Optimal design of geothermal-solar hybrid system for heating and cooling of buildings using conventional and advanced exergy analyzes

alibaba, massome (2020) Optimal design of geothermal-solar hybrid system for heating and cooling of buildings using conventional and advanced exergy analyzes. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
alibaba thesis (1).pdf

Download (948kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: Today, with the end of fossil fuels, renewable energy is being used to meet human needs. Undoubtedly, one of the renewable energy sources is solar-geothermal power plant. In this project, a new design of solar-geothermal hybrid power plant (geothermal) to generate thermal power is proposed, for this purpose, the integration of the solar-steam Rankin cycle (upstream cycle) to the geothermal sector and the organic Rankin cycle (downstream cycle) ) There have been. In these units, the heat generated in the solar sector contributes to the geothermal sector, which is used to produce more sustainable heating by consuming less basement heat reserves. The aim of this study was to optimally design a system of simultaneous production of solar heating, cooling and hybrid power for an independent geothermal cycle (first case), and then a combined solar-geothermal combined cycle (second case). Due to the importance of eczema analysis, economic exergy and environmental exergy in the evaluation and optimal design of power and cooling cycles, these tools have been used to analyze and optimize the desired cycle. Research method: In order to simulate thermodynamics and validate the results of the heating unit, thermoflex software has been used. Thermodynamic simulations and exergetic, exerco-economic and exergy environmental analyzes have been performed in MATLAB software environment. Multi-objective optimization using genetic algorithm and water cycle tools of MATLAB software with three target functions of total exergy efficiency, exergy cost and the environmental impact of the whole set is done. Different decision variables are also considered for this optimization. Findings: The results of exergy degradation to simulate the independent geothermal cycle showed that the turbine with 1050 kW had the most exergy degradation, which accounted for 38% of the total degradation share. Then, the condenser was in second place with 26% of the total share of exergy degradation. In the combined geothermal-solar cycle, the solar panel had the greatest environmental impact and about 56% of the total share of exergy degradation. The results of advanced exergy analysis in the independent geothermal cycle showed that the avoidable exergy degradation of the condenser had the highest rate. In the combined geothermal-solar cycle, the solar panel, steam economizer, and steam evaporator ranked first to third in terms of avoidable exergy degradation. The inevitable economic breakdown of the evaporator and pump was higher than the other components. For the independent geothermal cycle, the total endogenous and exogenous exergy degradation was 61.61% and 16.39%, respectively. In addition, from an economic point of view, 89% of the total degradation was endogenous and 11% exogenous. From an environmental point of view, the rate of endogenous degradation was 88.63 and the rate of exogenous exergy degradation was 11.27. For the combined geothermal-solar cycle, the total endogenous and exogenous exergy degradation was 75.08 and 24.92%, respectively. In addition, 81.82% of the economic degradation rate was endogenous and 18.82% was exogenous. From an environmental point of view, 81.19% of exergy degradation was endogenous and 18.81% exogenous. The results show that in the genetic algorithm the three objective functions are improved by 1.22, 22.49 and 30.15%, respectively, and in the water cycle algorithm by 1.13, 21.97 and 28.97%, respectively, compared to the ground state..

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: طراحی بهینه سیستم هیبرید زمین گرمایی- خورشیدی برای گرمایش و سرمایش ساختمان با استفاده از تحلیل‌های متداول و پیشرفته اگزرژی
Persian Abstract: هدف: در سالهای اخیر افزایش روزافزون مصرف و قیمت انرژی، مهند سان بخش انرژی را به ا ستفاده بهینه از منابع انرژی واداشته است تا با اتخاذ روشی سودمند در بخش انرژی و تولید توان، بتوانند به حداکثر بهره وری دست یابند. در این پروژه، طرح جدیدی از نیروگاه هیبریدی خورشیدی-زمین گرمایی (زمین گرمایی) به منظور تولید توان حرارتی ارائه شده است، شبیه سازی های سالانه برای یک نیروگاه اجرا شده در جنوب غربی ترکیه بوده و برای ارزیابی عملکرد انرژی ، اگزرژی و اقتصادی و زیست محیطی نیروگاه مورد استفاده قرار می گیرد. به این منظور ادغام بخش خورشیدی- سیکل رانکین بخار (سیکل بالادست) به بخش زمین گرمایی و سیکل رانکین آلی (سیکل پایین دست) صورت گرفته است. در این واحدها حرارت تولید شده در بخش خورشیدی به بخش زمین گرمایی کمک می‌کند که با مصرف کمتر از ذخایر حرارتی زیرزمین برای تولید گرمایش پایدارتر استفاده می‌شود. هدف از این پژوهش طراحی بهینه یک سیستم تولید همزمان گرمایش، سرمایش و توان هیبیریدی خورشـــیدی برای یک چرخه زمین گرمایی مستقل (حالت اول)، و سپس یک چرخه ترکیبی خورشیدی-زمین گرمایی ترکیبی (حالت دوم) انجام شد. با توجه به اهمیت تحلیل‌های اگزرژی، اگزرژی اقتصــادی و اگزرژی زیســت محیطی در ارزیابی و طراحی بهینه سیکل‌های توان و ســرمایش، از این ابزارها به منظور تحلیل و بهینه سازی سیکل مورد نظر استفاده شده است. روش‌شناسی پژوهش: به منظور شبیه سازی ترمودینامیکی و صحه گذاری نتایج واحد گرمایش از نرم افزار ترموفلکس ا ستفاده شده است. شبیه سازی ترمودینامیکی و تحلیلهای اگزرژی، اگزرژی اقتصــادی و اگزرژی زیســت محیطی در محیط نرم افزار متلب انجام شده است. بهینه سازی چندهدفه با ا ستفاده از ابزار الگوریتم ژنتیک و چرخه آب نرم افزار متلب با سه تابع هدف راندمان اگزرژی کل، هزینه اگزرژی کل و اثر زیست محیطی کل مجموعه انجام شده است. همچنین متغیرهای تصمیم متفاوتی برای این بهینه سازی در نظر گرفته شده است. یافته‌ها: نتایج تخریب اگزرژی برای شبیه سازی چرخه زمین گرمایی مستقل نشان داد که توربین با 1050 کیلو وات بیشترین تخریب اگزرژی را داشت که این میزان، 38٪ از کل سهم تخریب را داشت. سپس، کندانسور با 26٪ از کل سهم تخریب اگزرژی در جایگاه دوم قرار گرفت. در چرخه زمین گرمایی-خورشیدی ترکیبی، پنل خورشیدی بیشترین تأثیر زیست‌محیطی و حدود 56٪ از کل سهم تخریب اگزرژی را داشته است. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل اگزرژی پیشرفته در چرخه زمین گرمایی مستقل نشان داد که تخریب اگزرژی قابل اجتناب کندانسور بالاترین میزان را داشت. در چرخه زمین گرمایی-خورشیدی ترکیبی، پنل خورشیدی، اکونومایزر بخار و اواپراتور بخار مقام اول تا سوم از منظر تخریب اگزرژی قابل اجتناب را داشتند. تخریب اقتصادی اجتناب ناپذیر اواپراتور و پمپ از اجزای دیگر بالاتر بود. برای چرخه زمین گرمایی مستقل، کل تخریب اگزرژی درون زا و برون‌زا به ترتیب 61.61 و 39/16 درصد بود. بعلاوه، از منظر اقتصادی، 89 درصد از کل تخریب‌ها درون زا و 11 درصد برونزا بود. از منظر زیست محیطی، میزان تخریب درون زا 88.63 و میزان تخریب اگزرژی برون زا 11.27 بود. برای چرخه ترکیبی زمین گرمایی-خورشیدی، کل تخریب اگزرژی درون زا وبرون‌زا به ترتیب 75.08 و 92/24 درصد بود. بعلاوه، 81.82 درصد از میزان تخریب اقتصادی، درون زا و 82/18 درصد برونزا بود. از منظر زیست محیطی، 81.19% از تخریب اگزرژی درون زا و 18.81٪ برون‌زا بود نتایج نشان داده است که در الگوریتم ژنتیک سه تابع هدف مورد نظر به ترتیب 1.22، 22.49 و 30.15 درصد و در الگوریتم چرخه آب به ترتیب 1.13،21.97 و 28.97 درصد نسبت به حالت پایه بهبود یافته است.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Pourdarbani, RaziehUNSPECIFIED
Khoshgoftar Manesh, Mohammad HasanUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Date Deposited: 27 Oct 2020 10:01
Last Modified: 27 Oct 2020 10:01
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11966

Actions (login required)

View Item View Item