تحليل يك سامانه توليد همزمان توان و آب‌شيرين در كشتي با استفاده از تكنولوژي‌هايSCO2 و MSF-RO از منظر انرژي، اگزرژي و اگزرژواقتصادي

Analysis of a cogeneration of power and fresh water system onboard using SCO2 and MSF-RO technologies from the perspective of energy, exergy and exergoeconomic

امروزه اقدام جهت توسعه پايدار در صنايع دريايي از اهداف هر كشوري است. كاهش اثرات زيست محيطي در كشتي‌ها به كمك بازيابي حرارت اتلافي و توليد آب شيرين مي‌تواند از جمله اين اقدامات در صنعت كشتي‌راني باشد. حال سوال اين است كه چه سامانه انرژي براي توليد همزمان توان و آب شيرين در كشتي مناسب است؟ و اينكه اين سامانه طراحي شده چه عملكردي دارد؟ در پژوهش حاضر با انتخاب زير سامانه‌هاي مناسب و بررسي عملكرد ‌آن‌ها در تعامل با يكديگر به پاسخ اين پرسش‌ها خواهيم پرداخت. با بازيابي حرارت اتلافي موتور كشتي در چرخه كربن‌دي‌اكسيد فوق بحراني با ريكوپراتور به توليد توان پرداخته خواهد شد كه منجر به كاهش مصرف سوخت مي‌گردد. در ادامه با استفاده تركيبي از دو سامانه انبساط ناگهاني چند مرحله‌اي يكبارگذر و اسمز معكوس به توليد آب شيرين مورد نياز كشتي پرداخته مي‌شود. كد نويسي در محيط MATLAB و شبيه‌سازي در نرم‌افزار Thermoflow از ابزار‌هاي تحليلي در اين پژوهش هستند. سامانه پيشنهادي از نقطه‌نظر‌هاي انرژي، اگزرژي واگزرژواقتصادي مورد بحث قرار مي‌گيرد و در نهايت تحليل حساسيت صورت مي‌پذيرد. نتايج نشان مي‌دهد سامانه پيشنهادي سامانه پيشنهادي قابليت توليد kg/s 1.09 آب‌شيرين دارد كه 66% آن سهم واحد نمك‌زدايي حرارتي است. در اين سامانه پيشنهادي راندمان انرژي و اگزرژي توليد همزماني به ترتيب 74.5% و 42.43% است. نرخ تخريب هزينه در اگزرژي در واحد نمك‌زدايي حرارتي $/hr 27.17 است و در واحد اسمز معكوس $/hr 0.21 است. اين در حالي است كه بيشترين تخريب اگزرژي در واحد نمك‌زدايي انبساط ناگهاني و بعد در موتور درنسوز است. بايد اشاره كرده كه چرخه كربن‌دي‌اكسيد فوق بحراني با توليد kW 85.30 توان خالص به راحتي پاسخ‌ گوي نياز پمپ واحد اسمز معكوس مي‌باشد.

Today, action for sustainable development in marine industries is one of the goals of every country. Reducing the environmental impact of ships by recovering waste heat and producing fresh water can be one of these measures in the shipping industry. Now the question is, what system is suitable for the cogeneration of power and fresh water in the ship? And what is the function of this designed system? In the current research, we will answer these questions by selecting appropriate sub-systems and examining their performance in interaction with each other. By recovering the wasted heat of the ship s engine in the supercritical carbon dioxide cycle with a recuperator, power will be produced, which will lead to a reduction in fuel consumption. In the following, the production of freshwater required by the ship will be discussed using a combination of two single-pass multi-stage flash desalination systems and reverse osmosis. Coding in MATLAB environment and simulation in Thermoflow software are analytical tools in this research. The proposed system is discussed from the points of view of energy, exergy, and exergoeconomic and finally, a sensitivity analysis is done. The results show that the proposed system can produce 1.09 kg/s of fresh water, 66% of which is the share of the thermal desalination unit. In this proposed system, the energy efficiency and exergy of cogeneration are 74.5% and 42.43%, respectively. The cost of exergy destruction rate in the thermal desalination unit is 27.17 $/hr and in the reverse osmosis unit is 0.21 $/hr. Meanwhile, the biggest exergy destruction is happening in the thermal desalination unit and then in the internal combustion engine. It should be noted that the supercritical carbon dioxide cycle with the production of 85.30 kW of net power easily meets the needs of the pump of the reverse osmosis unit.