بررسی ترمودینامیکی و اقتصادی یک سیستم تولید چندگانه جدید مبتنی بر ترنسفورمر گرمای جذبی دو اثره همراه با ذخیره سازی انرژی هوای فشرده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

10.22059/ses.2025.392283.1129

چکیده

این مطالعه یک سیستم تولید چندگانه را بررسی می‌کند که امکان تولید نیرو، ارائه ظرفیت خنک‌کننده و تولید هیدروژن فراهم می‌کند. این سیستم دارای یک واحد چرخه گازی، ترنسفورمر گرمای جذبی، یک الکترولیز غشای تبادل پروتون، یک سیستم ذخیره سازی انرژی هوا، و یک ژنراتور مبدل حرارتی هوا است. هدف از تحلیل انرژی در مطالعه موردی صورت گرفته روی سیستم پیشنهادی محاسبه پارامتر های اساسی همچون توان خروجی خالص، نرخ تولید هیدروژن و راندمان انرژی است. ارزیابی اگزرژی انجام شده در سیستم مورد مطالعه اهمیت زیادی در شناسایی تخریب اگزرژی در اجزای سیستم جهت بهبود عملکرد دارد. علاوه بر این، یک تحلیل پارامتریک برای درک چگونگی تاثیر شرایط عملیاتی متفاوت بر عملکرد سیستم انجام شد. جنبه نوآوری مطالعه حاضر بر این اساس است که اتلافات توربین گازی بازیابی شده و به صورت مستقیم برای تامین انرژی مصرفی الکترولایزر جهت تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج ارزیابی ترمودینامیکی نشان می دهد که بازده انرژی سیستم پیشنهادی 26 درصد است در حالی که راندمان اگزرژی 12درصد است. نتایج نشان می‌دهد که این سیستم قادر است هیدروژن را با نرخ 037/0 کیلوگرم در ساعت تولید کند که این میزان می‌تواند نیاز بخشی از مصرف کننده هدف را تامین کند. مجموع تخریب اگزرژی در سیستم مورد مطالعه 1479 کیلووات می باشد و توان خروجی 49/5 کیلو وات حاصل می شود. تجزیه و تحلیل اقتصادی هزینه کل سیستم 204/0 دلار به ازای هر گیگاژول را نشان می دهد. علاوه بر این، هزینه تراز تولید برق 379/4 و هزینه تولید هیدروژن 741/1 است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Thermodynamic and economic investigation of a new multiple generation system based on a double-effect absorption heat transformer combined with compressed air energy storage

نویسندگان [English]

  • ali eyvazi 1
  • Hadi Ghaebi 2
1 Phd student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabi, Iran
چکیده [English]

This study investigates a multi-generation system that allows for power generation, cooling capacity, and hydrogen production. The system consists of a gas cycle unit, an absorption heat transformer, a proton exchange membrane electrolysis, an air energy storage system, and an air heat exchanger generator. The energy analysis in the case study of the proposed system aims to calculate key parameters such as net output power, hydrogen production rate, and energy efficiency. The exergy evaluation performed in the studied system is of great importance in identifying exergy degradation in the system components to improve performance. In addition, a parametric analysis was performed to understand how different operating conditions affect the system performance. The innovative aspect of the present study is that the gas turbine losses are recovered and directly used to supply the energy consumption of the electrolyzer for hydrogen production. The results of the thermodynamic evaluation show that the energy efficiency of the proposed system is 26% while the exergy efficiency is 12%. The results show that this system is capable of producing hydrogen at a rate of 0.037 kg/h, which can meet the needs of a part of the target consumer. The total exergy destruction in the studied system is 1479 kW and the output power is 49.5 kW. The economic analysis shows the total cost of the system to be $0.204 per gigajoule. In addition, the break-even cost of electricity production is $4.379 and the cost of hydrogen production is $1.741.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multiple generation system
  • absorption heat transformer
  • heat recovery
  • compressed air energy storage