تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید همزمان بر مبنای توربین گازی با سوخت بیوگاز برای تولید توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 محقق پسا دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناس ارشد، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی خوی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

امروزه یکی از فن‌آوری‌های مناسب از نظر تولید توان و صرفه‌جویی در مصرف انرژی با راندمان بالا، استفاده از سیستم‌های تولید همزمان است که از سوخت-های تجدید پذیر به عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شود. در این مطالعه سیستم تولید همزمان شامل توربین گازی مبتنی بر سوخت بیوگاز، چرخه رانکین آلی، آب‌گرم‌کن داخلی، واحد اسمز معکوس و الکترولایزر غشاء پروتونی می‌باشد. این سیستم تولید همزمان جدید از دیدگاه انرژی و اگزرژی تحلیل شده است، سپس یک مطالعه پارامتری برای نشان دادن تاثیر برخی پارامترهای کلیدی (از جمله نسبت فشار کمپرسور، فشار چگالنده، دمای تبخیرکن، دمای پیش‌گرمکن و دمای ورودی توربین گازی) روی پارامترهای عملکرد سیستم تولید همزمان مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتا این سیستم نسبت به بازده حرارتی بهینه‌سازی شده است. نتایج بهینه‌سازی نشان می‌دهد که بازده حرارتی دارای مقادیر بهینه نسبت به دمای تبخیرکن و نسبت فشار کمپرسور می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که مقادیر توان خالص تولیدی 1192 کیلووات، آب شیرین تولیدی 584/5 کیلوگرم بر ثانیه، بازده حرارتی %74/55، بازده اگزرژی %56/30، هیدروژن تولیدی 455/1 کیلوگرم بر ساعت و تخریب اگزرژی کل 2827 کیلووات می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] عبدالعلی پورعدل م.، خلیل آریا ش. و جعفرمدار ص.، استفاده از یک چرخه ترکیبی تبخیر آنی یک و سه مرحله ای با رانکین آلی برای تولید توان از چاههای زمین گرمایی سبلان. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، در حال انتشار.
[2] Zare V., A comparative exergoeconomic analysis of different ORC configurations for binary geothermal power plants. Energy conversion and management, Vol. 105, pp.127-38, 2015.
[3] Abdolalipouradl M., Khalilarya S., and Jafarmadar S., Exergoeconomic analysis of a novel integrated transcritical CO2 and Kalina 11 cycles from Sabalan geothermal power plant. Energy Conversion and Management, Vol.195, pp. 420-35, 2019.
[4] Komiyama M., T. Misonou, Takeuchi S., Umetsu K. and Takahashi J., Biogas as a reproducible energy source: Its steam reforming for electricity generation and for farm machine fuel. International Congress Series, Elsevier, pp. 234-7, 2006.
[5] Hosseini S.E. and Wahid M.A., Development of biogas combustion in combined heat and power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 40, pp. 868-75, 2014.
[6]  Hosseini S.E., Barzegaravval H., Wahid M.A., Ganjehkaviri A. and Sies M.M., Thermodynamic assessment of integrated biogas-based micro-power generation system. Energy conversion and management, Vol. 128, pp. 104-19, 2016.
[7]  Sung T., Kim S. and Kim K.C., Thermoeconomic analysis of a biogas-fueled micro-gas turbine with a bottoming organic Rankine cycle for a sewage sludge and food waste treatment plant in the Republic of Korea. Applied Thermal Engineering, Vol. 127, pp. 963-74, 2017.
 [8] Gholizadeh T., Vajdi M. and Mohammadkhani F., Thermodynamic and thermoeconomic analysis of basic and modified power generation systems fueled by biogas. Energy conversion and management, Vol. 181, pp. 463-75, 2019.
 [9] Barzegaravval H., Hosseini S.E., Wahid M.A. and Saat A., Effects of fuel composition on the economic performance of biogas-based power generation systems. Applied Thermal Engineering, Vol. 128, pp. 1543-54, 2018.
[10] Kang J.Y., Kang D.W., Kim T.S. and Hur K.B., Comparative economic analysis of gas turbine-based power generation and combined heat and power systems using biogas fuel. Energy, Vol. 67, pp. 309-18, 2014.
 [11]  Zareh A.D., Saray R.K., Mirmasoumi S. and Bahlouli K., Extensive thermodynamic and economic analysis of the cogeneration of heat and power system fueled by the blend of natural gas and biogas. Energy conversion and management , Vol. 164, pp. 329-43, 2018.
[12] Grigoriev S., Porembsky V., Fateev V., Pure hydrogen production by PEM electrolysis for hydrogen energy. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 31, pp. 171-75, 2006.
 [13] Lutz A.E., Bradshaw R.W., Bromberg L., Rabinovich A., Thermodynamic analysis of hydrogen production by partial oxidation reforming. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 29, pp. 809-16, 2004.
 [14] عبدالعلی پورعدل م.، خلیل آریا ش. و محمدخانی ف.، تحلیل ترمودینامیکی یک آرایش جدید تولید همزمان توان، برودت، هیدروژن و اکسیژن با استفاده از چاه‌های زمین گرمایی سبلان. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، در حال انتشار.
[15] Zare V., A comparative thermodynamic analysis of two tri-generation systems utilizing low-grade geothermal energy. Energy conversion and management, Vol. 118, pp. 264-74, 2016.
 [16] Abdolalipouradl M., Khalilarya S.  and Mohammadkhani F., Hydrogen Production Using Proposed Cycle from Sabalan Geothermal Wells via Proton Exchange Membrane Electrolysis. Modares Mechanical Engineering , Vol. 20, No. 2, pp. 267-278, 2019.
[17] Abdolalipouradl M., Khalilarya S. and Jafarmadar S., Energy and Exergy Analysis of a New Power, Heating, Oxygen and Hydrogen Cogeneration Cycle Based on the Sabalan Geothermal Wells. International Journal of Engineering, Vol. 32, No. 3, pp. 445-50, 2019.
 [18]  Ni M., Leung M.K. and Leung D.Y., Energy and exergy analysis of hydrogen production by a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer plant. Energy conversion and management, Vol. 49, No. 10, pp. 2748-56, 2008.
 [19] Nafey A., and Sharaf M., Combined solar organic Rankine cycle with reverse osmosis desalination process: energy, exergy, and cost evaluations. Renewable Energy, Vol. 35, No. 11, pp. 2571-80, 2010.
 [20] Abdolalipouradl M., Khalilarya S. and Jafarmadar S., Exergy analysis of a new proposal combined cycle from Sabalan geothermal source. Modares Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 11-22, 2018.
 [21] Bejan A., Tsatsaronis G. and M. Moran, Thermal design and optimization. John Wiley & Sons,1996.
[22]  عبدالعلی پورعدل م.، خلیل آریا ش. و جعفرمدار ص.، تحلیل ترمودینامیکی یک آرایش جدید ترکیبی با استفاده از چاه های زمین گرمایی سبلان و انرژی سرد گاز طبیعی مایع شده. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، د. 52، ش. 6، ص 21-30، 1399.
 [23] Klein  S. and Alvarado F., EES—Engineering Equation Solver. F-Chart Software, 2002.