استفاده از انواع سيكل‌هاي رانكين آلي براي توليد هيدروژن و توان با بهره‌گيري از انرژي زمين گرمايي و الكترولايزر از نوع مبدل غشاء پروتوني (مطالعه مقايسه‌اي)

Using various organic rankine cycles for production of power and hydrogen by incorporating geothermal energy and proton exchange membrane (A comparative study)

در اين تحقيق تلفيق انواع سيكل‌هاي رانكين آلي (پايه و اصلاح شده) با مبدل غشاء پروتوني جهت توليد همزمان توان و هيدروژن ارائه شده است. سيكل‌هاي رانكين آلي استفاده شده شامل رانكين پايه، رانكين بهمراه بازياب، رانكين بهمراه گرمكن سيال تغذيه و رانكين بهمراه بازياب و گرمكن سيال تغذيه بوده‌اند. انرژي لازم جهت راه‌اندازي سيكل‌هاي رانكين از انرژي زمين گرمايي تأمين شده است. يك مدلسازي جامع ترموديناميكي (انرژي و اگزرژي) بر روي سيستم‌هاي پيشنهادي صورت گرفته است. براي مدلسازي از نرم‌افزار EES استفاده شده است. همچنين مطالعه پارامتريك نيز براي بررسي تأثير پارامترهاي عملكردي مهم بر رروي عملكرد انرژتيكي و اگزرژتيكي سيستمهاي مورد بررسي انجام شده است. نتايج نشان دادند كه سيكل رانكين آلي بهمراه بازياب، گرمكن سيال تغذيه و مبدل غشاء پروتوني داراي بيشترين راندمان انرژي (3.514%) و اگزرژي (68.93%) در مقايسه با ساير سيستم‌هاي مورد بررسي بوده است. اگزرژي تلف شده در اواپراتور و الكترولايزر بيشترين سهم را در اگزرژي تلف شده كل سيستم داشتند و با افزايش فشار اواپراتور بازده انرژي، بازده اگزرژي، توليد هيدروژن و كار خروجي توربين در هر 4 سيستم افزايش يافت. با افزايش دماي اواپراتور بازده انرژي، بازده اگزرژي، توليد هيدروژن و كار خروجي در سيكل رانكين آلي بهمراه بازياب و مبدل غشاء پروتوني ‌و سيكل رانكين آلي بهمراه بازياب، گرمكن سيال تغذيه و مبدل غشاء پروتوني افزايش مي‌يابد در حالي كه در سيكل ‌رانكين آلي پايه بهمراه مبدل غشاء پروتوني و سيكل رانكين آلي بهمراه گرمكن سيال تغذيه و مبدل غشاء پروتوني اندكي كاهش مي‌يابد.

In the current work different organic rankine cycles (base and modified) coupled with proton exchange membrane presented to produce hydrogen and power. Organic rankine cycles used in this work are basic Organic Rankine Cycles (ORC), ORC incorporating regenerator, ORC incorporating feed fluid heater and ORC incorporating both of the regenerator and feed fluid heater. ORC energy demand supplied by geothermal energy. A thermodynamic model (energy and exergy) of systems done. EES software used to model the systems. Also a parametric study done to investigate the effects of the performance parameters (energetic and exergetic) of considered systems. The results showed that ORC incorporating both regenerator and feed fluid heater with PEM electrolyzer had the maximum energy (3.514%) and exergy (68.93%) efficiency in comparison with other systems. Also it can be observed that evaporator and electrolyzer had the most portion of exergy destruction of the system. Energy efficiency, exergy efficiency, hydrogen production and net power increased by pressure growth in all systems. The amount of exergy efficiency, energy efficiency, hydrogen production and net power increased by the evaporator temperature addition in ORC incorporating regenerator with PEM electrolyzer and ORC incorporating both regenerator and feed fluid heater with PEM electrolyzer but their amount marginally decreased by the evaporator temperature addition in basic ORC incorporating with PEM electrolyzer and ORC incorporating feed fluid heater with PEM electrolyzer.