پیشنهاد یک سیستم ترکیبی چند هدفه به منظور تبدیل انرژی زمین گرمایی به هیدروژن مایع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

3 دکتری مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

4 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

چکیده

هیدروژن مایع راه‌حلی برای ذخیره و انتقال برق است که توسط منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی زمین گرمایی تولید می‌شود. در این مقاله، یک چرخه رانکین آلی و الکترولیز غشا پروتونی، چرخه تبرید جذب آبی آمونیاکی و یک چرخه مایع‌سازی هیدروژن برای ذخیره انرژی زمین‌گرمایی به‌عنوان هیدروژن مایع شبیه‌سازی و تحلیل می‌شوند. توان تولید شده توسط چرخه رانکین آلی برای تولید گاز هیدروژن در الکترولایزر استفاده می­شود، علاوه بر این، سرمایش حاصل از چرخه تبرید جذبی برای پیش خنک کردن گاز هیدروژن تا دمای منفی 9/26 درجه سانتیگراد استفاده می­شود که در ادامه هیدروژن در دمای منفی 253 توسط چرخه مبرد ترکیبی مایع می­شود . نوآوری این مطالعه مبتنی بر استفاده از انرژی سرد حاصل از تبرید جذبی در چرخه تولید هیدروژن مایع و ادغام فرآیند تولید  هیدروژن مایع با سیستم انرژی زمین گرمایی است. با استفاده از انرژی، اگزرژی، و تجزیه و تحلیل اقتصادی، بازده چرخه نهایی در مقایسه با سیستم اولیه بهبود یافت. مصرف ویژه انرژی واحد مایع سازی 81/8 کیلووات ساعت برای هر کیلوگرم هیدروژن بود. در سه سال زمان بازپرداخت، با استفاده از آنالیز اقتصادی در سه سال دوره بازپرداخت حداقل قیمت فروش 2 دلار و 11 سنت محاسبه شد که کمتر از چرخه مشابه تولید هیدورژن مایع ارائه شده در گذشته بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Faramarzi S, Khavari A. An innovative mixed refrigerant hydrogen liquefaction cycle to store geothermal energy as liquid hydrogen. Journal of Energy Storage. 2023 Nov;72: 108008.
  • عبدالعلی پورعدل م, رستمی م, خلیل آریا ش و یاری م, تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم بر مبنای انرژی زمین‌گرمایی برای تولید همزمان توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د51، ش. 3، ص 135-144.
  • Akrami E, Chitsaz A, Nami H, Mahmoudi SMS, Energetic and exergoeconomic assessment of a multi-generation energy system based on indirect use of geothermal energy. Energy. 2017 Apr; 124: 625-639.
  • Abdolalipouradl M, Khalilarya S, Jafarmadar S. Exergoeconomic analysis of a novel integrated transcritical CO2 and Kalina 11 cycles from Sabalan geothermal power plant. Energy Conversion and Management. 2019 Sep; 195: 420-435.
  • Ebadollahi M, Rostamzadeh H, Ghaebi H, Amidpour M. Exergoeconomic analysis and optimization of innovative cascade bi-evaporator electricity/cooling cycles with two adjustable cooling temperatures. Applied Thermal Engineering. 2019 Apr; 152: 890-906.
  • Alirahmi SM, Assareh E, Pourghassab NN, Delpisheh M, Barelli L, Baldinelli A. Green hydrogen & electricity production via geothermal-driven multi-generation system Thermodynamic modeling and optimization. Fuel. 2022 Jan; 308: 122049.
  • Hekmatshoar M, Deymi-Dashtebayaz M, Gholizadeh M, Dadpour D, Delpisheh M. Thermoeconomic analysis and optimization of a geothermal-driven multi-generation system producing power, freshwater, and hydrogen. Energy. 2022 May; 247: 123434.
  • Moradi Nafchi F, Afshari E, Baniasadi E, Javani N. A parametric study of polymer membrane electrolyser performance. energy and exergy analyses. International Journal of Hydrogen Energy. 2019 Jul; 44: 18662–18670.
  • El-Emam RS, Dincer I. Development and assessment of a novel solar heliostat-based multigeneration system. International Journal of Hydrogen Energy. 2018 Feb; 43: 2610-2620.
  • Hammad A, Dincer I. Analysis and assessment of an advanced hydrogen liquefaction system. International Journal of Hydrogen Energy. 2018 Jan; 43: 1139–1151/
  • Yang JH, Yoon Y, Ryu M, An SK, Shin J, Lee CJ. Integrated hydrogen liquefaction process with steam methane reforming by using liquefied natural gas cooling system. Applied Energy. 2019 Dec; 255: 113840.
  • Yin L, Ju Y. Process optimization and analysis of a novel hydrogen liquefaction cycle. International Journal of Refrigeration. 2020 Feb; 110: 219–230.
  • Kanoglu M, Yilmaz C, Abusoglu A. Geothermal energy use in absorption precooling for Claude hydrogen liquefaction cycle. International Journal of Hydrogen Energy. 2016 Jul; 41: 11185–11200.
  • Carmo M, Fritz DL, Mergel J, Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy. 2013 Apr; 38: 4901–4934.
  • Nikzad, A., Mafi, M., and Faramarzi, S., Waste heat recovery as lioquid hydrogen, In31th Annual International Conference of the Iranian Association of Mechanical Engineers, Iran 2023.
  • فرامرزی س، موسوی نائینیان س م، مافی مصطفی، قاسمی اصل ر، اصلاح و بهینه‌سازی چرخه مایع‌ساز هیدروژن مجهز به سیستم تبخیرکنندۀ گاز طبیعی مایع. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د52، ش. 3، ص 11-20.
  • Aasadnia M, Mehrpooya M. Conceptual design and analysis of a novel process for hydrogen liquefaction assisted by absorption precooling system. Journal of Cleaner Production. 2018 Dec; 205: 65–588.
  • Faramarzi S, Nainiyan SMM, Mafi M, Ghasemiasl R. A novel hydrogen liquefaction process based on LNG cold energy and mixed refrigerant cycle. International Journal of Refrigeration. 2021 Nov; 131: 263–274.
  • Valenti G, MacChi E, Brioschi S. The influence of the thermodynamic model of equilibrium-hydrogen on the simulation of its liquefaction. International Journal of Hydrogen Energy. 2012 Jul; 37: 10779–10788.
  • Aasadnia M, Mehrpooya M, Ghorbani B. A novel integrated structure for hydrogen purification using the cryogenic method. Journal of Cleaner Production. 2021 Jan; 278: 123872.
  • Cardella U, Decker L, Sundberg J, Klein H. Process optimization for large-scale hydrogen liquefaction International Journal of Hydrogen Energy. 2017 Apr; 42: 12339-12354.
  • Ni M, Leung MKH, Leung DYC. Energy and exergy analysis of hydrogen production by a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer plant. Energy Conversion and Management. 2008 Oct; 49: 2748–2756.
  • Faramarzi S, Mousavi Nainiyan SM, Mafi M, Ghasemiasl R. Energy, exergy, and economic analyses of an innovative hydrogen liquefaction process utilising liquefied natural gas regasification system International Journal of Exergy. 2022 Jul;38: 442-456.
  • Couper JR. Process Engineering Economics. CRC Press; 2003 Aug 27.
  • Faramarzi S, Mousavi Nainiyan SM, Mafi M, Ghasemiasl R. Genetic algorithm optimization of two natural gas liquefaction methods based on energy, exergy, and economy analyses: the case study of Shahid Rajaee power plant peak-shaving system. Gas Processing Journal. 2021 Jun; 9: 91–108.
  • Nourbakhsh A, Khalilehdeh MN, Faramarzi S, Mafi M. Energy, exergy and economic analysis of a hydrogen liquefaction process integrated with a PRICO cycle. Gas Processing Journal. 2021 Jul; 9: 83–102.
  • Serio L, Bremer J, Claudet S, Delikaris D, Ferlin G, Pezzetti M, Pirotte O. CERN experience and strategy for the maintenance of cryogenic plants and distribution systems. Materials Science and Engineering. 2015, ;101: 012140.
  • Faramarzi S, Mafi M, Nainiyan SM, Ghasemiasl R. Modification of a fuel peak-shaving system in Shahid Mofateh power plant. In29th Annual International Conference of the Iranian Association of Mechanical Engineers, Iran 2021.
  • نوربخش سعدآباد آ، نامی خلیل­ده م، رنجبر س­ف، فرامرزی س، فیروزی ف. تولید بدون آلایندگی هیدروژن و مایع سازی آن با استفاده از انرژی خورشیدی و الکترولایزر غشاء پروتونی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د52، ش. 2، ص 173-182.
  • Faramarzi S, Nainiyan SM, Mafi M, Ghasemiasl R. Proposing a simultaneous production cycle of liquid natural gas and liquid hydrogen. In29th Annual International Conference of the Iranian Association of Mechanical Engineers, Iran 2021.
  • Nikzad A, Mafi M, Faramarzi S. Hydrogen production from waste heat energy. In31th Annual International Conference of the Iranian Association of Mechanical Engineers, Iran 2023.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار