توليد بدون آلايندگي هيدروژن و مايع سازي آن با استفاده از انرژي خورشيدي و الكترولايزر غشاء پروتوني

Simulation, analysis and optimization of a non-emission process producing power, hydrogen gas and liquid hydrogen using solar energy and PEM electrolysis

استفاده از انرژي خورشيدي و الكتروليز آب براي توليد توان و گاز هيدروژن در سال‌هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است، زيرا در اين روش گاز هيدروژن و اكسيژن بدون هيچ گونه آلايندگي از آب جدا مي‌شوند، توليد هيدروژن در فرآيندهايي با خروجي كربن صفر، به نام هيدروژن سبز شناخته مي-شود كه در اين پژوهش از اين روش استفاده شده است. آرايه‌هاي خورشيدي براي تامين توان الكترولايزر غشاء پروتوني و بخش مايع سازي استفاده شده‌اند، شهر بندر عباس براي اجراي سيستم پيشنهادي در نظر گرفته شده است. نوآوري اين پژوهش پيشنهاد فرآيند تركيبي توليد توان، جداسازي و مايع سازي گاز هيدروژن بدون آلايندگي و با كارايي بالاتر در مقايسه با ديگر چرخه‌هاي مشابه است. ظرفيت توليد برق آرايه‌هاي خورشيدي 6000 كيلو وات است در حالي كه ظرفيت جداسازي الكترولايزر 438 كيلوگرم بر ساعت گاز اكسيژن و 55 كيلوگرم بر ساعت گاز هيدروژن است. مصرف ويژۀ انرژي چرخۀ مايع سازي 5/07 كيلو وات ساعت به ازاي هر كيلوگرم هيدروژن مايع بوده و بيشترين تخريب اگزرژي مربوط به الكترولايزر و سپس مبادله‌كن‌هاي گرمايي است.

Method of power and hydrogen gas production by solar energy and water electrolysis has received attention in recent years, because hydrogen and oxygen gases are separated from water without any pollution, the mentioned method has net-zero carbon emissions, known as green hydrogen. In this study, solar cells are used to supply power for the proton exchange membrane (PEM) electrolysis and the liquefaction sections. Bandar Abbas city is selected for the proposed process. The novelties of this study are based on two points, first proposing an integrated process of solar power generation and separation and liquefaction of hydrogen gas without pollution and with higher efficiency compared to other similar cycles. The capacity of solar arrays is 6,000 kW, while the production capacity of the electrolysis section is 438 kg/h of oxygen gas and 55 kg/h of hydrogen gas. The specific energy consumption (SEC) of the liquefaction cycle is 5.07 kWh/kg. The highest rate of exergy destruction goes to the electrolysis section, followed by heat exchangers as the second rank.