تحليل انرژي و اگزرژي يك سيستم بر مبناي انرژي زمين‌گرمايي براي توليد همزمان توان، آب شيرين، گرمايش و هيدروژن

Energy and exergy analysis of a novel geothermal energy based system for power, desalination water and hydrogen production

استفاده از سيستم هاي توليد همزمان به سرعت در دهه اخير در حال گسترش مي باشد. مطالعه حاضر به توسعه يك سيستم مجتمع بر مبناي زمين‌گرمايي، تبخير آني دومرحله‌اي، چرخه رانكين آلي، الكترولايزر غشاء پروتوني، واحد اسمز معكوس و آب گرم كن داخلي مي پردازد. اين آرايش براي توليد چهار خروجي توان، گرمايش، آب شيرين و هيدروژن طراحي شده است. اين سيستم توليد همزمان جديد از ديدگاه انرژي و اگزرژي مورد تحليل قرار گرفته است. همچنين يك مطالعه پارامتري جامع روي سيستم توليد همزمان انجام شده و در ادامه از سه ديدگاه مختلف (توان خالص توليدي، بازده حرارتي و بازده اگزرژي) مورد بهينه سازي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه توان خالص توليدي، بازده حرارتي و بازده اگزرژي داراي مقادير بهينه نسبت به دو فشار جداساز مي باشند. همچنين نتايج بهينه‌سازي از ديدگاه توان خالص توليدي نشان مي دهد كه مقادير توان خالص توليدي 5091 كيلووات، آب شيرين توليد 75/41 كيلوگرم بر ثانيه، بازده حرارتي %58/15، بازده اگزرژي %44/43 و هيدروژن توليدي 83/2 كيلوگرم بر ساعت، مقدار گرمايش 6/350 كيلووات مي باشد.

The usage of multi-generation systems is quickly developing in the last decade. The current study develops a new geothermal based integrated system, double flash, organic Rankine cycle (ORC), proton membrane electrolyzer (PEM), reverse osmosis (RO) unit and domestic heat water. The configuration is designed to produce four outputs namely, power, heating, desalination water and hydrogen. The proposed multi generation system is evaluated from thermodynamic and exergy point of view. A comprehensive parametric study is done as well and then, the multi generation system is optimized for three viewpoints (net output power, thermal efficiency and exergy efficiency). The results show that the net output power, thermal and exergy efficiencies have optimum values in regard to two separator pressures. Also, optimization results from net output power viewpoint show that, the power generation, desalination water, thermal efficiency, exergy efficiency, hydrogen production and heating were obtained as 5091 kW, 41.75 kg/s, 15/58%, 43.44%, 2.83 kg/hr and 350.6 kW, respectively.