30473

بهينه‌سازي چندهدفه فني اقتصادي مبتني بر هوش مصنوعي سيستم‌هاي هيبريد ذخيره‌ساز انرژي حرارتي و هواي فشرده در نيروگاه‌هاي تجديدپذير

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1402/10/19

مهدي مقيمي

مكانيك

در مطالعه حاضر، بهينه‌سازي فني اقتصادي مبتني بر هوش مصنوعي يك دستگاه ذخيره‌ساز انرژي هواي فشرده تركيب شده با يك واحد ذخيره‌ساز انرژي حرارتي در يك نيروگاه انرژي تجديدپذير براي توليد برق ارزان و مداوم، آب شيرين و سوخت هيدروژن پيشنهاد شده است. دستگاه ذخيره‌ساز هواي فشرده ابداع شده، از طريق يك گذرگاه ، قصد دارد بخشي از هواي فشرده را در مخزن هواي فشرده ذخيره كند تا در زمان نياز (دشارژ ) براي توليد برق ارزان‌قيمت در اوج مصرف استفاده كند و باقي‌مانده آن براي توليد برق، آب شيرين و سوخت هيدروژن در طول زمان شارژ استفاده شود. برق استفاده شده در كمپرسورها و الكتروليز غشاي تبادل پروتون از خود توربين در نظر گرفته شده در چرخه فراهم مي‌شود. حرارت لازمه بخار بويلر چرخه شيرين سازي چند اثره توسط هواي خروجي توربين تركيب شده با هواي گذرا از مبدل‌هاي حرارتي واحد ذخيره انرژي هواي فشرده تامين مي‌شود. منبع انرژي تجديدپذير اين سيكل، انرژي خورشيدي مي¬باشد كه انرژي آن توسط يك واحد ذخيره‌ساز انرژي حرارتي ذخيره ميشود. اين واحد ذخيره انرژي حرارتي يا از نوع محسوس يا نهان ميباشد كه انتخاب هر يك نوع از اين واحدها توسط يك الگوريتم بهينه‌سازي ساختاري تركيب شده با هوش مصنوعي ميباشد. اين الگوريتم بهينه‌ساز بنا بر شرايط آب‌وهوايي و محيطي هر شهر يكي از اين واحدهاي ذخيره‌ساز انرژي حرارتي را براي سيكل موردنظر در شهر موردنظر انتخاب ميكند. در اين مطالعه چهار شهر بندرعباس، ماهشهر، چابهار و پسا بندر مورد بررسي قرار خواهند گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه براي شهر بندرعباس در يك حالت بهينه، دستگاه ذخيره انرژي حرارتي نهان بهترين گزينه بوده و نرخ هزينه كلي دستگاه، نرخ سالانه توليد هيدروژن و بازده اگزرژي رفت و برگشتي به ترتيب 233.79 دلار در ساعت، 166.34 كيلوگرم در سال و 47.35 درصد ميباشد.

1402/11/15

Artificial intelligence-based technical and economic multi-objective optimization of thermal energy and compressed air storage hybrid systems in renewable power plants

1/1/1900 12:00:00 AM

In the current study, a techno-economic optimization of a hybrid thermal energy storage and compressed air energy storage system in a renewable energy-based plant has been conducted to produce inexpensive and continuous electricity, as well as fresh water and hydrogen. The proposed novel compressed air energy storage system, via a bypass, aims to store a portion of the compressed air in the storage tank to use later to produce low-priced electricity during peak demand. The rest of the compressed air is used to generate electricity even during the charging time to run the downward cycles and produce fresh water and hydrogen. Moreover, fresh water is produced by a multi-effect desalination unit, and hydrogen is produced using a proton exchange membrane electrolyzer. The renewable source of this system is solar energy, which is stored in a thermal storage unit. This unit stores thermal energy, either in the form of sensible or latent heat, and the selection of the type of these units is made through a structural optimization algorithm combined with artificial intelligence. This optimization algorithm selects one of these thermal energy storage units for the desired cycle in a specific city based on its climatic and environmental conditions. In this study, four cities in Iran, Bandar Abbas, Mahshahr, Chabahar, and Pasabandar, will be examined. The results show that for the city of Bandar Abbas, in an optimal scenario, the sensible thermal energy storage system has been the best option, and the system’s total cost rate, yearly hydrogen production rate, and the exergy round-trip efficiency are 223.79 ($/h), 116.34 (kg/h), and 47.35%, respectively.

Ali Ranjbar Hasan Barogh

Mahdi Moghimi