تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی یک پیکربندی نوین مایع‌سازی هیدروژن بر مبنای انرژی زمین‌گرمایی دما پایین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

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

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی خوی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این مقاله یک سیستم نوین مایع­سازی هیدروژن بر پایه انرژی زمین گرمایی پیشنهاد می­شود که در آن ابتدا نیتروژن به مایع تبدیل شده و سپس برای کاهش دمای گاز هیدروژن، در چرخه مایع­سازی هیدروژن (کلاود) مورد استفاده قرار می­گیرد. این سیستم شامل چهار زیر سیستم از جمله چرخه رانکین آلی، چیلر جذبی آب و آمونیاک و دو چرخه کلاود جهت مایع­سازی نیتروژن و هیدروژن می­باشد. منبع انرژی ورودی به سیستم سیال زمین گرمایی با دمای 200 و دبی جرمی kg/s 100 در نظر گرفته شده است. سیستم­ پیشنهادی از نظر ترمودینامیکی و اقتصادی مورد تحلیل قرار می­گیرد. سپس با مطالعه پارامتری سیستم­ پیشنهادی، تاثیر فشار خروجی کمپرسور، دمای ورودی انرژی زمین گرمایی، دمای تبخیر کننده و دمای ژنراتور بر روی بازده اگزرژی، هزینه تولید هیدروژن مایع و نسبت مایع­سازی هیدروژن بررسی می­شود. همچنین افزایش فشار خروجی کمپرسور باعث افزایش توان مصرفی سیستم نیز می­شود. همچنین در دمای سیال زمین گرمایی  K4۳0  بازده اگزرژی سیستم ۶۹% محاسبه شده است. علاوه بر این نتایج حاصل از تحلیل اقتصادی نشان می­دهد که هزینه تولیدkg/s  629/6  هیدروژن مایع برابر $/kg ۳۹/۱ ($/GJ ۷۹/۷) می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Yilmaz F, Ozturk M, Selbas R. Thermodynamic performance assessment of ocean thermal energy conversion based hydrogen production and liquefaction process. International Journal of Hydrogen Energy;43:10626–36, 2018.
  • Seyam S, Dincer I, Agelin-Chaab M. Analysis of a clean hydrogen liquefaction plant integrated with a geothermal system. Journal of Cleaner Production;243, 2020.
  • Yilmaz C, Kanoglu M, Bolatturk A, Gadalla M. Economics of hydrogen production and liquefaction by geothermal energy. International Journal of Hydrogen Energy;37:2058–69, 2011.
  • Yuksel YE, Ozturk M, Dincer I. Analysis and performance assessment of a combined geothermal power-based hydrogen production and liquefaction system. International Journal of Hydrogen Energy;43:10268–80, 2018.
  • Asadnia M, Mehrpooya M. A novel hydrogen liquefaction process configuration with combined mixed refrigerant systems. International Journal of Hydrogen Energy;42:15564–85, 2017.
  • Ebrahimi A, Hossein M, Saharkhiz M, Ghorbani B. Thermodynamic investigation of a novel hydrogen liquefaction process using thermo-electrochemical water splitting cycle and solar collectors. Energy Conversion and Management;242:114318, 2021.
  • Cardella U, Decker L, Klein H. ScienceDirect Roadmap to economically viable hydrogen liquefaction. International Journal of Hydrogen Energy:1–10, 2017.
  • Yilmaz C, Koyuncu I, Alcin M, Tuna M. ScienceDirect Artificial Neural Networks based thermodynamic and economic analysis of a hydrogen production system assisted by geothermal energy on Field Programmable Gate Array. International Journal of Hydrogen Energy 2019.
  • Nouri M, Miansari M, Ghorbani B. Exergy and economic analyses of a novel hybrid structure for simultaneous production of liquid hydrogen and carbon dioxide using photovoltaic and electrolyzer systems. Journal of Cleaner Production:120862, 2020.
  • Ansarinasab H, Mehrpooya M, Sadeghzadeh M. An exergy-based investigation on hydrogen liquefaction plant- exergy, exergoeconomic, and exergoenvironmental analyses. Journal of Cleaner Production 2018.
  • Yuksel YE, Ozturk M, Dincer I. Energy and exergy analyses of an integrated system using waste material gasification for hydrogen production and liquefaction. Energy Conversion and Management;185:718–29, 2019.
  • Yilmaz C, Kaska O. Performance analysis and optimization of a hydrogen liquefaction system assisted by geothermal absorption precooling refrigeration cycle. International Journal of Hydrogen Energy;43:20203–13, 2018.
  • Yilmaz C. A case study: Exergoeconomic analysis and genetic algorithm optimization of performance of a hydrogen liquefaction cycle assisted by geothermal absorption precooling cycle. Renewable Energy;128:68–80, 2018.
  • Chang HM, Kim BH, Choi B. Hydrogen liquefaction process with Brayton refrigeration cycle to utilize the cold energy of LNG. Cryogenics;108, 2020.
  • Ebrahimi A, Ghorbani B, Ziabasharhagh M. Pinch and sensitivity analyses of hydrogen liquefaction process in a hybridized system of biomass gasification plant, and cryogenic air separation cycle. Journal of Cleaner Production;258, 2020.
  • Jouybari AK, Ilinca A, Ghorbani B, Rooholamini S. Thermodynamic and exergy evaluation of an innovative hydrogen liquefaction structure based on ejector-compression refrigeration unit, cascade multi-component refrigerant system, and Kalina power plant. International Journal of Hydrogen Energy 2022.
  • Faramarzi S, Nainiyan SMM, Mafi M, Ghasemiasl R. A novel hydrogen liquefaction process based on LNG cold energy and mixed refrigerant cycle. International Journal of Refrigeration;131:263–74, 2021.
  • Naquash A, Qyyum MA, Islam M, Sial NR, Min S, Lee S, Performance enhancement of hydrogen liquefaction process via absorption refrigeration and organic Rankine cycle-assisted liquid air energy system. Energy Conversion and Management;254:115200, 2022.
  • Taghavi M, Salarian H, Ghorbani B. Thermodynamic and exergy evaluation of a novel integrated hydrogen liquefaction structure using liquid air cold energy recovery, solid oxide fuel cell and photovoltaic panels. Journal of Cleaner Production;320, 2021.
  • Yuksel YE, Ozturk M, Dincer I. Energetic and exergetic assessments of a novel solar power tower based multigeneration system with hydrogen production and liquefaction. International Journal of Hydrogen Energy;44:13071–84, 2019.
  • Bian J, Yang J, Li Y, Chen Z, Liang F, Cao X. Thermodynamic and economic analysis of a novel hydrogen liquefaction process with LNG precooling and dual-pressure Brayton cycle. Energy Conversion and Management;250:114904, 2021.
  • Ghorbani B, Mehrpooya M, Aasadnia M, Niasar MS. Hydrogen liquefaction process using solar energy and organic Rankine cycle power system. Journal of Cleaner Production;235:1465–82, 2019.
  • Cao Y, Dhahad HA, Togun H, Aly AA, Felemban BF, El-Shafay AS, Application, comparative study, and multi-objective optimization of a hydrogen liquefaction system utilizing either ORC or an absorption power cycle. International Journal of Hydrogen Energy 2021.
  • Bejan A, Tsatsaronis G, Moran M. Thermal design and optimization.
  • Kanoglu M, Yilmaz C, Abusoglu A. Geothermal energy use in absorption precooling for Claude hydrogen liquefaction cycle. International Journal of Hydrogen Energy;41:11185–200, 2016.
  • Yilmaz C, Cetin TH, Ozturkmen B, Kanoglu M. Thermodynamic performance analysis of gas liquefaction cycles for cryogenic applications‏. dergipark.org.tr‏.
  • Zare, Performance improvement of biomass-fueled closed cycle gas turbine via compressor inlet cooling using absorption refrigeration; thermoeconomic analysis and multi-objective optimization, Energy Conversion and Management, 215: 112946, 2020.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 53، شماره 1 - شماره پیاپی 102
اردیبهشت 1402
صفحه 111-120

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار