31744

بهينه سازي چند هدفه و تحليل انرژي، اگزرژي، اگزرژي-اقتصادي، اگزرژي-زيست محيطي يك چرخهي هيبريدي بر پايهي آبشيرينكن حرارتي چنداثره

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/06/25

دكتر مهدي مقيمي- دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

ندارد

مكانيك

تقاضاي فزاينده براي راه‌ حل‌هاي انرژي پايدار، نياز به سيستم‌هاي نوآورانه‌اي دارد كه قادر به توليد برق، گرمايش، هيدروژن و آب شيرين باشند و به محدوديت‌هاي منابع طبيعي و تأثيرات سوخت‌هاي فسيلي پاسخ دهند. اين پژوهش يك سيستم توليد چندگانه را معرفي مي‌كند كه بر پايه آب‌شيرين كن تقطير چند‌اثره (MED) بوده و شامل يك توربين بخار، سيكل رانكين آلي دو‌سياله (Dual Fluid ORC)، الكتروليزر غشاي تبادل پروتون (PEME) و ژنراتور ترموالكتريك (TEG) است. تحليل پارامتري و حساسيت، شامل تحليل‌هاي انرژي، اگزرژي، اگزرواكونوميك و اگزرومحيط‌زيستي (تحليل‌هاي 4E) همراه با تحليل پايداري سيستم انجام شد. خروجي‌هاي سيستم پايه شامل نرخ توليد توان خالص، آب شيرين و هيدروژن به ترتيب برابر با 178/10 مگاوات، 67/18 كيلوگرم بر ثانيه و 727/1 كيلوگرم بر ساعت هستند. تحليل واحد MED نشان‌دهنده مساحت انتقال حرارت ويژه‌اي برابر با 89/105 مترمربع ثانيه بركيلوگرم و نسبت عملكرد (PR) معادل63/6 است. اين سيستم به بازده اگزرژي 30/50 درصد، بازده انرژي 58/42 درصد، نرخ هزينه سرمايه‌اي 87/112 دلار بر ساعت، شاخص تأثير اگزرومحيط‌زيستي 9734/0 و شاخص پايداري 012/2 دست مي‌يابد. اين سيستم بدون انتشار گاز كربن دي اكسيد عمل مي‌كند. بهينه‌سازي با استفاده از الگوريتم ژنتيك باعث كاهش نرخ هزينه سرمايه‌اي و افزايش بازده اگزرژي، توليد آب شيرين و هيدروژن شد. سيستم بهينه شده به بازده اگزرژي 74/46 درصد و نرخ هزينه سرمايه‌اي 57/92 دلار بر ساعت دست يافت. در سناريوي دوم، نرخ هزينه 33/93 دلار بر ساعت با توليد آب شيرين 54/27 كيلوگرم بر ثانيه بوده، در حالي كه در سناريوي سوم توليد هيدروژن 72/1 كيلوگرم بر ساعت و نرخ هزينه 32/91 دلار بر ساعت بوده است.

1403/09/20

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Mechanical Engineering, Energy Conversion

9/15/2025 12:00:00 AM

The growing demand for sustainable energy solutions necessitates innovative systems capable of producing electricity, heating, hydrogen, and fresh water, while addressing natural resource limitations and the impacts of fossil fuels. This research introduces a multi-generation system based on multi-effect distillation (MED) desalination, which includes a steam turbine, a dual-fluid organic Rankine cycle (ORC), a proton exchange membrane electrolyzer (PEME), and a thermoelectric generator (TEG). Parametric and sensitivity analyses, including energy, exergy, exergoeconomic, and exergoenvironmental analyses (4E analyses), along with system stability analysis, were conducted. The outputs of the base system include a net power generation rate of 10.178 MW, fresh water production of 18.67 kg/s, and hydrogen production of 1.727 kg/h. The analysis of the MED unit shows a specific heat transfer area of 105.89 m²·s/kg and a performance ratio (PR) of 6.63. This system achieves an exergy efficiency of 50.30%, an energy efficiency of 42.58%, a capital cost rate of $112.87/h, an exergoenvironmental impact index of 0.9734, and a sustainability index of 2.012. The system operates without emitting carbon dioxide. Optimization using a genetic algorithm resulted in a reduction of capital cost rate and an increase in exergy efficiency, fresh water, and hydrogen production. The optimized system achieved an exergy efficiency of 46.74% and a capital cost rate of $92.57/h. In the second scenario, the cost rate was $93.33/h with fresh water production of 27.54 kg/s, while in the third scenario, hydrogen production was 1.72 kg/h with a cost rate of $91.32/h.

سيستم توليد چندگانه , آب شيرين كن چند‌اثره (MED) , توليد آب شيرين , توليد هيدروژن , تحليل 4E، , بهينه‌سازي چند‌هدفه , تحليل پايداري

Multi-generation system , Multi Effect Desalination (MED) , Freshwater production , Hydrogen production , 4E analysis , Multi-objective optimization , Sustainability analysis

Milad Pirayesh

Mahdi Moghimi- Seyed Mostafa Hosseinalipour