ارزیابی عملکردی سیستم تولید هیدروژن با استفاده از فناوری ترکیبی فتوولتائیک-سیکل رانکین آلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی انرژی‌های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی انرژی‌های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.52547/jrenew.10.2.36

چکیده

هیدروژن معمولا ابزاری برای ذخیره‌سازی انرژی تولیدی از منابع انرژی تجدیدپذیر گرفته می‌شود. در این میان، الکترولایزر وسیله‌ای است که از طریق آن می‌توان به تولید هیدروژن به صورت پایدار پرداخت. هیدروژن می‌تواند به عنوان یک حامل انرژی در نظر گرفته شده و در مواقع لازم به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی تبدیل شود. در این مقاله، یک سیستم فتوولتائیک متمرکز/سیکل رانکین آلی کوپل شده با الکترولایزر غشاء پلیمری شبیه‌سازی می‌شود. انرژی تابشی خورشید متمرکزشده توسط متمرکزکننده به عنوان انرژی ورودی سیستم استفاده می‌شود. قسمتی از این تابش به صورت مستقیم توسط پنل فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل شده و مابقی به صورت حرارت وارد سیکل رانکین آلی می‌شود. حرارت در سیکل توسط توربین به انرژی مکانیکی و نهایتا توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. مجموع توان الکتریکی تولید شده توسط پنل و سیکل رانکین آلی وارد الکترولایزر شده و باعث تولید هیدروژن می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که توان الکتریکی خالص تولیدی سیستم برابر است با میزان 3820 وات که این مقدار معادل است با تولید 0.02072 گرم بر ثانیه هیدروژن و نیز تولید 0.0829 گرم بر ثانیه اکسیژن.

کلیدواژه‌ها


[1] G. K. Singh, Solar power generation by PV (photovoltaic) technology: A review, Energy, Vol. 53, pp. 1–13, 2013.
[2] A. Murty and C. Y. P. D. P. Rajanish, Enhanced energy harvesting and analysis of a High Concentration Photovoltaic /Thermal System with support of Cooling fluid and Increased Mass Flow Rates, International Journal of Engineering and Technology, Vol. 8 No. 2, pp. 1077-1085, 2016.
[3] C. Renno, F. Petito, D. D’Agostino, and F. Minichiello, Modeling of a CPV/T-ORC Combined System Adopted for an Industrial User, Energies, Vol. 13, No. 13, p. 3476, 2020.
[4] M. A. Al-Nimr, M. Bukhari, and M. Mansour, A combined CPV/T and ORC solar power generation system integrated with geothermal cooling and electrolyser/fuel cell storage unit, Energy, Vol. 133, pp. 513–524, 2017.
[5] M. A. Al-Nimr and W. A. Al-Ammari, A novel PVT/PTC/ORC solar power system with PV totally immersed in transparent organic fluid, International Journal of Energy Research, Vol. 43, No. 9, pp. 4766–4782, 2019.
[6] C. Golonis, A. Skiadopoulos, D. Manolakos, and G. Kosmadakis, Assessment of the performance of a low-temperature Organic Rankine Cycle engine coupled with a concentrating PV-Thermal system, Renewable Energy, Vol. 179, pp. 1085–1097, 2021.
[7] T. J. Zhang and E. N. Wang, Design of a microscale organic rankine cycle for high-concentration photovoltaics waste thermal power generation, Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITHERM), pp. 993–1002, 2012.
[8] R. Moltames and R. Roshandel, Techno-economic analysis of a modified concentrating photovoltaic/organic Rankine cycle system, International Journal of Ambient Energy, 2020.
[9] S.E. Hosseini, B. Butler, Design and Analysis of a Hybrid Concentrated Photovoltaic Thermal System Integrated with an Organic Rankine Cycle for Hydrogen Production, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 144, pp. 763–778, 2020.
[10] S. Dubey, J. N. Sarvaiya, and B. Seshadri, Temperature Dependent Photovoltaic (PV) Efficiency and Its Effect on PV Production in the World – A Review, Energy Procedia, Vol. 33, pp. 311–321, 2013.
[11] J. Ji, K. Liu, T. tai Chow, G. Pei, W. He, and H. He, Performance analysis of a photovoltaic heat pump, Applied Energy, Vol. 85, No. 8, pp. 680–693, 2008.
[12] S. Van Erdeweghe, J. Van Bael, B. Laenen, and W. D’Haeseleer, Influence of the pinch-point-temperature difference on the performance of the Preheat-parallel configuration for a low-temperature geothermally-fed CHP, Energy Procedia, Vol. 129, pp. 10–17, 2017.
[13] G. Kosmadakis, D. Manolakos, and G. Papadakis, Simulation and economic analysis of a CPV/thermal system coupled with an organic Rankine cycle for increased power generation, Solar Energy, Vol. 85, No. 2, pp. 308–324, 2011.
[14] S. Karellas and A. Schuster, Supercritical Fluid Parameters in Organic Rankine Cycle Applications, International Journal of Thermodynamics, Vol. 11, No. 3, pp. 101–108, 2008.
[15] K. Yang and H. Zhang, Performance Analysis of the Organic Rankine Cycle (ORC) System under Engine Various Operating Conditions, Journal of Clean Energy Technologies, Vol. 3, No. 5, pp. 340–344, 2015.
[16] P. Ahmadi, I. Dincer, and M. A. Rosen, Performance assessment and optimization of a novel integrated multigeneration system for residential buildings, Energy and Buildings, Vol. 67, pp. 568–578, 2013.
[17] P. Ahmadi, I. Dincer, and M. A. Rosen, Energy and exergy analyses of hydrogen production via solar-boosted ocean thermal energy conversion and PEM electrolysis, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 38, No. 4, pp. 1795–1805, 2013.
[18] M. Ni, M. K. H. Leung, and D. Y. C. Leung, Energy and exergy analysis of hydrogen production by a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer plant, Energy Conversion and Management, Vol. 49, No. 10, pp. 2748–2756, 2008.
[19] M. Ebrahimi, A. Keshavarz, and A. Jamali, Energy and exergy analyses of a micro-steam CCHP cycle for a residential building, Energy and Buildings, Vol. 45, pp. 202–210, 2012.
[20] T. A. H. Ratlamwala, I. Dincer, and M. A. Gadalla, Thermodynamic analysis of an integrated geothermal based quadruple effect absorption system for multigenerational purposes, Thermochimica Acta, Vol. 535, pp. 27–35, 2012.
[21] Y. E. Yuksel, M. Ozturk, and I. Dincer, Thermodynamic analysis and assessment of a novel integrated geothermal energy-based system for hydrogen production and storage, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 43, No. 9, pp. 4233–4243, 2018.