شماره ركورد
34309
پديد آورنده
بابك رضاپور دولق
عنوان
تحليل سيستم ذخيره همزمان هيدروژن و انرژي گرمايي در هيدريدهاي فلزي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/20
استاد راهنما
سمانه قندهاريون
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
يكي از چالشهاي اساسي امروزه ذخيره سازي انرژي توليد شده به صورت تجديدپذير و استفاده از اين انرژي در مواقع نياز به انرژي ميباشد. در بين روشهاي ذخيره سازي انرژي گرمايي، ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي داراي بيشترين چگالي انرژي ميباشد. از طرفي در ميان روشهاي ذخيره سازي هيدروژن، ذخيره سازي در هيدريدهاي فلزي نيز ايمنترين روش شناخته شده ميباشد. با مروري بر تحقيقات پيشين مشخص شد كه فرآيند مديريت حرارتي در مخازن هيدريد فلزي صورت نگرفته و از طرفي هر دو خاصيت هيدريدهاي فلزي (ذخيره گرما و هيدروژن) به صورت همزمان در يك سيستم توليد توان بررسي نشده است. در اين پاياننامه جهت ذخيره سازي انرژي گرمايي از آلياژ Mg2Ni و براي ذخيره سازي هيدروژن از آلياژ LaNi5 استفاده شده است. جهت شبيه سازي آلياژها از نرم افزار كامسول ورژن 2/6 استفاده شده است. در طول روز انرژي خورشيدي و هيدروژن توليدي ذخيره شده و در شب به واسطه مخازن هيدريد فلزي آزاد ميشوند. سيستم مورد مطالعه علاوه بر توان، گرمايش منطقهاي و هيدروژن براي ايستگاه سوخت گيري را در شب نيز فراهم ميكند. دادههاي خورشيدي شهر اصفهان (روز 15 هر ماه) جهت انجام تحليل انرژي، اگزرژي، اقتصادي و بهينه سازي مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج حاصل از تحليل انرژي براي مخزن هيدريد فلزي نشان داد كه با استفاده از ماده تغيير فاز دهنده با ضخامت 20 ميلي متر ميزان گرماي متغير توليدي در مخزن در بازه زماني 1000 تا 25000 ثانيه و محدوده دمايي 370 تا 320 كلوين مديريت ميشود. از طرفي نتايج حاصل از سيستم توليد توان يكپارچه نيز نشان داد كه بيشترين بازده انرژي به ترتيب مربوط به ماههاي دسامبر و ژانويه با مقدار 2/29 و 29 درصد و كمترين مربوط به ماه ژوئن با مقدار 07/16 درصد ميباشد. نتايج حاصل از تحليل اگزرژي نيز نشان داد كه بيشترين راندمان اگزرژي به ترتيب مربوط به ماههاي دسامبر و ژانويه با مقادير 67/24 و 6/24 درصد ميباشد. از طرفي بيشترين نرخ تخريب اگزرژي مربوط به صفحه متمركز كننده خطي با مقدار kW 7/3261 در ماه آگوست اتفاق ميافتد. با انجام تحليل اقتصادي، مشاهده شد كه هزينه همسطح شده براي انرژي برابر با Cent/kWh 75/52 ميباشد. نتايج حاصل از بهينه سازي نشان داد كه براي چرخه مورد مطالعه ميتوان LCOE را از 75/52 به 4/52 سنت بر كيلووات ساعت كاهش داد. از طرفي بازده انرژي نيز از 29 درصد به 52/31 درصد بهبود يافت.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/09
عنوان به انگليسي
Analysis of simultaneous hydrogen and thermal energy storage system using metal hydrides
تاريخ بهره برداري
10/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
بابك رضاپوردولق
چكيده به لاتين
One of the major challenges today is the storage of renewable energy and its utilization during periods of energy demand. Among the thermal energy storage methods, metal hydrides offer the highest energy density. Furthermore, in the context of hydrogen storage, metal hydrides are also recognized as the safest option. A review of previous studies reveals that thermal management processes in metal hydride tanks have not been adequately addressed, and simultaneously exploiting both properties of metal hydrides (heat and hydrogen storage) within a single power generation system has not been investigated. In this thesis, Mg2Ni alloy is employed for thermal energy storage, while LaNi5 alloy is used for hydrogen storage. The simulations of the alloys were conducted using COMSOL software (version 6.2). During the daytime, solar energy and the generated hydrogen are stored, and at night, they are released through metal hydride tanks. The proposed system provides not only electricity generation but also district heating and hydrogen for refueling stations during nighttime operation. Solar radiation data for the city of Isfahan (on the 15th day of each month) were used to perform energy, exergy, economic, and optimization analyses. The energy analysis results for the metal hydride tank showed that, with the use of a phase change material layer of 20 mm thickness, the variable heat generation within the tank can be effectively managed over the time range of 1000–25,000 s and the temperature range of 320–370 K. On the other hand, the results of the integrated power generation system indicated that the highest energy efficiency occurred in December and January, with values of 29.2% and 29%, respectively, while the lowest efficiency was observed in June at 16.07%. The exergy analysis results revealed that the maximum exergy efficiency also corresponded to December and January, with values of 24.67% and 24.6%, respectively. The highest exergy destruction rate was found in the parabolic trough collector, with 3261.7 kW occurring in August. The economic analysis demonstrated that the levelized cost of energy (LCOE) was 52.75 cent/kWh. Furthermore, optimization results showed that the LCOE could be reduced from 52.75 to 52.4 cent/kWh, while the energy efficiency could be improved from 29% to 31.52%.
كليدواژه هاي فارسي
ذخيره هيدروژن , هيدريد فلزي , ماده تغيير فاز دهنده , ذخيره انرژي گرمايي , سيستم توليد چندگانه
كليدواژه هاي لاتين
Hydrogen storage , Metal hydride , Phase change material , Thermal energy storage , Multi-generation system
Author
babak rezapour dolagh
SuperVisor
Samane Ghandehariun