مدلسازی ترمودینامیکی و ارزیابی عملکرد چرخه تولید همزمان سه ‏گانه با استفاده از منابع انرژی زمین گرمایی و گاز طبیعی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجو، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

چکیده

امروزه چرخه‏ های تولید همزمان به دلیل بازدهی بیشتر و آلودگی کمتر، مورد توجه قرار گرفته‏اند. در همین راستا یک چرخه تولید همزمان سه‏گانه‏ی جدید ارائه شده است. چرخه پیشنهادی از چرخه ‏‏های توربین گاز، رانکین آلی، تبرید جذبی تک اثره، دو اثره موازی و مولد بخار تشکیل شده است که چرخه رانکین آلی از انرژی زمین گرمایی و چرخه تبرید جذبی تک اثره از اتلافات آن تغذیه می‏کند. همچنین چرخه توربین‌ گاز با سوخت گاز طبیعی کار می‏کند که اتلافات آن، منبع تغذیه‌ی مولد بخار و تبرید جذبی دو اثره موازی می‌باشد. هدف از ارائه چنین چرخه‌ای، کاهش وابستگی به گاز طبیعی بهمراه افزایش یا ثابت ماندن قدرت خالص تولیدی چرخه است. برای مدلسازی، کدی در نرم افزار EES توسعه و صحه‌گذاری شده است. در چرخه فوق 8/32 مگاوات قدرت، 6/4 مگاوات توان سرمایشی و 1/37 مگاوات توان گرمایشی تولید و ضریب بهره‏برداری انرژی، 5/60 % می‏باشد. بعلاوه، مصرف سوخت چرخه توربین گاز با حفظ قدرت، 20/1% کاهش داشته است. همچنین مطالعات پارامتری نشان می‌دهد که دمای ورودی توربین گازی بیشترین تأثیر را بر روی ضریب بهره‏برداری انرژی می‏گذارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Wang J., Yan Z., Zhou E., Dai Y., Parametric analysis and optimization of a kalian cycle driven by solar energy. Applied Thermal Engineering, Vol. 50, pp. 408-415, 2013.
[2]  Cansino J. M., del M., Pablo-Romero R., Roman R., Yniguez R. , Promoting renewable energy sources for heating and cooling in EU-27 countries. Energy Policy, Vol. 39, pp. 3803-3812, 2011.
[3]  Zhu J., Hu K., Lu X., Huang X., Liu K., Wu X., A review of geothermal energy resources, development, and applications in China: Current status and prospects. Energy, Vol.93, pp. 466-483, 2015.
[4] Ellabban O., Rub, H., Blaabjerg, F., Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 39, pp. 748-764, 2014.
[5]  Kheiri R., Ghaebi H., Ebadollahi M., Thermodynamic modeling and performance analysis of four new integrated organic Rankine cycles (A comparative study). Applied Thermal Engineering, Vol.122, pp.103-117, 2017.
]۶[ رنجبر س.، نعمتی آ. و کلاهی م.، ﺗﺤﻠﯿﻞ ﺗﺮﻣﻮدﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ و ﺑﻬﺒﻮد ﻋﻤﻠﮑﺮد ﭼﺮﺧﻪی ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺗﻮان زﻣﯿﻦﮔﺮﻣﺎﯾﯽ ﺗﺮﮐﯿﺒﯽ راﻧﮑﯿﻦ آﻟﯽ و ﻓﻠﺶ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺳﯿﺎل ﮐﺎری زﺋﻮﺗﺮوﭘﯿﮏ در ﭼﺮﺧﻪی راﻧﮑﯿﻦ آﻟﯽ. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 48، ش. 2، ص 131-138، 1397.
[7]  Rayegan R., Tao Y.X.,A procedure to select working fluids for Solar Organic Rankine Cycles (ORCs). Renewable Energy, Vol.36, pp.659-670, 2011.
[8]  Zheng N., Zhao L., Wang X.D., Tan Y.T., Experimental verification of a rolling-piston expander that applied for low-temperature Organic Rankine Cycle. Applied Energy, Vol.112, pp.1265-1274, 2013.
[9]  Mago P.J., Chamra L.M., Srinivasan K., Somayaj C., An examination of regenerative organic Rankine cycles using dry fluids. Applied thermal engineering, Vol.28 pp. 998-1007, 2008.
[10]         Yari M., Performance analysis of the different organic Rankine cycles (ORCs) using dry fluids. International Journal of Exergy, Vol. 6, pp. 323-342, 2009.
[11]         Wang J., Yan Z., Wang M., Li M., Dai Y., Multi-objective optimization of an organic Rankine cycle (ORC) for low grade waste heat recovery using evolutionary algorithm. Energy Conversion and Management, Vol. 71, pp.146-158, 2013.
[12]         Coskun A., Bolatturk A., Kanoglu M., Thermodynamic and economic analysis and optimization of power cycles for a medium temperature geothermal resource. Energy Conversion and Management,Vol.78, pp. 39-49, 2014.
[13] Zare V., A comparative exergoeconomic analysis of ORC configurations for binary geothermal power plants. Energy Conversion and management, Vol. 105, pp. 127-138, 2015.
]14[ وزارت نیرو، راهنمای جامع تولید همزمان برق و حرارت. دفتر بهبود بهره‌وری و اقتصاد برق و انرژی، 1388.
]15[ علوی س.، گوشکی ف.، شکیب س.، غفوریان م.، تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژتیکی ترکیبهای مختلف چرخه توربین گازی و آب شیرین کن تبخیری چند مرحله ای. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 48، ش. 4، ص 29-37، 1397.
[16] Zare V., A comparative thermodynamic analysis of tri-generation systems utilizing low-grade geothermal energy. Energy Conversion and Management, Vol.118, pp.264-274, 2016.
[17]         Kalogirou S., Recent patents in absorption cooling systems. Recent Patents on Mechanical Engineering, Vol.1, pp. 58-64, 2008.
]18[ غازانی م.و ثقفیان م.، تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم‌های تبرید جذبی لیتیم بروماید-آب. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ج. 50، ش. 2، ص 1-7، 1399.
[19]         Gomri R., Second law comparison of single effect and double effect vapor absorption refrigeration systems. Energy Conversion and management, Vol. 50, pp. 1279-1287, 2009.
[20] Garousi Farshi L., Seyed Mahmoudi S. M., Rosen M. A., Yari M., A comparative study of the performance characteristics of double-effect absorption refrigeration systems. International Journal of Energy Research, Vol. 36, pp. 182–192, 2012.
[21] Abbasi M., Chahartaghi M., Hashemian S., Energy, exergy, and economic evaluations of a CCHP system by using the internal combustion engines and gas turbine as prime mover. Energy Conversion and Management, Vol. 173, pp. 359-374, 2018.
[22] Chen X., Zhou H., Yu Z., Li W., Tang J., Xu C., Ding Y., Wan Z., Thermodynamic and economic assessment of a PEMFC-based micro-CCHP system integrated with geothermal-assisted methanol reforming. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 45, pp. 958-971, 2020.
[23] Munoz Escalona J., Sanchez D., Chacartegui R., Sanchez T., Part-load analysis of gas turbine & ORC combined cycles. Applied Thermal Engineering, Vol. 36, pp.63-72, 2012.
[24] Khaliq A., Kaushik S., Second-law based thermodynamic analysis of Brayton/Rankine combined power cycle with reheat. Applied Energy, Vol. 78, pp. 179-197, 2004.
[25] Ahmadi P., Rosen M. A., Dincer I., Multi objective exergy-based optimization of a polygeneration energy system using an evolutionary algorithm. Energy, Vol. 46 pp.21-31, 2012.
[26] Khaljani M., Khoshbakhti R., Bahlouli K., Comprehensive analysis of energy, exergy and exergo-economic of cogeneration of heat and power in a combined gas turbine and organic Rankine cycle. Energy Conversion and Management, Vol. 97, pp. 154-165, 2015.
[27] Ahmadi M., Mehrpooya M., Pourfayaz F., Thermodynamic and exergy analysis and optimization of a transcritical CO2 power cycle driven by geothermal energy with liquefied natural gas as its heat sink. Applied Thermal Engineering, Vol. 109, pp. 640-652, 2016.
[28] Kang L., Yang J., Deng S., An Q., Zhao J., Wang H., Wang D., Energy, economical, environmental evaluation of a CCHPGSHP system based on carbon tax and electric feed in tariff. Energy Procedia, Vol. 88, pp. 510-517, 2016.
[29] Zhang X., Liu X., Sun X., Jiang C., Li H., Song Q., Zeng J., Zhang G., Thermodynamic and economic assessment of a novel CCHP integrated system taking biomass, natural gas and geothermal energy as co-feeds. Energy Conversion and Management, Vol. 172, pp. 105-118, 2018.
[30] Pashapour M., Jafarmadar S., Khalilarya S., Exergy Analysis of a Novel Combined System Consisting of a Gas Turbine, an Organic Rankine Cycle and an Absorption Chiller to Produce Power, Heat and Cold. International Journal of Engineering, Vol. 32, pp. 1320-1326, 2019
[31] Kanoglu M., Bolatturk A., Performance and parametric investigation of a binary geothermal power plant by exergy. Renewable Energy, Vol. 33, pp. 2366–2374, 2008.
[32] New geothermal site identification and qualification, California Energy Commission, pp.230-240, Arnold Schwarzenegger, Governor, 2004.  
[33] Ahmadi P., Dincer I., Rosen M.A., Exergy, exergoeconomic and environmental analysis and evolutionary algorithm based multi- objective optimization of combined cycle power plants. Energy, Vol.36, pp. 5886-5898, 2011.
[34]         Bejan A., Moran MJ., Thermal design and optimization, pp.39-113, New York: John Wiley & Sons. 1996.
[35]         Anvari S., Khoshbakhti R., Bahlouli K., Conventional and advanced exergetic and exergoeconomic analyses applied to a tri-generation cyle for heat, cold and power production. Energy, Vol. 91, pp.925-939, 2015.
[36]         Yari M., Mahmoudi S., A thermodynamic study of waste heat recovery from GT-MHR using organic Rankine cycles. Heat and Mass Transfer, vol. 47, pp. 181-196, 2011.
[37] Mago P.J., Luck R., Energetic and exergetic analysis of waste heat recovery from a microturbine using organic Rankine cycles. International Journal of Energy Research, Vol.37, pp. 888-898, 2013.
[38] Arora A., Kaushik S. C., Theoretical analysis of LiBr/H2O absorption refrigeration systems. International Journal of Energy Research,Vol. 33, pp. 1321-1340, 2009.
[39] Gebreslassie B.H., Medrano M., Boer D., Exergy analysis of multi-effect water/Li-Br absorption system: from half to triple effect. Renewable Energy, Vol. 35, pp.1773-1782, 2010.
[40] Garousi Farshi L., Mahmoudi S.M.S., Rosen M.A., Yari M.,  Amidpour M., Exergoeconomic analysis of double effect absorption refrigeration systems. Energy Conversion and Management, Vol. 65, pp.13-25, 2013.
[41] Klein S. A., Alvarado F., Engineering equation solver, version 7.441, F-chart software, Middletone, 2005
[42] Wylen V., John G., Fundamentals of Thermodynamics, John Wiley & Sons, New York, 2010.