شماره ركورد
33966
پديد آورنده
حسن بهرامي راد
عنوان
مدل سازي و تحليل ترمو-اقتصادي سيستم چندمنظوره با تأكيد بر توليد سوخت متان
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/7/15
استاد راهنما
محمدحسن شجاعي فرد
استاد مشاور
محمد حسن شجاعي فرد
دانشكده
مكانيك
چكيده
در اين مطالعه يك سيستم توليد چندگانه يكپارچه مبتني بر انرژي خورشيدي به عنوان محرك اوليه و با تأكيد بر توليد سوخت متان مورد بررسي قرار گرفته است. سيستم حاضر از زير سيستم¬هاي سيكل توربين گاز، سيكل توليد قدرت كالينا، مولد ترموالكتريك، الكترولايزر غشاء تبادل پروتوني، سيستم نمك زدايي اسمز معكوس و سيكل تبريد جذبي آب-آكونيك تشكيل شده است. با توجه به اينكه سيكل توربين گاز يك سيستم توليد توان است ولي ميزان قابل توجهي از حرارت اتلافي را دارد استفاده از سيكل كالينا و تبريد جذبي به عنوان زير سيستم¬هايي كه مستقيما از حرارت اتلافي سيكل توربين گاز استفاده مي-كنند مورد بررسي قرار گرفته است. علاوه بر اين، به منظور راه اندازي سيستم نمك زدايي اسمز معكوس از نصف توان توليد شده¬ي سيكل كالينا و مولد ترموالكتريك كه جايگزين كندانسور سيكل كالينا شده استفاده مي¬شود. ارزيابي سيستم حاضر بر اساس ديدگاه¬هاي انرژي، اگزرژي، اقتصادي مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي عملكرد سيستم در شرايط پايه انجام شده و ميزان نرخ هزينه¬ي هر جزء نشان داده شده است. به منظور فهم بهتر از نحوه¬ي عملكرد سيستم تاثير تعدادي از پارامتر¬هاي ورودي بر روي خروجي¬هاي سيكل ارزيابي شده است. همچنين براي شناخت ورودي¬هايي كه بيشترين تاثير را بر اصلي ترين خروجي¬هاي سيستم نشان مي¬دهند آناليز حساسيت انجام شده است. از طرفي به منظور شناخت بهينه ترين شرايط عملكردي سيستم سه حالت متفاوت بهينه سازي مورد ارزيابي قرار گرفته است. همچنين به منظور كاهش زمان بهينه سازي از يك روش نوين بر مبناي علم داده و يادگيري ماشين استفاده شده است. در مساله¬ي بهنيه سازي اول با در نظر گرفتن بازده اگزرژي و نرخ هزينه به عنوان توابع هدف سيستم ميزان بهينه¬ي خروجي¬هاي مذكور به ترتيب 433/13 % و 21/125 دلار بر ساعت بدست مي¬آيند. با در نظر گرفتن ميزان آب شيرين توليدي و نرخ هزينه به عنوان توابع هدف ميزان مقادير فوق در نقطه¬ي بهينه به ترتيب 79/2 كيلوگرم بر ثانيه و 44/124 دلار بر ساعت بدست مي¬آيد. علاوه بر اين در مساله¬ي بهينه سازي سوم كه در آن ظرفيت متان توليدي و نرخ هزينه به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده¬اند مقادير بهينه¬ي آنها به ترتيب 9958/1 كيلوگرم بر ساعت و 72/124 دلار بر ساعت بدست مي¬آيد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/15
عنوان به انگليسي
Modeling and thermo-economic analysis of multipurpose system with emphasis on methane fuel production
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسن بهرامي راد
چكيده به لاتين
The pressing global energy challenge, characterized by the urgent need to curtail CO2 emissions, demands innovative solutions. Two primary technological avenues have emerged: expanding renewable energy sources and implementing carbon capture and storage systems. While the former faces challenges in maintaining a steady energy supply, the latter is constrained by high separation costs. This study introduces a novel integrated system that addresses both issues by combining thermal energy storage using phase change materials and power-to-gas conversion via the Sabatier reaction. Furthermore, this system seeks to provide a multi-purpose solution, meeting additional needs such as freshwater production, power supply, and cooling load. With this integrated approach, the present study endeavors to contribute to a sustainable and resilient energy future. The proposed integrated system comprises five subsystems: a gas turbine cycle consisting of a heliostat field as the energy input and a tank containing phase change material as the thermal energy storage system, a Kalina cycle, an absorption refrigeration cycle, a reverse osmosis desalination cycle, and a methane production unit. A portion of the generated power is fed into the grid, while the remainder is utilized in the reverse osmosis cycle for freshwater production. A comprehensive analysis, encompassing energy, exergy, and economic perspectives, has been conducted to evaluate the system. Results indicate that the proposed system produces a net power output of 4.4434 kW. Furthermore, a multi-objective optimization technique, combining a genetic algorithm with an artificial neural network, was employed to determine the optimal values for methane production capacity, exergetic efficiency, total cost rate, and freshwater production rate. Results demonstrate that the designed system, with a total cost rate of $144.69/h, methane production capacity of 1.8472 kg/h, freshwater production rate of 404.68 m³/h, and overall exergetic efficiency of 15.852%, represents the most cost-effective solution. Under these conditions, the carbon dioxide emission rate is 4.41 kg/h.
كليدواژه هاي فارسي
سيستمهاي توليد چندگانه , هليوستات , توليد متان , يادگيري ماشين , بهينهسازي
كليدواژه هاي لاتين
Multi-generation system , heliostat , methane production , machine learning , optimization
Author
Hassan bahrami rad
SuperVisor
Mohammad hassan shojaie fard