توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی (قسمت سوم)

توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی (قسمت سوم) - ساختمان سبز ایرانیان

ساختمان‌های پایدار
By negareh
نظر (0)

3 . مدل سازی و ارزیابی

بخش زیر یک مطالعه عمیق از سیستم پیشنهادی ارائه می دهد. اثربخشی از نظر انرژی و اگزرژی را می توان از طریق مطالعه ترمودینامیک بسیاری از اجزای سیستم به دست آورد. مقادیر متغیرهای مجهول برای ورودی و خروجی ممکن است با استفاده از معادلات به عنوان مبنا محاسبه شوند. حل معادلات مهندسی (EES) برای انجام ارزیابی انرژی و اگزرژی در سیستم طراحی شده استفاده شد. مدلسازی و مطالعات تحلیلی جامع و مختصر برای هر زیرسیستم جداگانه ارائه شده است.

برای به دست آوردن نتیجه‌گیری دقیق‌تر، لازم است پیش‌فرض‌های خاصی انجام شود، اما دقت مفهومی به همان اندازه مهم است. این مفروضات نباید تأثیری بر ارتباط یا نتایج مطالعه داشته باشند. برای افزایش کارایی و به حداقل رساندن تلفات فشار و حرارت، ایجاد معادلات تعادل برای تمام اجزای سیستم ضروری است. بنابراین، هنگام انجام مدل‌سازی و ارزیابی سیستم، مفروضات زیر در نظر گرفته می‌شود:

•
سیستم تحت شرایط جریان ثابت و پیوسته کار می کند.
•
شرایط خاص، یعنی 101.3 کیلو پاسکال و 25 درجه سانتیگراد، پارامترهای معمول برای محیط محیط هستند [27] .
•
هلیوم به دلیل رفتار گاز ایده آل خود دارای گرمای ویژه ثابتی است [28] .
•
برخی از نوسانات ناچیز در انرژی پتانسیل و جنبشی دیده می شود.
•
بازده ایزنتروپیک 80% و 90% برای پمپ ها و توربین های این سیستم در نظر گرفته شده است [29] .
•
دمای خورشید بر اساس مرجع [30] 5777 کلوین است .
•
چرخه سرمایش جذب یک مرحله ای شامل هیچ واکنش شیمیایی بین آمونیاک و آب نمی شود [22] .
•
تلفات یا نشتی سیال کار ناچیز است.
•
قانون گاز ایده آل برای هر یک از گازهای داخل چارچوب سیستم اعمال می شود.
•
توربین ها، پمپ ها و شیرها به صورت آدیاباتیک کار می کنند.
•
خواص ترموفیزیکی آب شور با خواص آب یکسان است.
الف)
برج برق خورشیدی:

خروجی انرژی و راندمان کلی هر دو در تاسیسات یکپارچه مبتنی بر برج های خورشیدی که به طور یکپارچه برج های انرژی خورشیدی متمرکز را با نیروگاه های سیکل یکپارچه ادغام می کنند، افزایش می یابد . این استراتژی جدید به دنبال تضمین تولید برق بدون وقفه و موثر در طول روز است. مجموعه ای از بازتابنده ها یا هلیواستات ها برای ردیابی حرکت خورشید و انعکاس نور خورشید بر روی گیرنده مرکزی واقع در بالای برج استفاده می شود. در داخل گیرنده، تابش متمرکز خورشیدی، دمای نمک مذاب یا روغن مصنوعی را افزایش می‌دهد. سیستم هیبرید خورشیدی پیشنهادی ، که شامل الکترولایزر فوتوالکتروشیمیایی-متعارف هیبرید شده جدید است، پتانسیل تولید همزمان انرژی و تصفیه آب را دارد. تاکید اساسی این مطالعه، اتخاذ رآکتور هیدروژنی منحصر به فرد در چرخه های قدرت است. مکانیسم تبادل گرما یا دستگاه ذخیره گرما به طور موثر انرژی حرارتی را از سیال کار برق دار گرفته و استفاده می کند تا بازده انرژی و عملکرد کلی سیستم را افزایش دهد. یکی از اجزای ضروری ذخیره سازی حرارتی، توانایی ذخیره انرژی خورشیدی اضافی در سیستمی است که از نمک مذاب استفاده می کند. این باعث می شود حتی زمانی که خورشید مستقیماً به آن نمی تابد، مانند روزهای ابری یا شب، نیرو تولید کند. با استفاده از فرمول زیر (1)، می توان به طور دقیق انتقال حرارت از گیرنده خورشیدی به HTF (نمک مذاب) را تعیین کرد:(1)

{\dot{Q}}_{in, s t} = {\dot{Q}}_{solar} - {\dot{Q}}_{loss} = {\dot{m}}_{2} (h_{2} - h_{1})

کجا

{\dot{Q}}_{s o l a r}

{\dot{Q}}_{l o s s}

سرعت جذب گرما توسط هلیواستات و از دست رفتن توسط گیرنده را به ترتیب توسط همرفت و تابش توصیف کنید. در متن بالا، فرمول برای

{\dot{Q}}_{s o l a r}

(میزان گرمای منتقل شده) شرح داده شده است:(2)

{\dot{Q}}_{solar} = η_{h} \times G_{b} \times A_{h} \times N

متغیر ” η ” نمادی از اثربخشی ناحیه هلیوستات است که به صورت h نشان داده می شود . پارامترهای ” A ” و ” N ” به نوبه خود سطح بیرونی (m2) یک بازتابنده هلیواستات و مجموع همه هلیواستات ها را نشان می ^دهند . پارامتر ” G ” تابش خورشیدی جهانی را نشان می دهد که گاهی اوقات به عنوان تابش عادی مستقیم (DNI) شناخته می شود، که به عنوان یک واحد W/m2 تعیین می^شود .

این مطالعه تغییرات طولانی مدت در سطوح تابش خورشیدی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و محققان را بر آن داشت تا ضمن ارائه یافته های اصلی، میانگین ماهانه تابش خورشید را برجسته کنند. برای محاسبه انتقال حرارت از گیرنده خورشیدی به HTF باید چندین نوع تلفات حرارتی در نظر گرفته شود. معادله داده شده، محاسبه اتلاف انرژی حرارتی از گیرنده خورشیدی را امکان پذیر می کند، که بخش مهمی از مطالعه است.

{\dot{Q}}_{l o s s})

:(3)

{\dot{Q}}_{loss} = {\dot{Q}}_{conv} + {\dot{Q}}_{em}

(4)

{\dot{Q}}_{conv} = h_{a} \times N \times A_{h} (T_{r} - T_{0})

(5)

{\dot{Q}}_{em} = A_{h} \times N \times σ \times ε {(T}_{r}^{4} - T_{0}^{4})

کجا

(A_{h})

نماد آرایه‌ای از سطح سلول‌های خورشیدی است، σ نشان‌دهنده ثابت استفان بولتزمن (W/(m ² K ⁴ ))، ε نشان‌دهنده گسیل جاذب، em و conv نشان‌دهنده انتشار و همرفت هستند، و

(h_{a})

نشان دهنده ضریب انتقال حرارت همرفتی هوا است . یک فرمول از قبل تعیین شده برای تعیین ضریب انتقال حرارت همرفتی هوا استفاده می شود . عامل

(T_{r})

دمای سطح گیرنده را نشان می دهد، در حالی که

(v_{a})

سرعت باد را بر حسب متر بر ثانیه نشان می دهد. کل تلفات حرارتی از گیرنده خورشیدی ممکن است از این معادلات محاسبه شود تا انتقال حرارت خالص به HTF دقیقا محاسبه شود. بهینه سازی بهره وری سیستم انرژی خورشیدی به این نیاز دارد.(6)

h_{a} = 10.45 - v_{a} + 10 \sqrt{v_{a}}

این تحقیق یک سیستم چند نسلی منحصر به فرد را در جده، نزدیک دریای سرخ بهبود می بخشد. جده به‌عنوان مکان تحقیقاتی انتخاب شد، زیرا دارای منابع خورشیدی فراوان، از جمله نور خورشید در تمام طول سال است که برای سیستم پیشنهادی ضروری است. این سیستم هیدروژن، گرمایش و سرمایش تولید می کند، آب شیرین تولید می کند و برق تولید می کند تا نیازهای انرژی متنوع منطقه را برآورده کند. با توجه به مصرف بالای برق، آب و هوا و کمبود آب جده، سیستم پیشنهادی پتانسیل بالایی دارد. سیستم‌های انرژی و اگزرژی چارچوب نیز برای تعیین عملکرد و بهینه‌سازی طراحی آن‌ها برای شرایط محیطی جده مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت. این مطالعه از اهداف توسعه پایدار عربستان سعودی و تلاش‌های انرژی تجدیدپذیر حمایت می‌کند. آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) مدل مشاور سیستم (SAM) را به عنوان یک ابزار نرم افزاری به طور خاص برای طراحی سیستم های برج متمرکز خورشیدی طراحی کرده است [31] . تصویر جغرافیایی جده از Global Solar Atlas، یک پورتال آنلاین معتبر که برای ارائه داده های گسترده منابع خورشیدی در سراسر جهان ایجاد شده است، به دست آمده است. این گرافیک به عنوان راهنمای بصری و اولین قدم در بررسی ظرفیت خورشیدی در منطقه انتخاب شده عمل می کند [32] . شکل 2 منطقه انتخاب شده را نشان می دهد.

یک سیال انتقال حرارت داغ با افزودن نمک مذاب به گیرنده ایجاد می شود که سپس به مخزن ذخیره مواد مذاب داغ می رود. گیرنده با دمای ورودی و خروجی به ترتیب 290 درجه سانتی گراد و 574 درجه سانتی گراد مواجه می شود. نمک‌ها از شصت درصد NaNO ₃ و 40 درصد KNO ₃ تشکیل شده‌اند که ظرفیت گرمایی بالایی دارند و باعث می‌شوند رسانای گرمایی موثر و واحدهای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی باشند. مخلوط نمک مذاب پس از حرارت دادن به طور جداگانه نگه داشته می شود تا زمانی که برای تولید انرژی استفاده شود. مرحله دیگری از چرخه خورشیدی شامل کاهش فشار درون تجهیزاتی است که در معرض نور خورشید هستند. افت فشار در گازهای با کیفیت پایین قابل توجه است اما در سیالات کاری مایع ناچیز است. سیال کاری استخراج شده از HEX1 سپس برای برداشت انرژی خورشیدی به گیرنده هدایت می شود. حفظ دمای پایین‌تر برای ذخیره‌سازی مذاب سرد معمول است. شکل 3 سطوح تابش سالانه خورشید در جده، عربستان سعودی را در هر ساعت از روز نشان می دهد. در محلی که در نظر گرفته شده است، حداکثر میزان آفتاب دریافتی در ماه های تابستان از ساعت 9 تا 13 متغیر است . و نشان می دهد که مقادیر نیمروز به ویژه در طول ماه های بهار و تابستان بیشتر است ( جدول A1 را ببینید ).

توجه داشته باشید که نمک مذاب از گیرنده از ظرف نگهدارنده گرم شده عبور می کند و از طریق پمپ 2 (P2) به HEX1 منتقل می شود. چرخه برایتون در این مرحله نیاز به گرمای ورودی دارد. مخزن ذخیره نمک مذاب سرد پس از خروج از ژنراتور در ACS ، مایع با دمای بالا (HTF) را با حرارت متوسط دریافت می کند . دوباره با استفاده از P1، HTF این روش را کامل می کند. بهره وری انرژی سیستم خورشیدی است(7)

η_{solar} = \frac{{\dot{Q}}_{H E X 1} + {\dot{Q}}_{Gen}}{{\dot{Q}}_{in, s t}}

کجا

{\dot{Q}}_{H E X 1} a n d {\dot{Q}}_{Gen}

انتقال حرارت به اجزای HEX1 و ژنراتور را نشان می دهد. این انتقال حرارت در سیکل ترکیبی HTF سیستم STP رخ می دهد. تجزیه بازده اکسرژی برج انرژی خورشیدی به این صورت است:(8)

Ψ_{solar} = \frac{\begin{matrix} {\dot{Q}}_{H E X 1} (1 - \frac{T_{0}}{T_{4}}) + \begin{matrix} {\dot{Q}}_{Gen} (1 - \frac{T_{0}}{T_{5}}) \end{matrix} \end{matrix}}{G_{b} \times A_{h} \times N \times (1 - \frac{T_{0}}{T_{sun}})}

اینجا،

T_{sun}

دمای خورشید است تلفات حرارتی از ذخیره سطوح تابش بالاتر و پایین تر حاصل می شود. با این حال، سناریوی بنیادی از میانگین تابش سالانه استفاده می کند. به حداکثر رساندن اثربخشی یک سیستم انرژی خورشیدی و تبدیل مقدار زیادی از انرژی خورشیدی به الکتریسیته مستلزم بهبود بازده اکسرژی است.

ب)
چرخه ترکیبی مبتنی بر برایتون و رانکین :

SPT با نمک مذاب دارای سیالات کاری جداگانه برای چرخه های ترکیبی برایتون و رانکین است. در چرخه برایتون، آینه ها نور خورشید را برای افزایش دمای نمک مذاب متمرکز می کنند، که سپس انرژی حرارتی خود را از طریق HEX1 به هلیوم منتقل می کند. هلیوم تحت یک فرآیند فشرده سازی آدیاباتیک قرار می گیرد و سپس با استفاده از یک توربین گاز برای تولید انرژی منبسط می شود. متعاقبا، این گرمای اضافی به HEX2 فرستاده می شود تا چرخه Rankine را تسهیل کند. متعاقباً از این بخار برای تأمین انرژی یک توربین بخار استفاده می شود و انرژی تکمیلی تولید می کند. استفاده از هلیوم در چرخه برایتون و بخار در چرخه رانکین راندمان تبدیل انرژی را بهبود می بخشد، و این نیروگاه سیکل ترکیبی را به یک جایگزین فن آوری پیچیده و قابل دوام برای بهره برداری از انرژی خورشیدی با ذخیره حرارتی نمک مذاب تبدیل می کند. چرخه ترکیبی برای به حداکثر رساندن بهره برداری از انرژی حرارتی بالا از سیال کاری با دمای بالا در چرخه خورشیدی برای تولید بیشترین مقادیر ممکن گرما و برق طراحی شده است. فشار مورد نیاز برای HEX3 زمانی حاصل می شود که بخار به صورت آدیاباتیک منبسط شود. یک دستگاه تبادل حرارت عظیم که به نام HEX3 شناخته می شود، چرخه را با هدایت بخار فشرده به P3 با فشار ثابت تکمیل می کند. می توان بازده انرژی و اگزرژی سیکل ترکیبی را توسط(9)

η_{combined} = \frac{{\dot{W}}_{net, B r a y t o n} + {\dot{W}}_{net, R a n k i n e}}{{\dot{Q}}_{H E X 1} + {\dot{Q}}_{H E X 2}}

و(10)

Ψ_{combined} = \frac{{\dot{W}}_{net, B r a y t o n} + {\dot{W}}_{net, R a n k i n e}}{{Ex}^{{\dot{Q}}_{H E X 1}} + {Ex}^{{\dot{Q}}_{H E X 2}}}

ج)
سیستم خنک کننده جذبی:

در یک چرخه خنک‌کننده جذبی که از آمونیاک/آب به‌عنوان سیال عامل استفاده می‌کند، گرمای اتلاف تولید شده توسط چرخه خورشیدی برای تأمین سرمایش و گرمایش استفاده می‌شود. فشار بخار بالای ترکیبات آمونیاک/آب آنها را از مخلوط‌های آب/لیتیوم برومید که سیال‌های عامل جذب سنتی هستند متمایز می‌کند. در این مورد، مبرد آمونیاک است. در دمای اتاق، آمونیاک دارای فشار بخار 8.5 بار و نقطه جوش معمولی -33.35 درجه سانتیگراد است [33] . این فرآیند با تبخیر آمونیاک کم فشار در اواپراتور آغاز می شود که گرما را از مایع خنک کننده برای جامعه جذب می کند. در این سیستم، پیش خنک کننده با استفاده از جریان خنک کننده ای که از اواپراتور خارج می شود، دمای مبردی را که از کندانسور خارج می شود، کاهش می دهد. در نتیجه جریانی را که وارد جاذب می شود گرم می کند. توانایی پیش خنک کننده برای تنظیم آب در اواپراتور مزیت دومی است که ارائه می دهد. هنگامی که خلوص بخار آمونیاک خروجی از یکسو کننده کم باشد، ممکن است یک سر خوردن دمای اواپراتور (تفاوت دما بین خروجی و ورودی اواپراتور) رخ دهد. معادلات زیر برای محاسبه بازده انرژی و اگزرژتیک ACS استفاده می شود :(11)

{COP}_{en} = \frac{{\dot{Q}}_{ev} + {\dot{Q}}_{c}}{{\dot{Q}}_{gen}}

و(12)

{COP}_{ex} = \frac{\begin{matrix} {\dot{Q}}_{ev} (1 - \frac{T_{0}}{T_{45}}) + {\dot{Q}}_{c} (1 - \frac{T_{0}}{T_{42}}) \end{matrix}}{{\dot{Q}}_{gen} (1 - \frac{T_{0}}{T_{5}})}

د)
سیستم نمک زدایی چند اثره :

با استفاده از یک مکان گرمایی با دمای متوسط ، MED یک راه کارآمد برای ایجاد آب شیرین است. اولین مرحله از سیستم نمک زدایی فقط به گرما نیاز دارد و امکان استفاده مجدد از آب شیرین تبخیر شده برای گرم کردن مراحل بعدی را فراهم می کند. کاهش فشارهای هر فاز باعث کاهش دمای تبخیر آب می شود . P4 آب دریا را به تمام قسمت‌هایی از سیستم می‌برد که قرار است با هم کار کنند. HEX3 از گرمای باقیمانده از سیال کار چرخه رانکین برای متراکم کردن بخار مایع اشباع استفاده می کند که سپس مرحله اول را گرم می کند. با توجه به شوری آب 42000 ppm و دمای اولیه 20 درجه سانتیگراد، دما در هر مرحله بعدی 2.5 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و از 70 درجه سانتیگراد شروع می شود. نمکی که دور ریخته می شود دارای غلظت نمک 75000 قسمت در میلیون است. معادله تعادل جرم نمک به صورت زیر است:(13)

{\dot{m}}_{16} X_{16} = {\dot{m}}_{19} X_{19}

که در آن X مخفف جرم درصد نمک است. در هر سطح، ممکن است تعادل انرژی را از طریق پیدا کنید(14)

{\dot{m}}_{swi} (h_{vi} - h_{swi}) = {\dot{m}}_{vi - 1} h_{fgi - 1}

نرخ جریان جرمی آب دریای تغذیه در مرحله یکم به صورت نشان داده شده است

{\dot{m}}_{swi}

، در حالی که آنتالپی آن به صورت نمایش داده می شود

h_{swi}

. در این زمینه،

h_{vi}

آنتالپی بخار را نشان می دهد، در حالی که

h_{fgi - 1}

آنتالپی تراکم مرحله قبل را نشان می دهد. برای حفظ حداکثر کارایی روش نمک زدایی، استفاده از آب شور به عنوان ورودی برای خنک کردن آب شیرین تولید شده، یک روش استاندارد است. آب گرمی برای استخراج وجود ندارد زیرا آب تمیز پساب در این تحقیق خنک نشده است. کارایی سیستم MED از نظر انرژی و اگزرژی به شرح زیر است: (15)

η_{MED} = \frac{{\dot{m}}_{20} (h_{20} - h_{0})}{{\dot{Q}}_{H E X 3}}

و(16)

Ψ_{MED} = \frac{{{\dot{m}}_{20} e x}_{20}}{{Ex}^{{\dot{Q}}_{H E X 3}}}

ه)
سیستم الکترولیز هیبریدی :

مولد هیدروژن متعارف فوتوالکتروشیمیایی ترکیبی ، یک تکنیک هیبریدی انقلابی، برجسته‌تر می‌شود. این روش نوآورانه مزایای PEC و سلول های الکترولیز سنتی را با هم ترکیب می کند و تولید هیدروژن کارآمد و سازگار با محیط زیست را ممکن می سازد. PEC از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک آند، یک غشای تبادل کاتیونی و یک فوتوکاتد. تحقیقات اخیر در این موضوع بیشتر بر روی آند مشترک متمرکز شده است که تأثیر مهمی بر کارایی کلی سیستم دارد. راکتور مجهز به پنجره های شفاف است که تابش فتوکاتد را تسهیل می کند و عملکرد آن را بهبود می بخشد. شکل 4 راکتور مرسوم PEC هیبریدی پیوسته را نشان می دهد. ویژگی بارز این ژنراتور هیبریدی ظرفیت آن برای سازگاری با الکترولیت های مختلف است. این سیستم از سه الکترولیت جداگانه (NaCl _sat ، آب شیرین و KOH) استفاده می کند که سازگاری آن را با شرایط مختلف محیطی نشان می دهد. غشای تبادل کاتیونی سیستم هیبریدی چند منظوره است. محفظه کاتد را عاری از یون های هیدروکسید (OH ^–) نگه می دارد و آن را از محفظه آند جدا می کند. مهاجرت آند به کاتد یون‌های سدیم (Na ⁺) ترجیحاً توسط غشاء تسهیل می‌شود که اثر یون‌های هیدروکسید را بر عملکرد سیستم کاهش می‌دهد . این پیشرفت تولید هیدروژن را کارآمدتر می کند. معادله زیر ممکن است برای نشان دادن فرآیند شیمیایی که در الکترولیز هیبرید در طول سنتز هیدروژن رخ می دهد استفاده شود:

برای سلول PEC :(17)

Overall reaction = 2 H_{2} O + 2 N a C l \to H_{2} + {Cl}_{2} + 2 N a O H

(18)

Anode = 2 {Cl}^{-} \to {Cl}_{2} + {2 e}^{-}

(19)

Photocathode = 2 H_{2} O + {2 e}^{-} \to H_{2} + 2 {OH}^{-}

برای سلول معمولی:(20)

Overall reaction = 2 H_{2} O \to {2 H}_{2} + O_{2}

(21)

Anode = 4 {OH}_{aq}^{-} \to O_{2} + 2 H_{2} O + {4 e}^{-}

(22)

Cathode = 2 H_{2} O + {2 e}^{-} \to 2 {OH}^{-}

نرخ جریان جرمی و توصیف سیال برای هر نقطه حالت داخل راکتور در جدول 2 به تفصیل آمده است . این جدول نرخ جریان جرمی و جریان سیال مربوطه را در مراحل مختلف حالت داخل راکتور نشان می دهد. هر نقطه حالت مربوط به موقعیت دقیقی است که در آن یک جریان منحصر به فرد وارد سیستم راکتور یا خارج می شود.

جدول 2 . نرخ جریان جرمی و توصیف سیال برای هر نقطه حالت در راکتور.

ایالت پوینت	جریان	سرعت جریان جرمی (کیلوگرم بر ثانیه)
21	ورودی آب شیرین	${\dot{m}}_{21}$
22	محلول NaCl اشباع	${\dot{m}}_{22}$
23	محلول NaCl کاهش یافته است	${\dot{m}}_{23}$
24	گاز Cl ₂	${\dot{m}}_{24}$
25	محلول NaOH	${\dot{m}}_{25}$
26	گاز H ₂	${\dot{m}}_{26}$
27	محلول KOH	${\dot{m}}_{27}$
28	گاز O ₂	${\dot{m}}_{28}$
29	گاز H ₂	${\dot{m}}_{29}$
30	محلول KOH کاهش یافته است	${\dot{m}}_{30}$

بازده انرژی و اگزرژی سیستم پیشنهادی را می‌توان با استفاده از BE که مخفف جرم، انرژی، آنتروپی و اگزرژی است، مورد مطالعه قرار داد و به صورت زیر بیان می‌شود:(23)

M a s s B E : {\dot{m}}_{21} + {\dot{m}}_{22} + {\dot{m}}_{27} = {\dot{m}}_{23} + {\dot{m}}_{24} + {\dot{m}}_{25} + {\dot{m}}_{26} + {\dot{m}}_{28} + {\dot{m}}_{29} + {\dot{m}}_{30}

(24)

E n e r g y B E : {\dot{m}}_{21} h_{21} + {\dot{m}}_{22} h_{22} + {\dot{m}}_{27} h_{27} + {\dot{W}}_{in} = {\dot{m}}_{23} h_{23} + {\dot{m}}_{24} h_{24} + {\dot{m}}_{25} h_{25} + {\dot{m}}_{26} h_{26} + {\dot{m}}_{28} h_{28} + {\dot{m}}_{29} h_{29} + {\dot{m}}_{30} h_{30}

(25)

E n t r o p y B E : {\dot{S}}_{gen} + \dot{m}_{21} s_{21} + {\dot{m}}_{22} s_{22} + {\dot{m}}_{27} s_{27} = {\dot{m}}_{23} s_{23} + {\dot{m}}_{24} s_{24} + {\dot{m}}_{25} s_{25} + {\dot{m}}_{26} s_{26} + {\dot{m}}_{28} s_{28} + {\dot{m}}_{29} s_{29} + {\dot{m}}_{30} s_{30}

(26)

E x e r g y B E : {\dot{W}}_{in} + {\dot{m}}_{21} {ex}_{21} + {\dot{m}}_{22} {ex}_{22} + {\dot{m}}_{27} {ex}_{27} = {\dot{m}}_{23} {ex}_{3} {+ \dot{m}}_{24} {ex}_{24} + {\dot{m}}_{25} {ex}_{25} + {\dot{m}}_{26} {ex}_{26} + {\dot{m}}_{28} {ex}_{28} + {\dot{m}}_{29} {ex}_{29} + {\dot{m}}_{30} {ex}_{30} + {\dot{E} x}_{D}

متغیرها

{\dot{m}}_{21 - 30}

h_{21 - 30}

s_{21 - 30}

، و

{ex}_{21 - 30}

نرخ جریان جرمی، آنتالپی خاص ، آنتروپی و اگزرژی سیالات مربوطه را به ترتیب نشان می دهد.

{\dot{W}}_{in}

نشان دهنده مقدار کل کاری است که به سیستم راکتور عرضه می شود، از جمله کارهای انجام شده توسط پمپ و تامین کننده برق. نماد

{\dot{S}}_{gen}

نشان دهنده سرعت تولید آنتروپی در سیستم است. برای محاسبه بازده انرژی و اگزرژی سیستم، می توان از معادلات زیر استفاده کرد:(27)

η_{overall} = \frac{{\dot{m}}_{26} {LHV}_{H_{2}} + {\dot{m}}_{29} {LHV}_{H_{2}}}{{\dot{W}}_{in} + {\dot{m}}_{21} h_{21} + {\dot{m}}_{22} h_{22} + {\dot{m}}_{27} h_{27}}

و(28)

Ψ_{overall} = \frac{{\dot{m}}_{26} {LHV}_{H_{2}} + {\dot{m}}_{29} {LHV}_{H_{2}}}{{\dot{W}}_{in} + {\dot{m}}_{21} e_{21} + {\dot{m}}_{22} e_{22} + {\dot{m}}_{27} e_{27}}

راکتور هیبریدی نه تنها هیدروژن را به روشی انقلابی تولید می‌کند، بلکه فرآیندهای زیر مانند فشرده‌سازی و ذخیره‌سازی را نیز ادغام می‌کند تا جامعه به راحتی به هیدروژن به عنوان منبع انرژی دسترسی داشته باشد و از آن استفاده کند. ایستگاه های سوخت رسانی به طور استراتژیک برای خدمت به جامعه با هیدروژن ذخیره شده قرار دارند. برای در دسترس قرار دادن هیدروژن برای بسیاری از مصارف، به ویژه در صنعت حمل و نقل، این ایستگاه های سوخت بسیار مهم هستند. وسایل نقلیه الکتریکی سلول سوختی (FCEV) و سایر خودروهای هیدروژنی ممکن است در این ایستگاه ها پر شوند و جایگزینی سازگار با محیط زیست برای سوخت های فسیلی معمولی باشند . یک استراتژی فراگیر و یکپارچه برای انرژی پایدار با کل چرخه حیات هیدروژن، از تولید در مولد هیدروژن فوتوالکتروشیمیایی هیبرید جدید تا توزیع و ذخیره سازی در جامعه، برجسته شده است. این اکوسیستم فناوری، همراه با ارائه یک گزینه انرژی پایدار، به ایجاد جوامعی کمک می کند که بتوانند در برابر ناملایمات مقاومت کنند و حتی رشد کنند. سیستم هیبریدی نوآورانه و رویه‌های زیر آن امید به آینده‌ای سبزتر و پایدارتر را فراهم می‌کند، به‌ویژه با ادامه تحقیقات در مورد نقش هیدروژن در انتقال انرژی.

و)
بازده کلی سیستم:

برخی از محصولات جانبی مهم ایجاد شده توسط فرآیند کامل عبارتند از هیدروژن، نیرو، گرمایش، سرمایش و آب تمیز. فرمول های کار و گرما نام های دیگری برای محاسبات انرژی و اگزرژی کل سیستم هستند.(29)

Σ {\dot{Q}}_{in} = {\dot{Q}}_{in, s t}

(30)

Σ {\dot{W}}_{in} = {\dot{W}}_{in, C 1} + {\dot{W}}_{in, C 2} + {\dot{W}}_{in, p 1} + {\dot{W}}_{in, p 2} + {\dot{W}}_{in, p 3} + {\dot{W}}_{in, p 4} + {\dot{W}}_{in, p 4} + {\dot{W}}_{in, p 5} + {\dot{W}}_{in, p 6}

(31)

Σ {\dot{W}}_{out} = {\dot{W}}_{out, T 1} + {\dot{W}}_{out, T 2}

(32)

W_{net} = Σ {\dot{W}}_{out} - Σ {\dot{W}}_{in}

(33)

Σ \dot{E} x_{in} = {\dot{Q}}_{in, s t} (1 - \frac{T_{0}}{T_{sun}})

برای یافتن بازده انرژی کلی سیستم، از معادله زیر استفاده می شود:(34)

η_{overall} = \frac{{\dot{m}}_{H_{31}} h_{H_{31}} + {\dot{m}}_{20, b} h_{20, b} + {\dot{Q}}_{cooling} + {\dot{Q}}_{heating} + {\dot{W}}_{net}}{{\dot{Q}}_{in, s t}}

بازده کلی اکسرژی با استفاده از معادله زیر محاسبه می شود:(35)

Ψ_{overall} \frac{{\dot{m}}_{H_{31}} {ex}_{H_{31}} + {\dot{m}}_{20, b} {ex}_{20, b} + {\dot{Q}}_{ev} (1 - \frac{T_{0}}{T_{45}}) + {\dot{Q}}_{c} (1 - \frac{T_{0}}{T_{42}}) + {\dot{W}}_{net}}{{Ex}^{{\dot{Q}}_{in, s t}}}

توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی (قسمت سوم) - ساختمان سبز ایرانیان

3 . مدل سازی و ارزیابی

Leave A Comment Cancel reply

تماس با ما

اخبار جدید ما

پایدار، سبز یا هوشمند؟ مسیرهایی...

پایدار، سبز یا هوشمند؟ مسیرهایی...