2 . توضیحات سیستم
شکل 1 سیستم چند نسلی با انرژی خورشیدی را نشان می دهد . هدف این سیستم بهره برداری از انرژی خورشیدی از SPT برای تولید چندین خروجی ارزشمند از جمله آب شیرین، هیدروژن، گرمایش و سرمایش و برق به نفع جامعه است. انرژی خورشیدی مهار شده توسط سیستم برای تولید برق در سیکل ترکیبی استفاده می شود. برای ارائه عملکرد مداوم در طول روز توسط یک سیستم ذخیره سازی نگهداری می شود. تولید شفت کار با ادغام چرخه ترکیبی برج خورشیدی، سیکل ترکیبی قدرت گاز-بخار و سیستم سوم MED (Multi-Effect Distillation) که با گرمای مازاد تغذیه می شود، به دست می آید. راکتور الکترولیز معمولی PEC، با استفاده از آب شیرین واحد MED ، مسئول تولید هیدروژن است. علاوه بر این، یک واحد تبرید جذبی برای تامین گرمایش و سرمایش جامعه استفاده می شود. پس از فرآیند تولید هیدروژن ، تحت فشرده سازی قرار می گیرد و سپس به ایستگاه سوخت گیری هیدروژن ارسال می شود .
شکل 1 . طرحی از سیستم پیشنهادی
2.1 . برج برق خورشیدی
برج برق خورشیدی (SPT) یا نیروگاه حرارتی خورشیدی ، تکنیکی است که از آینهها یا هلیواستاتها برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی گیرنده مرکزی واقع در بالای برج استفاده میکند، بنابراین انرژی خورشید را مهار میکند . سپس انرژی خورشیدی متمرکز برای افزایش دمای یک ماده در حال کار، معمولاً نمک مذاب یا یک سیال انتقال حرارت تخصصی ، برای دستیابی به دمای بالا مناسب برای تولید برق استفاده میشود. نمک مذاب مورد استفاده برای این مطالعه 40 درصد کلرید پتاسیم و 60 درصد کلرید سدیم است . با گسترش این اختراع، ادغام مخازن ذخیرهسازی سرد و گرم ، قابلیت ذخیرهسازی انرژی سیستم را افزایش میدهد و از این رو کارایی و قابلیت اطمینان کلی آن را به حداکثر میرساند . یک مخزن ذخیره حرارتی با دمای بالاتر 574 ◦ C و یک مخزن ذخیره حرارتی با دمای کمتر 290 ◦ C ذخیره انرژی حرارتی نمک مذاب را تشکیل می دهند . HEX1 مبدل حرارتی 1 است که SPT را به چرخه یکپارچه متصل می کند.
2.2 . چرخه ترکیبی (با استفاده از چرخه های برایتون و رانکین)
چرخه برایتون یک فرآیند ترمودینامیکی است که عملکرد موتورهای توربین گازی را توضیح می دهد . هلیم به عنوان سیال عامل در چرخه برایتون عمل می کند. زیرا هلیوم اغلب در کاربردهایی که نیاز به پایداری و کارایی در دمای بالا دارند به دلیل کاهش چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه ترجیح داده می شود [26] . این فرآیند با فشرده سازی گاز هلیوم در کمپرسور (C1) برای افزایش فشار آن شروع می شود. هنگامی که هلیوم فشرده می شود، دما و فشار آن افزایش می یابد و در نتیجه انرژی داخلی آن افزایش می یابد. هلیوم گرما را توسط HTF در مبدل حرارتی 1 (HEX1) جذب می کند و دمای آن را افزایش می دهد.
هلیوم که در دمای بالا و فشار بالا است، از HEX1 تخلیه می شود و در یک توربین گاز (T1) انبساط می یابد . هلیوم تحت انبساط قرار می گیرد و بر توربین نیرو وارد می کند، بنابراین انرژی را استخراج می کند که ممکن است برای تامین انرژی یک ژنراتور برای تولید برق استفاده شود. فرآیند انبساط منجر به کاهش همزمان دما و فشار هلیوم می شود. به دنبال انبساط در توربین، هلیوم که هم در دما و هم فشار کاهش یافته است، به مبدل حرارتی 2 (HEX2) فرستاده می شود تا خنک شود. مبدل حرارتی انتقال انرژی حرارتی از هلیوم به آب را تسهیل می کند، که به عنوان یک سیال عامل در چرخه بخار رانکین استفاده می شود ، بنابراین آن را برای چرخه فشرده سازی بعدی آماده می کند. یک روش پرکاربرد برای بهبود راندمان کلی تولید برق، استفاده از گرمای هدر رفته از یک چرخه برایتون برای تامین انرژی چرخه رانکین است. یک سیال ثانویه، آب، برای تولید بخار در مبدل حرارتی 2 (HEX2) با انتقال حرارت تلف شده از چرخه برایتون به آن استفاده می شود. در حالت 11، آب با رسیدن به پمپ در فاز مایع اشباع قرار دارد. به دلیل فشرده سازی ایزنتروپیک ، حجم ویژه آب کاهش می یابد و در نتیجه دمای آن افزایش جزئی ایجاد می کند. در مرحله 12، آب مایع تحت فشار به HEX2 وارد می شود و در مرحله 13، بخار بسیار گرم آزاد می شود. بخار بسیار گرم شده در حالت 13 وارد توربین می شود و تحت یک انبساط ایزنتروپیک قرار می گیرد و در حین چرخاندن شفت متصل به ژنراتور الکتریکی کار ایجاد می کند. فشار و دمای بخار در طول این روش به سطوح خاصی کاهش می یابد. در مرحله 14، بخار به مبدل حرارتی 3 (HEX3) وارد می شود.
2.3 . ACS
تبرید آمونیاک/جذب آب با هدایت حرارتی از جذب گاز آمونیاک در آب برای خنک شدن استفاده می کند. در اینجا اواپراتور ، جاذب، ژنراتور، کندانسور، پیش خنک کننده و یکسو کننده این سیستم را تشکیل می دهند. اواپراتور در حالت 46 محلول آمونیاک-آب را با جذب گرما از مایع خنک کننده خنک می کند. در جاذب مرحله 34، آب بخار آمونیاک را جذب می کند و آن را رقیق می کند. پس از پمپاژ به فشار بالا در حالت 35 و پیش سرد شدن، محلول ضعیف وارد یکسو کننده می شود. پس از اینکه یکسو کننده در حالت 42 آمونیاک را از آب جدا کرد، مایعی با غلظت بالا به جاذب منتقل می شود، در حالی کهبخار آبچرخه را کامل می کند. ژنراتور محلول آمونیاک قوی را برای تبخیر آن گرم می کند که به پیش کولر و اواپراتور عرضه می شود. این فرآیند مداوم خنکسازی مؤثری را ایجاد میکند و سیستم تبرید جذب آمونیاک/آب رابرای بسیاری از کاربردها مفید میسازد. پیش خنک کننده و یکسو کننده کارایی آن را بهینه می کند.
2.4 . واحد نمک زدایی چند اثره
در سیستم یکپارچه پیشنهادی ، گرمای تلف شده از چرخه رانکین برای نمکزدایی چند اثره (MED) از طریق HEX3 استفاده میشود. با استفاده از گرمای تلف شده از SRC، سیستم تقطیر چند اثر متصل به طور موثر آب آشامیدنی را از طریق سیستم متصل به هم تولید می کند . اثربخشی سیستم در صرفه جویی در انرژی با استفاده مجدد از گرمایی که با استفاده از این روش تلف می شد، بهبود می یابد. پمپ 4 (P4) وظیفه انتقال آب شور به هر فاز را با پاشیدن به عهده دارد. آب مایع اشباع شده در حالت 16، نقطه شروع فرآیند، با استفاده از گرمای باقیمانده جمعآوریشده توسط چرخه رانکین در HEX3 تبخیر شده است. چگالش حاصل ازبخار همان چیزی است که اولین مرحله را با گرمای مورد نیاز تامین می کند. با اجازه دادن به تراکم بخار گرم شده، هر واحد نمک زدایی آب مقطر ایجاد می کند. علاوه بر تامین آب مورد نیاز جامعه، آب تمیز به مخزن ذخیره آب هدایت میشود تا الکترولیزور هیبرید شده اخیراً تولید اکسیژن، هیدروژن، گاز کلر، هیدروکسید سدیم و گاز کلر کند.
2.5 . الکترولیز هیبریدی
هدف اصلی مطالعه طراحی شده ساخت و تجزیه و تحلیل یک سیستم هیبریدی جدید برای تولید هیدروژن با ادغام PEC و فناوری های الکترولیز کلاسیک است . با توجه به مطالعه انجام شده در این موضوع، یک راکتور هیبریدی جدید ساخته شده است که اولین تلاش برای ترکیب دو سلول الکترولیز جداگانه است . سیستم ترکیبی پیشنهادی کارایی تولید هیدروژن را افزایش میدهد و سیستم را قادر میسازد حتی در غیاب تابش خورشیدی و فرآیندهای PEC، که به طور معمول بر انرژی خورشیدی به عنوان نیروی محرک اولیه تکیه میکنند، کار کند.
تغذیه آنولیت و کاتولیت برای هر دو سلول شامل H 2 O، یک محلول NaCl اشباع و یک الکترولیت KOH است. PEC از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک آند، یک غشای تبادل کاتیونی و یک فوتوکاتد . این تحقیق در درجه اول بر روی همان آند مورد استفاده در هر دو سلول متمرکز است.
برای افزایش قابلیت حمل و نقل و راندمان ذخیره سازی هیدروژن، برای بهبود چگالی آن فشرده می شود. فشرده سازی برای ذخیره سازی کارآمد و انتقال مقادیر قابل توجهی هیدروژن ضروری است. هیدروژن فشرده در مخازنی ذخیره می شود که به طور خاص برای فشار بالا یا سایر روش های ذخیره سازی مناسب ساخته شده اند. ملاحظات نگهداری شامل عواملی مانند دما، فشار و رعایت قوانین ایمنی است. کامیون ها یا خطوط لوله انتقال هیدروژن اختصاصی معمولاً هیدروژن فشرده و ذخیره شده را به ایستگاه پر کردن مجدد منتقل می کنند. نحوه حمل و نقل انتخابی با عواملی مانند حجم تولید و نزدیکی به جایگاه های نفت تعیین می شود. جدول 1 خلاصه ای مختصر از هر مرحله درگیر در چرخه پیشنهادی ارائه می دهد. جدول یک نمای کلی مختصر از سیالات کاری به کار گرفته شده در چهار چرخه ترمودینامیکی منحصر به فرد را ارائه می دهد که نقش حیاتی در کاربردهای متنوع صنعتی و انرژی ایفا می کنند . چرخه خورشیدی از ترکیب نمک مذاب متشکل از 60 درصد نیترات سدیم (NaNO 3 ) و 40 درصد نیترات پتاسیم (KNO 3 ) به دلیل پایداری حرارتی و ظرفیت گرمایی استثنایی آن استفاده می کند. چرخه برایتون، که معمولاً در توربینهای گازی و موتورهای جت استفاده میشود، از هلیوم به دلیل ویژگیهای حرارتی استثنایی آن استفاده میکند. SRC که معمولاً در نیروگاه ها به کار می رود، از بخار به عنوان وسیله ای برای به حرکت درآوردن توربین ها و تولید نیروی الکتریکی استفاده می کند. در نهایت، ABS در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع استفاده می شود. از ترکیب آمونیاک-آب استفاده می کند که آمونیاک به عنوان مبرد و آب به عنوان جاذب عمل می کند. این ترتیب انتقال گرما و سرمایش موثر را امکان پذیر می کند.
جدول 1 . نقاط و مراحل حالت در کل ساختار طراحی شده.
| جریان | فاز | جریان | فاز | جریان | فاز | جریان | فاز | جریان | فاز |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 11 | بخار | ساعت 20 | آب شیرین | 30 | KOH | 40 | آمونیاک / آب |
| 2 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 12 | بخار | 21 | آب شیرین | 31 | H 2 | 41 | آمونیاک / آب |
| 3 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 13 | بخار | 22 | NaCl (نشسته) | 32 | H 2 | 42 | آمونیاک / آب |
| 4 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 14 | بخار | 23 | NaCl (دپ) | 33 | H 2 | 43 | آمونیاک / آب |
| 5 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 15 | آب دریا | 24 | Cl 2 | 34 | آمونیاک / آب | 44 | آمونیاک / آب |
| 6 | 60 % NaNO 3 ، 40 % KNO 3 | 16 | آب دریا | 25 | NaOH(aq) | 35 | آمونیاک / آب | 45 | آمونیاک / آب |
| 7 | هلیوم | 17 | بخار | 26 | H 2 | 36 | آمونیاک / آب | 46 | آمونیاک / آب |
| 8 | هلیوم | 18 | بخار | 27 | KOH | 37 | آمونیاک / آب | 47 | آمونیاک / آب |
| 9 | هلیوم | 19 | آب نمک | 28 | O 2 | 38 | آمونیاک / آب | ||
| 10 | هلیوم | 20 | آب شیرین | 29 | H 2 | 39 | آمونیاک / آب |
Leave A Comment