شماره ركورد
34436
پديد آورنده
اميرعلي شيرزاد
عنوان
مدلسازي اقتصادي، زيست محيطي و بهينه سازي سيستم هاي توليدچندگانه مبتني بر انرژي هاي تجديدپذير
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/07/22
استاد راهنما
آيت قره قاني
استاد مشاور
بدون استاد مشاور
دانشكده
مكانيك
چكيده
افزايش تقاضاي جهاني براي انرژي و آب شيرين، همراه با پيامدهاي زيستمحيطي ناشي از مصرف سوختهاي فسيلي، ضرورت توسعه سيستمهاي پايدار و بدون آلاينده را برجسته ميسازد. اتكاي سنتي به سوختهاي فسيلي موجب تشديد تغييرات اقليمي و آلودگي هوا شده و نياز به رويكردهاي نوآورانه توليدچندگانه را كه در عين كاهش آلايندگي، بهرهوري را نيز افزايش دهند، آشكار كرده است. در اين پژوهش، يك سيستم توليدچندگانه مبتني بر زيستتوده ارائه شده است كه با ادغام گازيسازي زيستتوده، سيكل نوآورانه اس-گرز ، الكترولايزرهاي غشاي پروتوني و واحد سنتز آمونياك، بهطور همزمان توان، هيدروژن، آمونياك و آب شيرين را در يك پيكربندي بدون انتشار كربن توليد ميكند. سيكل اس-گرز با جداسازي كامل دياكسيدكربن و دستيابي به راندمان بالا در دماهاي زياد، نقش محوري در اين سيستم دارد. يك تحليل جامع شامل تحليلهاي انرژي، اگزرژي، اقتصادي و زيستمحيطي بهكار گرفته شد و با مدل شبكه عصبي مصنوعي تركيبشده با الگوريتم NSGA-II براي بهينهسازي پشتيباني گرديد. نتايج نشان داده است كه سيستم، قادر به توليد توان4 /311 كيلووات، 7/157 كيلوگرم بر ساعت هيدروژن، 9/446 كيلوگرم بر ساعت آمونياك و 3/40 كيلوگرم برثانيه آب شيرين ميباشد و راندمان اگزرژي كلي به 8/31 درصد رسيده است. تحليلهاي اگزرژي و اقتصادي نشان داده است كه بيشترين اتلاف در سيكل اس-گرز و واحدهاي الكترولايزر رخ داده و در حالت بهينه، هزينه كل سيستم طراحيشده 8/206 دلار بر ساعت ميباشد. همچنين، تحليل زيست محيطي سيستم نشان داده است كه سيستم شبيه سازي شده از انتشار 9/558 كيلوگرم دياكسيدكربن در هر ساعت جلوگيري كرده است. نتايج بهينهسازي نيز نشان داده است كه ميان راندمان، توليد آمونياك و كاهش هزينه تعادل مطلوبي برقرار است كه قابليت سيستم پيشنهادي را بهعنوان يك راهكار پايدار و كربنخنثي به منظور تأمين انرژي آينده تأييد ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/05
عنوان به انگليسي
Economic, environmental modeling and optimization of multi-generation systems on energy-consuming energy sources
تاريخ بهره برداري
10/14/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرعلي شيرزاد
چكيده به لاتين
The increasing global demand for energy and freshwater, coupled with the environmental consequences of fossil fuel consumption, highlights the urgency of developing sustainable and zero emission systems. Conventional reliance on fossil fuels has accelerated climate change and air pollution, underscoring the need for innovative multigeneration approaches that minimize emissions while maximizing efficiency. This study proposes a biomass based multigeneration system integrating biomass gasification, the innovative S-Graz oxy fuel cycle, proton exchange membrane electrolyzers, and an ammonia synthesis unit to simultaneously produce electricity, hydrogen, ammonia, and freshwater in a carbon neutral configuration. The S-Graz cycle ensures complete CO2 separation and high efficiency at elevated temperatures, while the inclusion of ammonia synthesis enhances system value, positioning ammonia as both a strategic energy carrier and an essential industrial product. A comprehensive 4E framework including energy, exergy, economic, and environmental analyses was applied, supported by artificial neural networks combined with the NSGA-II algorithm for optimization. The system delivered 311.4 kW electricity, 157.7 kg/h hydrogen, 446.9 kg/h ammonia, and 40.3 kg/s freshwater, with an overall exergy efficiency of 31.8 %. Exergy analysis identified the S-Graz cycle and electrolyzers as major loss contributors, while the total cost was reduced to 206.8 dollars per hour. Integrated carbon capture prevented 558.9 kgCO2/h. Optimization further revealed a favorable balance among efficiency, ammonia production, and cost reduction, confirming the system’s potential as a reliable carbon neutral solution for future sustainable energy supply.
كليدواژه هاي فارسي
گازي سازي زيست توده , سيكل اس-گرز , توليد آمونياك , بهينه سازي چندهدفه
كليدواژه هاي لاتين
Biomass gasification , S-graz cycle , Ammonia production , Multi-objective optimization
Author
Amirali shirzad
SuperVisor
Ayat Gharehghani