تحليل اگزرژي، اگزرژي- اقتصادي و بهينه‌سازي يك سيكل توليد همزمان تحت مدل ديناميكي تابش خورشيدي با الگوريتم ژنتيك

Exergy, exergoeconomic analysis and optimization of cogeneration cycle under solar radiation dynamic model by using Genetic Algorithm

در اين مطالعه، عملكرد يك سيستم توليد همزمان با سيال عامل‌هاي مختلف و بهينه‌سازي آن از نظر اقتصادي مورد مطالعه قرار گرفته است. از مدل اگزرژي و اگزرژي- اقتصادي براي بررسي عملكرد سيستم با تكيه بر هزينه محصولات، استفاده شده است. سه حالت براي تحليل و بهينه‌سازي سيستم در نظر گرفته شده است كه عبارتند از: ميزان توليد هيدروژن، توان سرمايش توليد شده و هزينه‌هاي توليد. نتايج نشان مي‌دهد كه دي اكسيد كربن و ان- اكتان عملكرد بهتري به ترتيب در ميزان توليد هيدروژن و توليد سرمايش دارند. مجموع هزينه‌هاي محصولات براي هر دو سيال عامل با افزايش دماي ورودي ديگ بخار و توربين و كاهش دماي چگالش، كاهش مي‌يابد؛ در حالي كه، براي دي اكسيد كربن، هزينه محصولات در يك فشار بهينه ورودي توربين به مينيمم مقدار خود مي‌رسد. نتايج نشان مي‌دهد براي دي اكسيد كربن با كاهش توليد هيدروژن از مقدار 811/1 ليتر بر ثانيه به 757/1 ليتر بر ثانيه، مجموع واحد هزينه‌هاي محصولات 5/8% كاهش مي‌يابد و براي ان- اكتان با كاهش توان سرمايشي توليدي از مقدار 599/9 كيلووات به 622/6 كيلووات، مجموع واحد هزينه‌هاي محصولات 7/47% كاهش مي‌يابد. كندانسور بيشترين نرخ تخريب را در ميان اجزاي سيستم دارد بطوري كه نرخ تخريب اگزرژي كندانسور در حالت بهينه هزينه توليد كمتر از حالت‌هاي ديگر است. در دو سيكل دي اكسيد كربن و ان- اكتان، مجموع نرخ تخريب اگزرژي و هزينه سرمايه‌گذاري در حالت بهينه توان سرمايشي بيشترين مقدار و در حالت بهينه هزينه كمترين مقدار است.

The performance of a cogeneration cycle with various working fluids is investigated and optimized employing an economic approach. Exergy and exergoeconomic models are developed to investigate the thermodynamic performance of the cycle, and to assess the cost of products. In this study, the dynamic model would be registered to search the system behavior during a day. In this study, hydrogen production rate optimal design (HPROD), refrigeration power optimal design (RPOD) and cost optimal design (COD) are considered for analysis and optimization. According to recent parametric studies, boiler, turbine and condensation temperature and turbine inlet pressure affect the unit cost of products significantly. The results show carbon dioxide and n-octane has a better operation to produce hydrogen and refrigeration power among other working fluids, respectively. It is observed that, in carbon dioxide cycle, the SUCP is decreased by 8.5% when hydrogen production rate is decreased from 1.811 lit/s to 1.757 lit/s, therefore, in n-octane cycle, SUCP is decreased by 47.4% when refrigeration power is decreased from 9.599 kW to 6.622 kW. The evaluation of exergy destruction is demonstrated by the condenser, which has the highest exergy destruction, so its rate in COD case is the lowest among the three other states. The results indicate, in carbon dioxide and n-octane cycles, the total exergy destruction and the investment cost rates in the RPOD case is higher than any other cases.