تحلیل انرژی و اگزرژی نیروگاه سیکل ترکیبی تبدیل انرژی حرارتی اقیانوسی با توربین دومرحله‌ای و استفاده از آب گرم خروجی کندانسور نیروگاه حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل

2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل

چکیده

افزایش روز افزون نیاز به انرژی در کنار محدودیت منابع سوخت‏های فسیلی و آلودگی‏های زیست محیطی ناشی از سوخت‏های فسیلی موجب توجه روزافزون به منابع انرژی تجدیدپذیر شده است. در سیستم تبدیل انرژی حرارتی اقیانوسی از اختلاف دمایی موجود بین آب گرم سطح دریا و آب سرد عمق آن برای تولید توان الکتریکی استفاده می‏شود. به دلیل اختلاف دمایی پایین بین منابع گرم و سرد، راندمان حرارتی این سیستم‏ها در مقایسه با نیروگاه‏های سوخت فسیلی پایین‏تر می‏باشد. در تحقیق حاضر به عنوان یک روش پیشنهادی جهت افزایش توان تولیدی و راندمان حرارتی سیکل، از آب گرم خروجی از کندانسور نیروگاه حرارتی به جای آب سطحی استفاده شده و همچنین از توربین دومرحله‏ای و گرمایش مجدد بین دو مرحله آن استفاده ‏شد. سیکل پیشنهادی با استفاده از جنبه ‏های انرژی و اگزرژی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد به طور متوسط در هر ماه 52/27 مگاوات توان الکتریکی خالص در سیکل تولید شده و راندمان‏های انرژی و اگزرژی به ترتیب 34/3 و 2/17 درصد بدست آمد. در ادامه، سیکل پیشنهادی با استفاده از آب گرم خروجی از کندانسور نیروگاه سیکل ترکیبی شهید سلیمی نکا مدل‏سازی شد. نتایج نشان داد که با استفاده از آب خروجی از کندانسور سیکل ترکیبی به طور متوسط در هر ماه 72/17 مگاوات توان الکتریکی خالص تولید می‏شود. همچنین به طور متوسط 18829 تن در روز آب شیرین تولید شده و راندمان حرارتی کل نیروگاه سیکل ترکیبی نیز به میزان 87/1درصد بهبود یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Energy and Exergy Analysis of the Ocean Thermal Energy Conversion Combined Cycle Power Plant with a Two-stage Turbine and Using Thermal Power Plant Condenser Output Warm Water

نویسندگان [English]

  • M Eshagh Nimvari 1
  • Q Esmaili 1
  • M Asadi Paein Lamouki 2
1 Amol University of Special Modern Technologies
2 Amol University of Special Modern Technologies
چکیده [English]

The increasing in energy demand by the limitation of fossil-fuel resources and the environmental pollution caused by fossil fuels has attracted much attention to renewable energy sources. In the ocean thermal energy conversion system , the temperature difference between the warm water of the sea surface and its deep cold water is used to generate electric power. Due to low temperature difference between hot and cold sources, thermal efficiency of these systems is lower compared to fossil-fuel power plants. In the present study, as a proposed cycle to increase the production capacity and thermal efficiency of the cycle, the warm water output from the thermal power plant condenser was used instead of surface water, and the two-stage turbine and reheating between the two stages were used. The energy and exergy analysis of proposed cycle was done. The results showed that average of electricity produced in cycle per month increases 27.52 MW and energy and exergy efficiencies were 3.34% and 17.2%, respectively. In the following, proposed cycle was run using warm water output from Neka combined cycle power plant condenser. The results showed that by using the outlet water from the condenser of combined cycle power plant the average net electrical power was produced by 17.72 MW per month. Also, an average of 18829 tons per day of fresh water was produced, and the thermal efficiency of the combined cycle improved by 1.87%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ocean Thermal Energy Conversion system (OTEC)
  • combined cycle
  • Energy and Exergy Analysis
  • Thermal Power Plant
[1] M.-H. Yang, R.-H. Yeh, "Analysis of optimization in an OTEC plant using organic Rankine cycle", Renewable Energy, Vol. 68, pp 25-34, 2014.

[2] T. Wilberforce, Z. El Hassan, A. Durrant, J. Thompson, B. Soudan, A. Olabi, "Overview of ocean power technology, Energy, 2019.

[3] A. Etemadi, A. Emdadi, O. AsefAfshar, Y. Emami, "Electricity generation by the ocean thermal energy", Energy Procedia, Vol. 12  pp 936-943, 2011.

[4] H. Yuan, N. Mei, P. Zhou, "Performance analysis of an absorption power cycle for ocean thermal energy conversion", Energy conversion and management, Vol. 87, pp 199-207, 2014.

[5] R. Soto, J. Vergara, "Thermal power plant efficiency enhancement with Ocean Thermal Energy Conversion", Applied Thermal Engineering, Vol. 62, No.1, pp 105-112, 2014.

[6] H. Yuan, N. Mei, S. Hu, L. Wang, S. Yang, "Experimental investigation on an ammonia-water based ocean thermal energy conversion system", Applied Thermal Engineering, Vol. 61, No.2, pp 327-333, 2013.

[7] H. Chen, D.Y. Goswami, E.K. Stefanakos, "A review of thermodynamic cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat", Renewable and sustainable energy reviews, Vol. 14, No.9, pp 3059-3067, 2010.

[8] E. Wang, H. Zhang, B. Fan, M. Ouyang, Y. Zhao, Q. Mu, "Study of working fluid selection of organic Rankine cycle (ORC) for engine waste heat recovery", Energy, Vol. 36, No. 5, pp 3406-3418, 2011.

[9] R. DiPippo, "Second law assessment of binary plants generating power from low-temperature geothermal fluids", Geothermics, Vol. 33, No.5, pp 565-586, 2004.

[10] J.-I. Yoon, C.-H. Son, S.-M. Baek, H.-J. Kim, H.-S. Lee, "Efficiency comparison of subcritical OTEC power cycle using various working fluids", Heat and Mass Transfer, Vol. 50, No.7, pp 985-996, 2014.

[11] F. Sun, Y. Ikegami, B. Jia, H. Arima, "Optimization design and exergy analysis of organic rankine cycle in ocean thermal energy conversion", Applied Ocean Research, Vol. 35, pp 38-46, 2012.

[12] J.-Y. Jung, H.S. Lee, H.-J. Kim, Y. Yoo, W.-Y. Choi, H.-Y. Kwak, "Thermoeconomic analysis of an ocean thermal energy conversion plant", Renewable energy, Vol. 86, pp 1086-1094, 2016.

[13] P. Ahmadi, I. Dincer, M.A. Rosen, "Energy and exergy analyses of hydrogen production via solar-boosted ocean thermal energy conversion and PEM electrolysis", International Journal of Hydrogen Energy, Vol.38, No.4, pp 1795-1805, 2013.

[14] A. Khosravi, S. Syri, M.E.H. Assad, M. Malekan, "Thermodynamic and economic analysis of a hybrid ocean thermal energy conversion/photovoltaic system with hydrogen-based energy storage system", Energy, Vol. 172, pp 304-319, 2019.

[15] N. Yamada, A. Hoshi, Y. Ikegami, "Thermal   efficiency   enhancement   of   ocean

thermal energy conversion (OTEC) using solar thermal energy", in: 4th International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit (IECEC), pp. 4130, 2006.

[16] H. Aydin, H.-S. Lee, H.-J. Kim, S.K. Shin, K. Park, "Off-design performance analysis of a closed-cycle ocean thermal energy conversion system with solar thermal preheating and superheating", Renewable energy, Vol. 72, pp 154-163, 2014.

[17] N.J. Kim, K.C. Ng, W. Chun, "Using the condenser effluent from a nuclear power plant for Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.36, No.10, pp 1008-1013, 2009.

[18] C. Bernardoni, M. Binotti, A. Giostri, "Techno-economic analysis of closed OTEC cycles for power generation", Renewable Energy, Vol. 132, pp 1018-1033, 2019.

[19] H. Uehara, A. Miyara, Y. Ikegami, T. Nakaoka, "Performance analysis of an OTEC plant and a desalination plant using an integrated hybrid cycle", Journal of solar energy engineering, Vol. 118, No 2, pp 115-122, 1996. [20] A.S. Kim, H.-J. Kim, H.-S. Lee, S. Cha, "Dual-use open cycle ocean thermal energy conversion (OC-OTEC) using multiple condensers for adjustable power generation and seawater desalination", Renewable energy, Vol. 85, pp 344-358, 2016.

[21] Mutair, S. and Y. Ikegami, "Design optimization of shore-based low temperature thermal desalination system utilizing the ocean thermal  energy", Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 136, No. 4, pp. 41-52, 2014.

[22] P. Ahmadi, I. Dincer, M.A. Rosen, "Multi-objective optimization of an ocean thermal energy conversion system for hydrogen production", International Journal of Hydrogen Energy, Vol.40, No.24, pp 7601-7608, 2015.

[23] Z.-j. Jin, H. Ye, H. Wang, H. Li, J.-y. Qian, "Thermodynamic analysis of siphon flash evaporation desalination system using ocean thermal energy", Energy conversion and management, Vol.136, pp 66-77, 2017.

[24] F. Sinama, M. Martins, A. Journoud, O. Marc, F. Lucas, "Thermodynamic analysis and optimization of a 10 MW OTEC Rankine cycle in Reunion Island with the equivalent Gibbs system method and generic optimization program GenOpt", Applied Ocean Research, Vol.53, pp 54-66, 2015.

]25 [ذبیحیان، فرشید، "امکان استفاده از انرژی‌های نهفته در دریاهای ایران برای تولید الکتریسیته" ، شانزدهمین کنفرانس بین المللی برق, تهران, 1380.