تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید همزمان بر مبنای توربین گازی با سوخت بیوگاز برای تولید توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن

امروزه یکی از فن‌آوری‌های مناسب از نظر تولید توان و صرفه‌جویی در مصرف انرژی با راندمان بالا، استفاده از سیستم‌های تولید همزمان است که از سوختهای تجدید پذیر به عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی استفاده می‌شود. در این مطالعه سیستم تولید همزمان شامل توربین گازی مبتنی بر سوخت بیوگاز، چرخه رانکین آلی، آب‌گرم‌کن داخلی، واحد اسمز معکوس و الکترولایزر غشاء پروتونی می‌باشد. این سیستم تولید همزمان جدید از دیدگاه انرژی و اگزرژی تحلیل شده است، سپس یک مطالعه پارامتری برای نشان دادن تاثیر برخی پارامترهای کلیدی (از جمله نسبت فشار کمپرسور، فشار چگالنده، دمای تبخیرکن، دمای پیش‌گرمکن و دمای ورودی توربین گازی) روی پارامترهای عملکرد سیستم تولید همزمان مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتا این سیستم نسبت به بازده حرارتی بهینه‌سازی شده است. نتایج بهینه‌سازی نشان می‌دهد که بازده حرارتی دارای مقادیر بهینه نسبت به دمای تبخیرکن و نسبت فشار کمپرسور می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که مقادیر توان خالص تولیدی 1192 کیلووات، آب شیرین تولیدی 5.584 کیلوگرم بر ثانیه، بازده حرارتی %55.74، بازده اگزرژی %30.56، هیدروژن تولیدی 1.455 کیلوگرم بر ساعت و تخریب اگزرژی کل 2827 کیلووات می‌باشد.

Thermodynamic analysis of a multigeneration system based on biogas fired gas turbine for power, fresh water, heating and hydrogen production

Nowadays, one of the suitable technologies in terms of power generation and saving energy with high efficiency is using the multigeneration systems that renewable fuels are used as an alternative to fossil fuels. In the present study, a multigeneration system including biogas fired gas turbine, Organic Rankine Cycle (ORC), domestic water heater, Reverse Osmosis (RO) unit and Proton Exchange Membrane (PEM) electrolyzer. The proposed multigeneration system is assessed from energy and exergy viewpoints. After that, a comprehensive parametric study is carried out to show the effects of some key parameters (including pressure ratio of compressor, condenser pressure, evaporator temperature, preheater temperature and inlet temperature of gas turbine) on main performance criteria of the multigeneration system. Finally, the multi generation system is optimized from thermal efficiency point of view. The optimization results indicate that the thermal efficiency has optimum values for evaporator temperature and pressure ratio of compressor. Also, results show that the values of generated power, produced fresh water, thermal efficiency, exergy efficiency, produced hydrogen and total exergy destruction are calculated as 1192 kW, 5.584 kg/s, 55.74%, 30.56%, 1.455 kg/hr and 2827 kW, respectively.