تحلیل ترمودینامیکی و بهبود عملکرد چرخه‌ی تولید توان زمین‌گرمایی ترکیبی رانکین آلی و فلش با استفاده از سیال کاری زئوتروپیک در چرخه‌ی رانکین آلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

برای تحلیل و بهبود عملکرد یک چرخه تولید توان زمین‌گرمایی، بررسی ترمودینامیکی چرخه ترکیبی رانکین آلی و فلش با استفاده از سیال زئوتروپیک به عنوان سیال کاری چرخه رانکین آلی انجام شد. ترکیباتی از سه هیدروکربن (هگزان، سیکلوهگزان و ایزوهگزان) با دو مبرد (R236ea و R245fa) به عنوان سیال کاری چرخه رانکین آلی بررسی شد. تغییرات بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک، توان خالص خروجی و تخریب اگزرژی به عنوان تابعی از تغییر نسبت جرمی مبرد از 0 تا 1 گزارش شد. نتایج نشان می‌دهد بازده‌های قانون اول و دوم ترمودینامیک در یک نسبت جرمی خاص بیشینه می‌شوند. همچنین، توان خالص تولیدی چرخه رانکین آلی با تغییر نسبت جرمی یک مقدار بهینه نشان می‌دهد. علاوه بر این، تخریب اگزرژی در اواپراتور که منبع اصلی تخریب اگزرژی در چرخه رانکین آلی است، در محدوده مقادیر متوسط نسبت جرمی مبرد کمترین مقدار را داراست. طبق نتایج به‌دست آمده سیال کاری Cyclohexane/R236ea  با نسبت کسر جرمی 6/0 به 4/0 بهترین عملکرد را از دیدگاه انرژی و اگزرژی از خود نشان می‌دهد که منجر به تولید توان کل MW 31/7 در چرخه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] U.S. Energy Information Administration, International energy outlook 2011, Washington, DC; 2011.
[2] Lund J, Freeston D, Boyd T.World wide direct uses of geothermal energy 2005. In: Proceedings of world geothermal congress, Antalya, Turkey; April 24–29, pp. 1–202005.
[3] Shokati N, Ranjbar F, Yari M. Exergoeconomic analysis and optimization of basic, dual-pressure and dual-fluid ORCs and Kalina geothermal power plants: A comparative study. Renewable Energy.,30;83:pp. 527-42, 2015.
[4] Yari M. Exergetic analysis of various types of geothermal power plants. Renewable Energy. 31;35(1), pp.112-21,2010
[5] Venkatarathnam G., GirishMokashi, and Srinivasa MurthyS..Occurrence of pinch points in condensers and evaporators for zeotropic refrigerant mixtures, International Journal of Refrigeration 19.6,pp.361-368, 1996.
[6] Sadeghi M, Nemati A, Ghavimi A, Yari M. Thermodynamic analysis and multi-objective optimization of various ORC (organic Rankine cycle) configurations using zeotropic mixtures. Energy, accepted manuscript, 2016.
[7] RadulovicJovana, and Nadia I. Beleno Castaneda, On the potential of zeotropic mixtures in supercritical ORC powered by geothermal energy source, Energy Conversion and Management 88, pp. 365-371, 2014.
[8] Liu, Bo-Tau, Kuo-Hsiang Chien, and Chi-Chuan Wang, Effect of working fluids on organic Rankine cycle for waste heat recovery, Energy 29.8, pp. 1207-1217, 2004.
[9] Lecompte, Steven, et al. Exergy analysis of zeotropic mixtures as working fluids in Organic Rankine Cycles, Energy Conversion and Management 85,pp. 727-739, 2014.
[10] Kolahi M, Yari M, Mahmoudi SM, Mohammadkhani F. Thermodynamic and economic performance improvement of ORCs through using zeotropic mixtures: Case of waste heat recovery in an offshore platform. Case Studies in Thermal Engineering.pp. 30;8:51-70, 2016.
[11] Kang, Zhenhua, et al. Parametric optimization and performance analysis of zeotropic mixtures for an organic Rankine cycle driven by low-medium temperature geothermal fluids, Applied Thermal Engineering 89 pp323-331, 2015.
[12] Deethayat T, Asanakham A, Kiatsiriroat T. Performance analysis of low temperature organic Rankine cycle with zeotropic refrigerant by Figure of Merit (FOM). Energy.pp. 1;96:96-102, 2016.
[13] Geng D, Du Y, Yang R. Performance analysis of an organic Rankine cycle for a reverse osmosis desalination system using zeotropic mixtures. Desalination.Mar 1;381, pp. 38-46, 2016.
[14] Bao J, Zhao L. Experimental research on the influence of system parameters on the composition shift for zeotropic mixture (isobutane/pentane) in a system occurring phase change. Energy Conversion and Management. 1, pp. 113:1-5, 2016.
[15] Wu Y, Zhu Y, Yu L. Thermal and economic performance analysis of zeotropic mixtures for Organic Rankine Cycles. Applied Thermal Engineering. 5;96, pp. 57-63, 2016.
[16] Zhou Y, Zhang F, Yu L. Performance analysis of the partial evaporating organic Rankine cycle (PEORC) using zeotropic mixtures. Energy Conversion and Management. Dec 1;129: pp. 89-99, 2016.
[17] Yilmaz, Ceyhun, Mehmet Kanoglu, and AysegulAbusoglu. Exergetic cost evaluation of hydrogen production powered by combined flash-binary geothermal power plant, International Journal of Hydrogen Energy 40.40:pp 14021-14030, 2015.
[18] Shu GQ, Gao Y, Tian H, Wei HQ, Liang XY. Study of mixtures based on hydrocarbons used in ORC (Organic Rankine Cycle) for engine waste heat recovery. Energy;74: pp.428-38, 2014.