گرم براي گرمايش، VCR تنها براي سرمايش، و خريد آب از شبكه)، آيا به صرفه است؟ نتايج نشان داد كه در حالت بهينه، اولا استفاده از سيستم پيشنهادي چهارگانه CCHPW، در مقايسه با سيستم معمول، با دوره بازگشت سرمايه 3.86 سال، به صرفه و قابل قبول است. دوم اينكه، تجهيزات انتخاب شده در حالت بهينه عبارتاند از: دو موتور گازسوز با توان 509 كيلووات، سيستمORC با توان 145.84 كيلووات و بازده گرمايي 28.34%، چيلر جذب سطحي با ظرفيت سرمايش 82.94%. همچنين حجم CTES 42.23 مترمكعب به دست آمد. توليد روزانه آب شيرين توسط سيستم RO 245.44 متر مكعب ميباشد. سيستم يكپارچه چهارگانه، در حالت بهينه، بازده اگزرژي 36.94%، و بازده انرژي 60.29%، و سود نسبي ساليانه 235960 دلار در سال را نشان داد. نكته مهم آنكه، هرچند نرخ هزينه نصب و نگهداري تجهيزات در سيستم يكپارچه، 8.183 برابر سيستم معمول است بااينحال، هزينه عملياتي و جريمه اثرات زيستمحيطي در آن، 59.64% سيستم معمول ميباشد. همچنين انتشار CO2 و NOx در سيستم معمول، 2.33 برابر سيستم پيشنهادي است. بهعلاوه، سيستم VCR-CTES به همراه چيلر جذب سطحي، به طور سالانه 25.34% مصرف برق و 26.78% هزينه آن را نسبت به VCR معمول كاهش ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/02
عنوان به انگليسي
techno-economic Modeling and optimization of an innovative integrated system for power, cooling, heating and water production
تاريخ بهره برداري
10/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پوريا كاكاوند
چكيده به لاتين
In this study, an innovative tetra-generation Integrated system of power, heating, cooling and fresh water (CCHPW), which has not been proposed and investigated so far, is modeled and optimized for a residential complex. This system uses a gas engine and an organic Rankine cycle (ORC) for electricity generation, and an adsorption chiller (with three adsorbent beds and two evaporators) for cooling, along with a vapor compression refrigeration cycle (VCR) with a cold thermal energy storage (CTES) with spherical capsules filled with water. A reverse osmosis (RO) desalination unit was used for freshwater generation, and the exhaust and cooling water of the gas engine were used for heating. Part of the exhaust heat from the gas engine is used in the ORC and the other part, along with the heat from the engine cooling water, is used for the adsorption chiller desorption bed and hot water production. The water entering the RO desalination unit is first preheated by the ORC condenser, which reduces the energy consumption of the high-pressure pump. In addition, a Pelton turbine also recovers the energy of the concentrated brine exiting the RO. Then, in the next step, the optimization of the proposed system was carried out in a two-objective manner (with the objective functions of exergy efficiency and annual relative benefit) and the optimal values of 9 design variables were reported. Annual relative benefit is a new and appropriate objective function that shows whether the designed system is cost-effective compared to the conventional system (i.e., purchasing electricity from the grid, hot water boiler for heating, VCR only for cooling, and purchasing water from the grid). The results showed that in the optimal case, first, using the proposed four-stage CCHPW system is cost-effective and acceptable compared to the conventional system, with a payback period of 3.86 years. Secondly, the equipment selected in the optimal mode is: two gas engines with a power of 509 kW, an ORC system with a power of 145/84 kW and a thermal efficiency of 28/34%, an adsorption chiller with a cooling capacity of 82/94 kW. Also, the volume of CTES was 42.23 m^3 . The daily production of fresh water by the RO system is 245.44 m^3. The integrated system, in the optimal mode, showed an exergy efficiency of 36.94%, and an energy efficiency of 60.29%, and an annual relative benefit of 2.3596×〖10〗^5 $⁄year. Importantly, although the cost of installing and maintaining equipment in the integrated system is 8.183 times that of the conventional system, the operating cost and environmental impact penalty in it are 59.64% of the conventional system. Also, the emission of 〖CO〗_2 and 〖NO〗_x in the conventional system is 2.33 times that of the proposed system. In addition, the VCR-CTES system with an adsorption chiller reduces electricity consumption by 25.34% and its cost by 26.78% annually compared to the conventional VCR.
كليدواژه هاي فارسي
سيستم يكپارچه , چيلر جذب سطحي , مخزن ذخيره سرمايش , نمكزدايي اسمز معكوس , بهينهسازي
كليدواژه هاي لاتين
Integrated system , adsorption chiller , cold thermal energy storage , reverse osmosis desalination , optimization
Author
pouria kakavand
SuperVisor
sepehr sanaye