شبیه سازی و تحلیل یک سیستم تولید همزمان برق، حرارت و برودت بر پایه محرک اولیه خورشیدی
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
1 - دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
2 - دانشجو کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
کلید واژه: تولید هم زمان برق, حرارت, برودت, انرژی خورشیدی,
چکیده مقاله :
سیستمهای تولید همزمان برق، حرارت و برودت، راهکاری پیشرفته جهت تامین یکپارچه حاملهای انرژی هستند که ضمن ارتقای بازدهی، نیازهای برودتی را نیز در کنار تقاضای الکتریکی و حرارتی پوشش میدهند. بهرهگیری از این سیستمها مزایای متعددی از جمله افزایش راندمان کل، تحقق اهداف تولید پراکنده (کاهش تلفات انتقال و توزیع) و ارتقای قابلیت اطمینان و امنیت انرژی در زمانهای بحرانی را به همراه دارد. در این پژوهش، یک سیکل نوین تولید همزمان با محرک انرژی تجدیدپذیر خورشیدی و با بهرهگیری از سیال عامل R123 طراحی شده است. فرایند شبیهسازی و تحلیل عملکرد سیستم با توسعه کد در محیط نرمافزار متلب و فراخوانی خواص ترمودینامیکی از پایگاه داده رفپراپ صورت پذیرفت. پارامترهای کلیدی مطالعه شامل دمای ورودی توربین، بازده گیرنده خورشیدی و بازدههای آیزنتروپیک توربین و پمپ در نظر گرفته شدند. نتایج حاصل از مدلسازی نشاندهنده عملکرد مطلوب سیستم است؛ بهطوریکه توان تولیدی توربین 9/ 219 کیلو وات، توان مصرفی پمپ 6/4 کیلو وات و و توان خالص الکتریکی 3/215 کیلو وات محاسبه گردید. همچنین، این سیستم قادر به تامین بار حرارتی معادل 7/209 کیلو وات و بار برودتی 6/53 کیلو وات میباشد. ارزیابی نهایی نشان میدهد که سیستم پیشنهادی با بازده انرژی کل 89/31%، بازده الکتریکی 35/%14 و بازده اکسرژی 25/12%، گزینهای کارآمد جهت تامین همزمان نیازهای انرژی ساختمان با تکیه بر منابع تجدیدپذیر محسوب میشود.
CCHP systems supply the cooling energy required for the complex along with the demand for power and heat simultaneously. The input energy of this system can be supplied from renewable energy sources such as solar energy, etc. The use of simultaneous production systems due to the high efficiency of these systems and also due to outspread production (which reduces losses in the energy transmission and distribution) can be a very suitable and practical solution to increase energy efficiency in Iran. The use of these systems can also partially prevent energy outages in critical times such as disorders in production, transmission or distribution. In this research, a cogeneration system with a new configuration and using renewable energy as the input energy of the system is investigated. Solar energy is condensed in the concentrator system and radiates into the tube containing the fluid. With concentrated radiation as the input of the cogeneration system and the use of a recuperator to increase the recovery. In the following, the effect of turbine inlet temperature on output (total energy efficiency and exergy efficiency) and the effect of receiver efficiency on output and the effect of turbine isentropic efficiency on output and the effect of isentropic efficiency of the pump on the output are discussed. On the other hand, it is the first time that R11 and R123 operating fluids are investigated in this new solar CCHP system simultaneously in a research.
[1] Ammar, A. A., Sopian, K., Alghoul, M. A., Elhub, B., Elbreki, A. M., (2019). Performance study on photovoltaic/thermal solar-assisted heat pump system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 136(1), pp 79-87.
[2] Moltames, R., Azizimehr, B., & Assareh, E., (2019). Energy and Exergy Efficiency Improvement of a Solar Driven Trigeneration System Using Particle Swarm Optimization Algorithm. Journal of Solar Energy Research, 4(1), pp 31-39.
[3] Kang, L., Wu, X., Yuan, X., Ma, K., Wang, Y., Zhao, J., An, Q., (2021). Influence analysis of energy policies on comprehensive performance of CCHP system in different buildings. Energy, 233, p. 121159.
[4] Zarei, A., Akhavan, S., Rabiee, M. B., Elahi, S., (2021). Energy, exergy and economic analysis of a novel solar driven CCHP system powered by organic Rankine cycle and photovoltaic thermal collector. Applied Thermal Engineering, 194, p.117091.
[5] Almasri, R. A., Narayan, S., (2021). A recent review of energy efficiency and renewable energy in the Gulf Cooperation Council (GCC) region. International Journal of Green Energy, 18(14), pp 1441-1468.
[6] Girishkumar, G.S., Kamesh, M.R., Yogaraj, D., Kumar, S.R., Kiran Kumar, K.U., Nagaprasad, K.S., Balthilak, A., Govindaraju, H., Srinivasan, V.R., (2025). Solar Based Combined Heating, Cooling and Power production System Towards Zero Energy Buildings. Journal of Mines, Metals & Fuels, 73(10).
[7] Wang, Y., Yang, J., Hou, Y., Song, Y., Xia, L., Sun, X., Wang, L., Teng, J. and Xiang, S., (2025). Multi-objective optimization and performance analysis of CCHP system for working fluid selecting mechanism modeling. Energy, p.137078.
[8] Zhang, M., Wu, Q., Wen, J., Lin, Z., Fang, F., Chen, Q., (2021). Optimal operation of integrated electricity and heat system: A review of modeling and solution methods. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 135, p.110098.
[9] Zhao, P., (2021). Optimization for Integrated Electricity and Gas Systems Considering Uncertainties (Doctoral dissertation, University of Bath).
[10] Wang, J., Zhai, Z. J., Jing, Y., Zhang, C., (2010). Particle swarm optimization for redundant building cooling heating and power system. Applied energy, 87(12), pp 3668-3679.
[11] Cengel, Y. A., Boles, M. A., (2002). Thermodynamics: an engineering approach. Sea, 1000(8862), pp 287-293.
[12] Boyaghchi, F. A., Heidarnejad, P., (2015). Energy and exergy analysis and optimization of a μ-solar-driven combined ejector-cooling and power system based on organic Rankine cycle using an evolutionary algorithm. Scientia Iranica, 22(1), pp 245-257.
