تحلیل اگزرژی چرخه‌ی جدید پیشنهادی برای تولید توان از چاههای زمین گرمایی سبلان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

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

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این مقاله یک چرخه ترکیبی جدید بر مبنای سیستم تبخیر آنی و سیستم باینری برای تولید توان از چاههای زمین گرمایی منطقه سبلان در ایران پیشنهاد شده است. چرخه جدید به گونه­ای طراحی شده است که قابلیت جذب انرژی گرمایی با در نظر گرفتن اختلاف فشار و دمای چاه های زمین گرمایی موجود در منطقه را داشته باشد. سه سیال آلی مناسب برای سیستم باینری در نظر گرفته شده و چرخه پیشنهادی با استفاده از داده های واقعی سیال خروجی از چاهها از دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک تحلیل شده است. نتایج نشان می­دهد برای دو مخزن تبخیر آنی مقادیر فشار بهینه وجود دارد به طوری که عملکرد چرخه به ازای آن مقادیر بهینه سازی می گردد (توان و بازده بیشینه می­شود). برای سیال R141b، به عنوان مناسب ترین سیال برای چرخه باینری، توان خالص تولیدی، راندمان انرژی و اگزرژی چرخه پیشنهادی به ترتیب برابر با 11/17 مگاوات، 35/14 % و 38/53 % به دست آمده است. نتایج تحلیل اگزرژی نشان می‌دهد که کندانسور قسمت باینری دارای بیشترین تخریب اگزرژی می باشد. با مقایسه عملکرد چرخه پیشنهادی با چرخه پیشنهاد شده در پژوهش‌های قبلی برای منابع زمین گرمایی سبلان، با در نظر گرفتن شرایط یکسان برای چاه ها، نتیجه شده است که توان خالص تولیدی چرخه پیشنهادی در این مقاله 3/26%، راندمان حرارتی 8/31% و راندمان اگزرژی 23%  بهبود یافته‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dipippo R., Geothrmal power plants, principles, applications, case studies and  environmental impacts, Second edition, Butterworth-Heinemann, 493, 2007.
[2] Vardimarsson P., Geothermal power plant cycles and main components, UNU-GTP, pp. 16-22, 2011.
[3] Jalilinasrabady S., Ryuichi I., Flash cycle optimization of Sabalan geothermal power plant employing exergy concept, Elsevier, Geothermics, 43, pp. 75-82, 2012.
[4] Yari M., Exergetic analysis of various types of geothermal power plants, Renewable energy, 35, pp. 112-121, 2010.
[5] Zare V., A comparative exergoeconomic analysis of different ORC configurations for binary geothermal power plants, Energy conversion and management, 105, pp. 127-138, 2015.
[6] Zhao Y., Wang J., Cao L., Wang Y., Comprehensive analysis and parametric optimization of a CCP (Combined cooling and power) system driven by geothermal source, Energy, 97, pp. 470-487, 2016.
[7] Shokati N., Ranjbar F., Yari M., Comparative and parametric study of double flash and single flash/ORC combined cycles based on exergoeconomic criteria, Applied thermal engineering, 91, pp. 479-495,2015.
[8] Yilmaz C., Kanoglu M., Abusoglu A., Exergetic cost evaluation of hydrogen production powered by combined flash-binary geothermal power plant, International journal of hydrogen energy, 40 ,pp. 14021-14030, 2015.
[9] Mokhtari H., Hadiannasab H., Mostafavi M., Ahmdibeni A., Determination of optimum geothermal Rankine parameters utilizing coaxial heat exchanger, Energy, 102, pp. 260-275, 2016.
[10] Raymond Sarr J., Mathieu-Potvin F., Improvement of Double-Flash geothermal power plant design: A comparison of six interstage heating processes, Geothermics, 54, pp. 82-95, 2015.
[11] Zarrouk S., Moon H., Efficiency of geothermal power plants: A worldwide review, Geothermics, 51, pp. 142-153, 2014.
[12] Peris B., Navarro-Esbri J., Moles F., Collado R., Peformance evaluation of an Organic Rankine Cycle (ORC) for power applications from low grade heat sources, Applied Thermal Engineering 75, pp. 763-769, 2015. 
[13] Lecompte S., Lemmens S., Thermoeconomic comparison of advanced organic rankine cycles, Energy procedia, 61, pp. 71-74, 2014.
[14] R. Dipippo, “Geothermal power plants: evolution and performance assessment”, Elsevier, Geothermics, 53, pp.  291-307, 2015.
[15] Min-Hsiung Y., Rong-Hua Y., Economic performances optimization of the transcritical rankine cycle systems in geothermal applications, Energy conversion and management, 95, pp. 20-31, 2015.
[16] Coskun A., Bolatturk A., Thermodynamic and economic analysis and optimization of power cycles for a medium temperature geothermal resource, Energy conversion and management, 78, pp. 39-49, 2014.
[17] Ameri M., Amanpoor S., Energy and exergy analysis and optimization of a double flash power plant for meshkin shahr region, World renewable energy congress, Sweden, 2011.
[18] Ghasemi H., M. Paci, Modeling and optimization of a binary geothermal power plant, Elsevier Energy, 50, pp. 412-428, 2013.
[19] Cengel Y., Boles M., Thermodynamics: An engineering approach,6th ed., New Yoark: McGraw-Hill, 2007.
[20] Yari M., Mehr A.S., Zare V., Mahmoudi S.M.S., Rosen M.A., Exergoeconomic comparison of TLC (trilateral Rankine cycle), ORC (organic Rankine cycle) and Kalina cycle using a low grade heat source, Energy, 83, pp. 712-722, 2015. 
[21] Zare V., A comparative thermodynamic analysis of two tri-generation systems utilizing low-grade geothermal energy, Energy Conversion and Management, 118, pp. 264-274, 2016.