تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژی-اقتصادی بازیافت انرژی‌های اتلافی یک موتور دیزلی با به‌کارگیری یک سیکل رانکین آلی دوگانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی مکانیک، گروه تحقیقاتی انرژی و محیط زیست، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران

2 کارشناس مهندسی مکانیک، دانشکدۀ فنی و مهندسی، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران

چکیده
در تحقیق حاضر، تحلیل ترمودینامیکی و اگزرژی-اقتصادی استفاده از گرمای اتلافی یک موتور دیزل به‌منظور تولید توان مورد بررسی قرار گرفته است. در سیکل دوگانۀ مورد استفاده، سیکل دمابالا به‌منظور استفاده از انرژی گازهای خروجی اگزوز و سیکل دماپایین به‌منظور بازیافت گرمای اتلافی هوای ورودی و سیال خنک‌کن موتور به‌ترتیب از R245fa و R134a به عنوان سیال کاری استفاده می‌کنند. تحلیل انرژی نشان می‌دهد که مقادیـر توان خالص سـیکل دماپایین، سـیکل دمابالا و توان خالص سـیکل به‌ترتیـب برابر با kW 45/11، kW 98/6 و kW 65/16 می‌باشد. همچنین راندمان انرژی و اگزرژی سیکل به‌ترتیب برابر با 36/17 % و 29/28 % بدست می‌آید. نتایج تحلیل اقتصادی نشان می‌دهد که اواپراتور و توربین سیکل دمابالا بیشترین میزان هزینۀ کلی را نسبت به سایر اجزای سیکل داشته و ضروری است بیشتر از سایر اجزای سیستم مورد توجه قرار گیرند. به‌علاوه، فاکتور اگزرژی-اقتصادی کلی سیکل برابر با 52/32 % می‌باشد. بنابراین 48/67 % از هزینه‌های کلی سیکل به‌دلیل تخریب اگزرژی است که اواپراتور سیکل دمابالا سهم به‌سزایی در این هزینه‌ها دارد. بررسی پارامتری عوامل مؤثر بر عملکرد سیکل نشان می‌دهد که با افزایش دمای گازهای خروجی اگزوز، توان تولیدی و هزینه‌های سرمایه‌گذاری و تعمیر و نگهداری هر دو توربین افزایش می‌یابد. با این‌حال هزینۀ واحد تولید انرژی الکتریکی توربین دماپایین و دما بالا با افزایش دمای گازهای خروجی اگزوز به ترتیب کاهش و افزایش می‌یابند. همچنین با افزایش دبی جرمی گازهای خروجی اگزوز، توان تولیدی و هزینۀ واحد تولید انرژی الکتریکی توربین‌های دما بالا و دما پایین افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


9- مراجع
[1] A. Azarpour, S. Suhaimi, G. Zahedi, and A. Bahadori, A Review on the Drawbacks of Renewable Energy as a Promising Energy Source of the Future, Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 38, No. 2, pp. 317–328, 2013.
[2] S. A. Abbasi and N. Abbasi, The likely adverse environmental impacts of renewable energy sources, Applied Energy, Vol. 65, No. 1, pp. 121–144, 2000.
[3] M. McCartney, Living with dams: managing the environmental impacts, Water Policy, Vol. 11, No. 1, pp. 121–139, 2009.
[4] R. Rahayu, S. A. Mathias, S. Reaney, G. Vesuviano, R. Suwarman, and A. M. Ramdhan, Impact of land cover, rainfall and topography on flood risk in West Java, Natural Hazards, Vol. 116, No. 2, pp. 1735–1758, 2023.
[5] A. Cho, Energy’s Tricky Tradeoffs, Science, Vol. 329, No. 5993, pp. 786–787, 2010.
[6] W. D. Dean, Wind Turbine Mechanical Vibrations: Potential Environmental Threat, Energy & Environment, Vol. 19, No. 2, pp. 303–307, 2008.
[7] D. Honnery and P. Moriarty, Liquid fuels from woody biomass, International Journal of Global Energy Issues, Vol. 27, No. 2, pp. 103–114, 2007.
[8] T. Tsoutsos, N. Frantzeskaki, and V. Gekas, Environmental impacts from the solar energy technologies, Energy Policy, Vol. 33, No. 3, pp. 289–296, 2005.
[9] E. L. Majer et al., Induced seismicity associated with Enhanced Geothermal Systems, Geothermics, Vol. 36, No. 3, pp. 185–222, 2007.
[10] M. He, X. Zhang, K. Zeng, and K. Gao, A combined thermodynamic cycle used for waste heat recovery of internal combustion engine, Energy, Vol. 36, No. 12, pp. 6821–6829, 2011.
[11] C. Yue, D. Han, W. Pu, and W. He, Comparative analysis of a bottoming transcritical ORC and a Kalina cycle for engine exhaust heat recovery, Energy Conversion and Management, Vol. 89, pp. 764–774, 2015.
[12] A. T. Hoang, Waste heat recovery from diesel engines based on Organic Rankine Cycle, Applied Energy, Vol. 231, pp. 138–166, 2018.
[13] L. Lyu, W. Chen, A. Kan, Y. Zhang, S. Xue, and J. Zeng, Investigation of a Dual-Loop ORC for the Waste Heat Recovery of a Marine Main Engine, Energies, Vol. 15, No. 22., 2022.
[14] X. Liu, M. Q. Nguyen, J. Chu, T. Lan, and M. He, A novel waste heat recovery system combing steam Rankine cycle and organic Rankine cycle for marine engine, Journal of Cleaner Production, Vol. 265, p. 121502, 2020.
[15] P. Reddy, Energy and exergy analyses of a two-stage organic rankine cycle with low pressure stage regeneration for IC engine waste heat recovery, Journal of Thermal Engineering, Vol. 8, No. 5, pp. 573–586, 2022.
[16] P. Varshil and D. Deshmukh, A comprehensive review of waste heat recovery from a diesel engine using organic rankine cycle, Energy Reports, Vol. 7, pp. 3951–3970, 2021.
[17] H. Kianfard, S. Khalilarya, and S. Jafarmadar, Exergy and exergoeconomic evaluation of hydrogen and distilled water production via combination of PEM electrolyzer, RO desalination unit and geothermal driven dual fluid ORC, Energy Conversion and Management, Vol. 177, pp. 339–349, 2018.
[18] S. Yosaf and H. Ozcan, Exergoeconomic investigation of flue gas driven ejector absorption power system integrated with PEM electrolyser for hydrogen generation, Energy, Vol. 163, pp. 88–99, 2018.
[19] N. Chitgar and M. Moghimi, Design and evaluation of a novel multi-generation system based on SOFC-GT for electricity, fresh water and hydrogen production, Energy, Vol. 197, p. 117162, 2020.
[20] M. Sadeghi, S. M. S. Mahmoudi, and R. Khoshbakhti Saray, Exergoeconomic analysis and multi-objective optimization of an ejector refrigeration cycle powered by an internal combustion (HCCI) engine, Energy Conversion and Management, Vol. 96, pp. 403–417, 2015.
[21] G. Manente, A. Lazzaretto, and E. Bonamico, Design guidelines for the choice between single and dual pressure layouts in organic Rankine cycle (ORC) systems, Energy, Vol. 123, pp. 413–431, 2017.

  • تاریخ دریافت 24 شهریور 1402
  • تاریخ بازنگری 26 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش 26 اردیبهشت 1403