تحليل انرژي و اگزرژي و بهينه سازي يك سيستم توليد چندگانه با تلفيق سيكل‌هاي توربين گاز- راكتور هليوم مدولار، تبريد جذبي، ريفرمينگ بخار آب و آب شيرين‌كن رطوبت‌زن- رطوبت‌زدا

Energy and Exergy Analysis and Optimization of a Multigeneration System by Coupling of GT-MHR Reactor, Absorption Refrigeration, Steam Reforming, and HDH Desalination Cycles

در اين مقاله، يك سيستم نوين توليد چندگانه بر مبناي سيكل توربين گاز- راكتور هليوم مدولار ارايه شده است. سيستم يكپارچه از سيكل توربين گاز- راكتور هليوم مدولار به‌عنوان سيكل مبنا و از تركيب زيرسيستم‌هاي توليد هيدروژن، سيكل تبريد جذبي، سيستم آب‌شيرين‌كن تشكيل شده است. مدل‌سازي جامع ترموديناميكي (انرژي و اگزرژي) روي سيستم پيشنهادي صورت گرفته است. اثر پارامترهاي مختلف سيستم از قبيل دماي ورودي توربين، نسبت فشار كمپرسور، نسبت مولي كربن‌دي‌اكسيد به متان، دماي ژنراتور بخار و نسبت دبي جرمي سيستم آب‌شيرين‌كن روي عملكرد سيستم كلي مورد ارزيابي قرار گرفته است. همچنين بهينه‌سازي سيستم كلي با استفاده از روش بهينه‌سازي تك و چندهدفه در مقايسه با حالت مبنا از نظر انرژي و اگزرژي بررسي شده است. نتايج نشان دادند كه ماكزيمم مقدار توان خالص خروجي و بازده انرژي و اگزرژي سيستم كلي در نسبت فشار كمپرسور بين 2/45-2/3 به‌ترتيب برابر 275مگاوات، 72/05 و 49/35% به‌دست آمده و با افرايش دماي ورودي توربين، نرخ توليد گرما و بازده انرژي و اگزرژي سيستم كلي افزايش و نرخ توليد آب شيرين و سرما كاهش مي‌يابد. علاوه بر اين نقطه بهينه نسبت دبي جرمي سيستم آب‌شيرين‌كن براي بازده انرژي و اگزرژي سيستم كلي برابر 2/857 حاصل شده است. مطابق نتايج به‌دست آمده در روش بهينه‌سازي چندهدفه، بازده انرژي و اگزرژي سيستم كلي در مقايسه با حالت مبنا به‌ترتيب برابر 74/41 و 21/50% به‌دست آمده و ميزان تخريب اگزرژي به ميزان 0/74% كاهش يافته است.

In this paper, a novel multi-generation system based on gas turbine-modular helium reactor cycle is presented. Integrated system consists of a Gas turbine-modular helium reactor cycle as a base cycle and from the combination of subsystems, hydrogen production, absorption refrigeration cycle, and desalination system. Thermodynamic comprehensive modeling (energy and exergy) was done on the suggested system. The effect of various system parameters, such as turbine inlet temperature, compressor pressure ratio, carbon dioxide to methane molar ratio, vapor generator temperature, and mass flow rate of the desalination system have been evaluated on the overall performance of the system. Also, optimization of the overall system using single and multi-objective optimization method has been investigated in terms of energy and exergy compared to the base case. The results showed that the maximum net power output and the energy efficiency and exergy of the overall system in compressor pressure ratio between 2.3-2.45 were 275 MW, 72.05%, and 49.35%, respectively, and with increasing turbine inlet temperature, heat production rate and energy and exergy efficiencies of overall system increases and the cooling production rate and freshwater decreases. In addition, the optimal point of the mass flow ratio of the desalination system for the energy and exergy efficiencies of overall system is 2.857. According to the results obtained in the multi-objective optimization method, the energy and exergy efficiencies of overall system were 74.41% and 50.21%, respectively, and exergy destruction has been reduced to 0.74% compared to base case.