Design and Analysis of a Novel Renewable Multi-Generation System through Energetic and Exergetic Investigation

Abstract

There are many studies and research conducted on the multi-generation systems, however there is still a gap for some contributions. By reviewing the literature in the renewable source of energy it is explicit that many researchers performed number of studies about the design and analysis of multi-generation systems. However, none of them have chosen n-pentane for fluid running in an Organic Rankine Cycle (ORC), neither the thermal assessment of the multi-generation system have been studied. The primary goal of this research is to layout a novel multi-generation utility based on geothermal energy driven ORC, which is used to generate domestic electricity, heating, cooling and drying. Generated electricity can be partially used for domestic needs while the rest is proposed to utilize the hydrogen generated by electrolyte. The heat recovery of the ORC cycle drive a single effect absorption chiller (SEAC) for producing heating, cooling and dry air. Thereby, it is aimed to demonstrate an efficient process with improved energetic and exergetic efficiency. In this study the mass flow rate of the geothermal is 11.88 kg/s and the origin temperature is 483.2 K while utility energetic and exergetic efficiencies are 1.537 and 0.4121 respectively. Keyword: multi-generation systems, exergetic assessment, geothermal iii

ÖZ: Çoklu üretim sistemleri üzerinde çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiş olmasına ragmen, bu sistemlerin hala gelişime açık yönleri mevcuttur. Yenilenebilir enerji kaynakları alanında yapılan literatür taraması sonucunda, birçok araştırmacının çoklu üretim sistemlerinin tasarımı ve analizi konularında çeşitli çalışmalar yaptıkları bulgusuna ulaşılmıştır. Ancak, bir çoklu üretim sistemi olan Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) alanında yapılan literatur incelemesinde, n-pentane’ın çalışma akışkanı olarak seçildiği bir çalışma bulunamamıştır. Bunun yanında, bu çalışma akışkanını kullanan çoklu üretim sistemlerinin ısıl analizi alanında da herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu projenin temel amacı konutlarda elektrik üretimi, ısıtma, soğutma ve kurutma amaçlı kullanılabilecek, jeotermal enerji kaynaklı bir Organik Rankine Çevrimi tasarlamaktır. Çevrimde üretilecek elektriğin bir bölümünün konutlarda direk kullanımı, bir bölümünün ise elektrolit vasıtası ile hidrojen üretimi amaçlı kullanımı öngörülmüştür. Bunun yanında, çevrimde atık ısısının geri kazanılarak, absorbsiyonlu ısı pompası ünitesinin tahrik edilmesi ve bu yolla ısıtma, soğutma ve kurutma eldesi amaçlanmıştır. Tasarlanan çoklu üretim sisteminde, atık ısı geri kazanılarak sistemden faydalanabirliğin ve sistem performansının arttırılması, böylece enerji ve ekserji verimliliği yüksek bir proses geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışma sonucuna göre, debisi 11.88 kg/s ve sıcaklığı 483.2 K olan jeotermal kaynağın kullanıldığı çoklu üretim sisteminin enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla 1.537 ve 0.4121 olarak bulunmuştur. Anahtar kelimeler: çoklu üretim sistemleri, ekserji analizi, jeotermal