تحليل ترموديناميكي (انرژي و اگزرژي) و انتخاب سيال عامل مناسب براي يك سيستم يكپارچه توليد توان و هيدروژن با استفاده از چرخه ارگانيك رانكين اصلاح شده و الكترولايزر مبادله‌كن غشا پروتوني

Thermodynamic Analysis (Energy and Exergy) of an Integrated Cogeneration System of Power and Hydrogen using Organic Rankine Cycle and Proton Exchange Membrane Electrolyzer

در اين تحقيق براي توليد توان يك چرخه ارگانيك رانكين تجهيز شده به مبادله‌كن بازيافت حرارت (ريژنراتور) و گرمكن سيال تغذيه استفاده شده است. همچنين براي توليد هيدروژن از يك غشاء مبادله‌كن پروتوني كه توان و گرماي مورد نياز آن از طريق چرخه رانكين آلي تأمين شده، استفاده شده است. اين چرخه توسط انرژي زمين گرمايي راه ­اندازي شده است. يك مدلسازي جامع ترموديناميكي (انرژي و اگزرژي) براي مقايسه عملكرد چهار سيال عامل مختلف بر روي سيستم­ هاي پيشنهادي صورت گرفته است. براي مدلسازي از نرم ­افزار EES استفاده شده است. همچنين مطالعه پارامتري نيز براي بررسي تأثير پارامترهاي عملكردي مهم بر روي عملكرد انرژي و اگزرژي سيستم ­هاي مورد بررسي انجام شده است. نتايج نشان دادند كه سيال عامل R245fa به ترتيب با 3/511% و 67/58% بيشترين بازده انرژي و اگزرژي را دارد. سيال عامل­هاي R114، R600 و R236fa نيز به لحاظ مشخصه هاي عملكردي در رده ­هاي بعدي قرار دارند. با افزايش دماي سيال زمين گرمايي توليد توان و هيدروژن افزايش مي ­يابد اما بازده انرژي و اگزرژي كاهش مي­يابد.

In this research, an organic Rankine cycle(ORC) equipped with a regenerator and a feed fluid heater used for power production. Also a proton exchange membrane used for hydrogen production that handled by the ORC. Energy requirement of the ORC was supplied via geothermal energy. A comprehensive thermodynamic model (energy and exergy) of the integrated system was done to compare the operation of four different fluid works. The EES software was used for all of the simulations. Also, a parametric study was done to investigate the effects of the important operational parameters on the energetic and exergetic performance of the considered systems. The results showed that among the different working fluids, R245fa has the most energy and exergy efficiency with the amounts of 3.511% and 67.58%, respectively. After that, R114, R600 and R236fa have the best operating performance, respectively. By increasing of the geothermal fluid temperature, the amounts of power and hydrogen productions increased but the energy and exergy efficiencies decreased.