ارزیابی سامانه یکپارچه انرژی خورشیدی و زمین‌گرمایی برای تولید همزمان توان، گرما و سرمایش

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 2، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 30، دی 1401، صفحه 19-34   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.76152.1108

نویسنده

امین کاردگر^*

گروه مهندسی مکانیک-دانشکده مهندسی و فناوری-دانشگاه مازندران-بابلسر-ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، یک سامانه انرژی یکپارچه خورشیدی-زمین گرمایی ارائه شده است. این سامانه انرژی از یک محفظه تبخیر یک مرحله­ای زمین گرمایی، سیکل تبرید جذبی تک اثره، سیکل پمپ حرارتی برای عملیات خشک کردن، سامانه ذخیره­ساز انرژی خورشیدی، دو توربین بخار برای تولید توان، تولید سرمایش برای مصارف خانگی و سامانه گرمایشی برای مصارف صنعتی تشکیل شده است. هدف از این سامانه تولید توان، سرمایش و گرمایش برای مصارف خانگی و صنعتی و  خشک کردن محصولات غذایی است. راندمان انرژی و اگزرژی کل این سامانه به ترتیب 92% و %57 است. اثرات عوامل مؤثر مانند دمای محیط، دبی و دمای آب مخزن زمین­گرمایی و دمای آب خروجی از ژنراتور سیکل تبرید جذبی بر راندمان انرژی و اگزرژی سامانه بررسی شده است. با افزایش دمای محیط از K 270 تاK  320 مقدار راندمان انرژی کل تغییری نمی­کند اما راندمان اگزرژی کل، توربین شماره 1 و توربین شماره 2 به ترتیب حدود 7%، 3% و 4% کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

اگزرژی؛ زمین گرمایی؛ انرژی خوشیدی؛ تبرید جذبی؛ تولید توان

مراجع

[1]   F. Cao, H. Li, Q. Ma, and L. Zhao, , "Design and simulation of a geothermal-solar combined chimney power plant", Energy Conversion and Managmnet, vol. 84, Pp.186–195, (2014).

[2]   J. Choi, B. Kang, H. Cho, "Performance comparison between R22 and R744 solar-geothermal hybrid heat pumps according to heat source conditions", Renewable Energy, vol. 71, Pp. 414–424, (2014).

[3]   H. Ghasemi, E. Sheu, A. Tizzanini, M. Paci, and A. Mitsos, "Hybrid solar-geothermal power generation: Optimal retrofitting", Applied Energy, vol. 131, Pp. 158–170, (2014).

[4]   M. Ayub, A. Mitsos, and H. Ghasemi, "Thermo-economic analysis of a hybrid solar-binary geothermal powerplant", Energy, vol. 87, Pp. 326–335, (2015).

[5]   N. Shokati, F. Ranjbar, "Thermodynamic and Exergoeconomic Analysis of Combination of Single-Flash Geothermal Power Cycle with Kalina and ORC with different Organic Fluids", Journal of Solid Fluid Mechanics vol. 5, Pp. 177–192, (1394).

[6]   F. Heberle, M. Hofera, Ni. Ürlings, H. Schröder, Th. Anderlohr, and D. Brüggemanna, "Techno-economic analysis of a solar thermal retrofit for an air-cooled geothermal Organic Rankine Cycle power plant", Renewable Energy, vol. 113, Pp. 494–502, (2017).

[7]   F. Calise, M. D. D’Accadia, A. MacAluso, A. Piacentino, and L. Vanoli, "Exergetic and exergoeconomic analysis of a novel hybrid solar-geothermal polygeneration system producing energy and water", Energy Conversion and  Management, vol. 115, Pp. 200–220, (2016).

[8]   S. M. Alirahmi, S. Rahmani Dabbagh, P. Ahmadi, and S. Wongwises, "Multi-objective design optimization of a multi-generation energy system based on geothermal and solar energy", Energy Conversion and  Management,  vol. 205, Pp. 112426, (2020).

[9]   R. Elghamry, H. Hassan, "Impact a combination of geothermal and solar energy systems on building ventilation, heating and output power: Experimental study", Renewable Energy, vol. 152, Pp. 1403–1413, (2020).

[10] K. H. M. Al-Hamed, I. Dincer, "Investigation of a concentrated solar-geothermal integrated system with a combined ejector-absorption refrigeration cycle for a small community", International Journal of Refrigeration vol. 106, Pp. 407–426, (2019).

[11] S. Zabihollah, D. Rafiee, and F. Torabi, "Geothermal energy and its combination with other renewable energies in combined cycle of power, refrigeration and heating", Scientific Journal of Mechanical Engineering, vol. 29, Pp. 79–89, (1399).

[12] O. Siddiqui, I. Dincer, "A new solar and geothermal based integrated ammonia fuel cell system for multigeneration", Internation Journal of Hydrogen Energy, (2020). doi:10.1016/j.ijhydene.2020.02.109

[13] V. Okati, A. Ebrahimi-Moghadam, A. Behzadmehr, and M. Farzaneh-Gord, "Proposal and assessment of a novel hybrid system for water desalination using solar and geothermal energy sources", Desalination, vol. 467, Pp. 229–244, (2019).

[14] M. A. Ald, S. K. Aria, and S. Jafrmadar, "Analysis of a new hybrid arrangement by using geothermal wells of Sabalan and the LNG cool enegy", Amirkabir Journal of Mechcanical Enginering, vol. 52, Pp. 525–544, (1399).

[15] M. Ciani Bassetti, D. Consoli, G. Manente, and A. Lazzaretto, "Design and off-design models of a hybrid geothermal-solar power plant enhanced by a thermal storage", Renewable Energy, vol. 128, Pp. 460–472, (2018).

[16] J. D. McTigue, D. Wendt, K. Kitz, J. Gunderson, Ni. Kincaid, G. Zhua, "Assessing geothermal/solar hybridization – Integrating a solar thermal topping cycle into a geothermal bottoming cycle with energy storage", Applied Thermal Engineering, vol. 171, Pp. 115121, (2020).

[17] A. Keshvarparast, S. S. M. Ajarostaghi, and M. A. Delavar, "Thermodynamic analysis the performance of hybrid solar-geothermal power plant equipped with air-cooled condenser", Applied Thermal Engineering, vol. 172, Pp. 115160, (2020).

[18] M. Sandali, A. Boubekri, D. Mennouche, and N. Gherraf, "Improvement of a direct solar dryer performance using a geothermal water heat exchanger as supplementary energetic supply. An experimental investigation and simulation study", Renewable Energy, vol. 135, Pp. 186–196, (2019).

[19] Taherifard A, Shahab M. Case Study: Geothermal power plant of Meshkinshahr. Energy Econ. 1389;125(1):31–9. (In Persian)