آنالیز ترمودینامیکی و زیست‌محیطی استفاده از سیستم تولید انرژی هم‌زمان خورشیدی-پیل سوختی در منازل مسکونی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
اسماعیل قاسمی کفرودی 1
محمدرضا حبیبی 1
حسین عباسعلی خمه 2
زینب سبحانی 2
1 عضو هیئت علمی پردیس پژوهش و توسعه انرژی و محیط‌زیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
2 پژوهشگر پردیس پژوهش و توسعه انرژی و محیط‌زیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
چکیده
امروزه سیستم‌های تولید هم‌زمان برق و حرارت با توجه به کاهش تلفات، راندمان بالا و کمک به امنیت شبکه مورد توجه کشورهای توسعه‌یافته‌ی دنیا برای مصارف مسکونی قرار گرفته‌اند. در این پژوهش به آنالیز انرژی و اگزرژی و محیط زیستی سیستم تولید هم‌زمان توان و حرارت با استفاده از پنل خورشیدی و پیل سوختی پرداخته شده است. برای این کار از الگوی مصرف یک ساختمان مسکونی در شهر تهران و تابش ساعتی خورشید در این شهر به‌عنوان داده‌های ورودی استفاده شده است. در این بررسی نمودارهای مربوط به راندمان انرژی و اگزرژی پنل خورشیدی به‌صورت مجزا و در حالت یکپارچه با مجموعه استخراج گردیده است. نتایج نشان می‌دهد در مواقعی که پیل سوختی وارد مدار کار می‌شود راندمان سیستم به مقدار بیشینه‌ی خود می‌رسد. همچنین بررسی آلاینده‌های خروجی از این سیستم و مقایسه‌ی آن باحالت رایج یعنی استفاده از شبکه سراسری و بویلر نشان می‌دهد که استفاده از سیستم تولید هم‌زمان کاهش ۳۳ درصدی آلاینده‌های مخرب محیط‌زیست و گازهای آلاینده را به همراه دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic and Environmental Analysis of using Solar-Fuel Cell CHP Systems in Residential House of Iran

نویسندگان English

Esmaiel GhasemiKafrudi 1
MohammadReza Habibi 1
Hossein Abbasali 2
Zeynab Sobhani 2
1 1. Scientific faculty member of Energy and Environment Research Center, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
2 2. Researcher of Energy and Environment Research Center, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
چکیده English

Combined heat and power (CHP) systems are increasingly being considered for residential use in developed countries due to their reduced losses, high efficiency and ability to enhance grid security. This research investigates the energy, exergy and environmental analysis of a CHP system that uses both solar panels and fuel cells. Input data was obtained by analyzing the consumption pattern of a residential building in Tehran and the solar irradiance of the city. The study includes the extraction of individual energy and exergy efficiency diagrams for the solar panel, as well as their integration with the overall system. The results indicate that the system's efficiency is at its maximum when the fuel cell is introduced into the operating circuit. Additionally, the study examines exhaust emissions from the CHP system and compares them with the current practice of using the grid network and boiler. The findings reveal that the use of CHP systems can reduce environmental pollutants and pollutant emissions by up to 33 percent.

کلیدواژه‌ها English

combined heat and power (CHP)
energy and exergy analysis
solar energy
environmental analysis
  1. International energy Agency. Energy efficiency.
  2. Al-Sulaiman, F.A., I. Dincer, and F. Hamdullahpur, Energy analysis of a trigeneration plant based on solid oxide fuel cell and organic Rankine cycle. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35, No.10, 5104-5113, 2010.
  3. Parliamentary Office of Science and Technology. Household energy efficiency. Post; October 2005.
  4. Chicco, G. and P. Mancarella, Distributed multi-generation: a comprehensive view. Renewable and sustainable energy reviews, Vol.1, No.3, pp. 535-551, 2009.
  5. Lu, L. and H. Yang, Environmental payback time analysis of a roof-mounted building-integrated photovoltaic (BIPV) system in Hong Kong. Applied Energy, Vol. 87, No.12, pp. 3625-3631, 2010.
  6. Uzunoglu, M., O. Onar, and M. Alam, Modeling, control and simulation of a PV/FC/UC based hybrid power generation system for stand-alone applications. Renewable energy, Vol. 34, No.3, pp. 509-520, 2009.
  7. Clarke, R., et al., Direct coupling of an electrolyser to a solar PV system for generating hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, Vol.34, No.6, pp. 2531-2542, 2009.
  8. Hawkes, A., et al., Solid oxide fuel cell micro combined heat and power system operating strategy: Options for provision of residential space and water heating. Journal of Power Sources,Vol.164, No.1, pp. 260-271, 2007
  9. Bell, M., et al., Development of micro combined heat and power technology assessment capability at the Canadian Centre for Housing Technology, 2003.
  10. Hosseini, M., et al., Thermodynamic modelling of an integrated solid oxide fuel cell and micro gas turbine system for desalination purposes. International Journal of Energy Research, Vol.37, No.5, pp. 426-434, 2013.
  11. پورمحمد م. اشجاری م. و خسروشاهی ع.، بررسی انرژی و اگزرژی ریکوپراتور در کاربرد میکروتوربین برای سیستم‌های تولید هم‌زمان گرما و توان. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 3، ص 55-66، 1395.
  12. فرهناک م. فرزانه گرد م. و دشت بیاض م.، الگوریتم بهینه‌سازی فنی - اقتصادی سیستم تولید هم‌زمان سرمایش، گرمایش و برق با موتور احتراق داخلی در یک ساختمان خانگی نمونه. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 2، ص 179-188، 1396.
  13. کرباسیون م. داناییان م. و محسنی م.، مقایسه‌ی عملکرد محرک‌های اولیه مختلف در سیستم‌های تولید سه‌گانه توان، حرارت و برودت در مقیاس میکرو برای دو حالت بار پایه و حرارت پایه. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د.47، ش. 2، ص 203-211، 1396.
  14. غفوریان م.م. و نیازمند ح.، برآورد کاهش انتشار آلاینده‌ها در عملکرد یک سیستم تولید هم‌زمان نسبت به یک سیستم معمولی برای مطالعه موردی (هتل) دارای اب شیرین کن. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، انتشار آنلاین از تاریخ 08 آذر 1396.
  15. Document #001-42023, 210 Solar Panel, SunPower Corporation. Web link: prevailingwindpower.com/sunpower.pdf, (accessed 26.06.12.).
  16. Masoum, M.A., H. Dehbonei, and E.F. Fuchs, Theoretical and experimental analyses of photovoltaic systems with voltageand current-based maximum power-point tracking. IEEE Transactions on energy conversion, Vol.17, No.4, pp. 514-522, 2002.
  17. Veerachary, M., T. Senjyu, and K. Uezato, Voltage-based maximum power point tracking control of PV system. IEEE Transactions on aerospace and electronic systems, Vol.38, No.1, pp. 262-270, 2002.
  18. Motahar, S. and A.A. Alemrajabi, Exergy based performance analysis of a solid oxide fuel cell and steam injected gas turbine hybrid power system. international journal of hydrogen energy, Vol.34, No.5, pp. 2396-2407, 2009.
  19. Hosseini, M., I. Dincer, and M.A. Rosen, Hybrid solar–fuel cell combined heat and power systems for residential applications: Energy and exergy analyses. Journal of Power Sources, Vol.221, pp. 372-380, 2013.
  20. Research Institute of Petroleum Industry Data sheet, 2017.
  21. American Petroleum institute (API), Compendium of Greenhouse Gas Emission Methodologies for the Oil and Natural Gas Industry, August 2009.
  22. US Environmental Protection Agency, Complication of Air Pollutant Emission Factors, Volume I: Stationary Point and Area Sources, Ap-42, (GPO 055-000-005-001), 2006.
  23. Validation Report, Flare Gas Recovery in Sarkhoon and Qeshm Gas Treating Company, 2015.
  24. Kiran K Chedella1, Lin Zhao2 and Zhihao Zhang3 Modeling of a Small Stand-Alone AC System with the Dynamic Models of Fuel Cells and Solar Panels,

  • تاریخ دریافت 20 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری 06 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش 10 خرداد 1402