مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه‌سازی چندهدفه چرخه ترموشیمیایی وانادیوم کلرید یکپارچه با نیروگاه خورشیدی برای تولید هیدروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه علم وصنعت ایران
10.48311/mme.2025.96890.0
چکیده
گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی که عمدتاً ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای هستند، چالش‌های جهانی قابل‌توجهی را به‌وجود آورده‌اند. مقابله با این مسائل نیازمند کاهش چشمگیر در میزان انتشار این گازها است. این مطالعه به ارزیابی فنی و اقتصادی تولید هیدروژن از انرژی خورشیدی می‌پردازد که در آن از الکترولایزر غشای تبادل پروتون (PEM) و چرخه ترموشیمیایی وانادیوم کلرید (V-Cl) استفاده شده است. واحد برج خورشیدی انرژی لازم را برای راه‌اندازی چرخه رانکین آلی آبشاری (CORC) به‌منظور تولید برق و نیز یک واحد ترموشیمیایی برای تولید هیدروژن فراهم می‌کند، که امکان هم‌زمانی تولید برق و هیدروژن را فراهم می‌سازد. تمام برق تولیدشده توسط CORC به الکترولایزر PEM برای تولید هیدروژن اختصاص می‌یابد و در نتیجه، سیستم دارای قابلیت دوگانه تولید هیدروژن است. ارزیابی‌های امکان‌سنجی بر اساس اصول ترمودینامیکی و تحلیل‌های اگزرژی‌محور انجام می‌شوند، در حالی که ارزیابی‌های اقتصادی عملکرد سیستم را اندازه‌گیری می‌کنند. همچنین، از بهینه‌سازی چندهدفه برای تعیین شرایط عملیاتی بهینه سیستم استفاده شده است. در نقطه بهینه، سیستم به نرخ تولید هیدروژن 125.029 کیلوگرم در ساعت، بازده انرژی 39.66 درصد، و نرخ هزینه کلی چرخه برابر با 120.937 دلار در ساعت دست می‌یابد.

 
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Multi-Objective Optimization of a Vanadium Chloride Thermochemical Cycle Integrated with Solar Power Plant for Hydrogen Production

نویسندگان English

Morteza Morteza 1
Ehsan Yazdi 2
Mahdi Moghimi 3
1 Student of the Faculty of Mechanical Engineering at Iran University of Science and Technology.
2 ُSchool of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Associate Professor- School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده English

Global warming and climate change, primarily driven by greenhouse gas emissions, present significant global challenges. Addressing these issues requires substantial reductions in greenhouse gas emissions. This study provides a technical and economic evaluation of hydrogen production from solar energy, utilizing a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer and the vanadium chloride (V-Cl) thermochemical cycle. The solar power tower unit supplies the necessary energy to drive a cascaded Organic Rankine Cycle (CORC) for power generation, as well as a thermochemical hydrogen production unit, enabling the cogeneration of electricity and hydrogen. All power generated by the CORC is directed to the PEM electrolyzer for hydrogen production, resulting in dual hydrogen production capabilities within the system. Feasibility assessments are conducted using thermodynamic principles and exergy-based analyses, while economic evaluations gauge the system’s performance. Moreover, multi-objective optimization is employed to determine the optimal operational conditions of the system. At the optimal point, the system achieves a hydrogen production rate of 125.029 kg/h, an energy efficiency of 39.66%, and an overall cycle cost rate of 120.937 $/h.

کلیدواژه‌ها English

Hydrogen production
Proton exchange membrane electrolyzer
Vanadium chloride cycle
Cascaded organic rankine cycle
Economic

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 آذر 1404