بررسي ترمواقتصادي يك سيستم توليد توان و آب شيرين شامل يك واحد مغناطيسي هيدروديناميكي فلز مايع با محرك برج خورشيدي متمركز و بيوگاز

Thermo-Economic Evaluation of a Power and Freshwater Production System Including a Liquid Metal Magnetohydrodynamic Unit Driven By a Concentrated Solar Tower and Biogas

در مقايسه با واحد مرسوم انرژي توربين، واحدهاي انرژي هيدروديناميكي مغناطيسي فلز مايع، ساختار ساده‌‌تري دارند كه باعث شده سيستمي ‌بسيار قابل اطمينان با هزينه‌هاي پايين نگهداري و همچنين بدون قطعات متحرك، بشمار آيند. واحد هيدروديناميكي مغناطيسي فلز مايع نياز به منبع با دماي بالا دارد كه توسط سوخت‌‌هاي فسيلي تأمين مي‌شود. براي رفع اين ايراد، هدف مطالعه حاضر ارائه نيروگاه توليد همزمان جديد هيدروديناميكي مغناطيسي فلز مايع براي تأمين آب شيرين و توان، با استفاده از توان خورشيدي متمركز ، مي‌‌باشد. بررسي انرژي، اگزرژي و ترمو‌اقتصادي سيستم يكپارچه ابداعي از طريق شبيه‌سازي در حلگر معادلات مهندسي انجام شده‌ است. نتايج نشان مي‌دهند كه نيروگاه توليد همزمان پيشنهادي، قادر به توليد توان73/2 كيلو وات و آب شيرين 21/06 مترمكعب/ روز است كه در اين مورد ضريب بهره‌وري انرژي و كل بهره‌وري اگزرژي به ترتيب 97/45 و 34/ 26درصد محاسبه شده‌‌اند. در ميان تمام مواد تشكيل‌دهنده، گيرنده بالاترين تخريب اگزرژي 270/4 كيلو وات را داشته، و هليوستات با تخريب اگزرژي 240/9 كيلو وات در رتبه بعدي قرار دارد. نتايج حاصل از تحليل اگزرژي-اقتصادي نشان داد گيرنده و برج خورشيدي داراي بيشترين هزينه سرمايه‌گذاري، تعمير و نگهداري بوده و مقدار هزينه بر واحد اگزرژي كل سيستم 4/ 103دلار بر گيگاژول مي‌باشد.

The use of liquid metal magnetic hydrodynamic energy units, despite reducing maintenance costs and improving reliability, requires a high-temperature source, which must be supplied by fossil fuels. The present study aims to cover this shortage by proposing a new design for liquid metal magnetic hydrodynamic power and desalination cogeneration plant by applying concentrating solar power. The results show that 73.2 kW and 21.06 m3/day power and fresh water can be produced by the proposed cogeneration plant, respectively. The energy utilization factor and total exergy efficiency are 97.45 and 26.34%. The results also indicate that the receiver accounts for the highest exergy destruction, followed by the heliostat with 270.4 kW and 240.9 kW, respectively. Increasing the efficiency of the humidifier/dehumidifier or reducing the mass flow rate of the second magnetic hydrodynamic loop improves the energetic and exergetic performances of the system. Besides, the receiver and solar tower have the highest cost of investment and maintenance, and the total unit cost of the system is 103.4 $/GJ.