SOLAR ASSISTED COMBINED POWER AND COOLING SYSTEM

SOLAR ASSISTED COMBINED POWER AND COOLING SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Solar Assisted Combined Power and Cooling System.)
Solar_Assisted_Combined_Power_and_Cooling_System_MS_Thesis_g201535470.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 24 May 2020.

Download (5MB)

Arabic Abstract

مع ظهور النضوب السريع لاحتياطيات الوقود الأحفوري إضافة إلى أخذ جانب تأثيرها الخطير على البيئة، فإن صناعات الطاقة تأتي ببدائل مستدامة مثل النظام المتكامل بمساعدة الطاقة الشمسية للإنتاج المشترك للطاقة والتبريد. في هذا الصدد، تم تقديم وعرض نظام جديد مختلط للطاقة والتبريد مدعوم بالطاقة الشمسية وتحليله في هذه الأطروحة بناء على الظروف المناخية في منطقة الظهران، المملكة العربية السعودية. يهدف تحليل الحالة المستقرة إلى تقييم أداء دورة رانكن العضوية المدعومة بالطاقة الشمسية إلى جانب دورة التبريد الامتصاصي باستخدام القاذف باستخدام تحليل القانون الأول والثاني. تم التحقيق في استخدام (NH3-LiNO3) كزوج عامل في دورة التبريد الامتصاصي باستخدام القاذف. تم فحص أداء مجمعات القطع المكافئ كمصدر للحرارة عند درجات حرارة مختلفة عند المدخل ومعدلات تدفق السوائل الحجمي لسائل نقل الحرارة. شكّل نظام مجمعات القطع المكافئ نسبة تتراوح بين 80-60 ٪ من إجمالي تدمير الإكسيرجي اعتمادا على الإشعاع الشمسي تليه دورة رانكن العضوية ودورة التبريد الامتصاصي باستخدام القاذف. وتم الحفاظ على درجة حرارة المولد والمبخر عند 363 K و273 K على التوالي في دورة التبريد بامتصاص القاذف، بينما كانت درجة الحرارة في كل من الامتصاص والمكثف 308 درجة مئوية. انخفض استهلاك طاقة المضخة بشكل كبير في دورة التبريد بالامتصاص والذي يعزى بسبب استرداد الضغط الذي تحقق في القاذف، والذي بدوره ادى الى انجاز أعلى في معامل اداء النظام مقارنةً بالتأثير الفردي الأساسي لدورة التبريد بالامتصاص. مولد الحرارة وفعالية المبادل الحراري المعالج أيضًا وُجد أنَ لهما تأثير بشكل كبير على أداء نظام التبريد. من بين الأنواع المختلفة من السوائل المستخدمة في ودورة رانكن العضوية، تم العثور على (R134a) ليكون خيارًا مناسبًا لدرجات الحرارة المنخفضة عند مدخل التوربينات التي تتراوح في حدود 363 كلفن، في حين أظهر تولين أداءً متفوقاً لدرجة الحرارة العليا عند مدخل التوربين والتي تبلغ 550 كلفن. عامل أداء النظام في النظام المشترك والذي يُعرف بأنه نسبة إجمالي الطاقة وخرج التبريد إلى مدخلات الطاقة الشمسية، والذي تراوح من 13.96٪ إلى 16.57٪ نسبة للتغير في الساعة للإشعاع الشمسي للظروف المناخية في الظهران عند استخدام R134a كسائل في دورة رانكن العضوية عند درجة حرارة في مدخل التوربين تبلغ 362.8 كلفن. تراوحت كفاءة الإكسيرجي للنظام المشترك من 5.69 ٪ إلى 7.25 ٪. أظهر التولوين أداءً فائقًا في النظام المشترك، حيث أظهر أعلى عامل أداء للنظام بنسبة 25.31٪ وكفاءة الإكسيرجي بنسبة 17٪ وكانت درجة الحرارة عند مدخل التوربين تبلغ 550 كلفن وإشعاعات شمسية تبلغ 1 كيلو واط / متر مربع.

English Abstract

With the advent of fast depletion of fossil fuel reserves along with its hazardous impact on the environment, energy industries are coming up with sustainable alternatives like solar assisted integrated system for the combined production of power and cooling. In this regard, a new solar assisted combined power and cooling system is presented and analyzed in this thesis for the climatic conditions of Dhahran, Saudi Arabia. The proposed system consists of parabolic trough collectors (PTC), Organic Rankine Cycle (ORC) and Ejector Absorption Refrigeration Cycle (EARC). The steady state analysis aimed at assessing the performance of solar assisted ORC coupled with EARC using the first and second law analysis. The use of NH3-LiNO3 as the working pair in EARC is investigated. PTC is used as the heat source for the combined system and performance of PTC was investigated for different inlet temperatures and various volumetric fluid flow rates. PTC accounted for 60-80% of the total exergy destruction depending on the solar irradiation followed by ORC and EARC. In EARC, generator and evaporator temperature were maintained at 363 K and 273 K respectively, while for both absorber and condenser, the temperature was 308 K. It was found that due to the pressure recovery attained by the ejector, pump power consumption was significantly reduced in EARC thus higher COP was achieved in comparison to basic single effect ARC. Generator temperature and Solution Heat Exchanger (SHX) effectiveness were also found to be highly influencing the performance of the refrigeration system. Among different types of fluids used in ORC, R134a was found to be a suitable choice for lower turbine inlet temperature around 363 K whereas for higher turbine inlet temperature of 550 K, Toluene showed superior performance. System performance factor of the combined system, which is defined as the ratio of total power and cooling output to the solar energy input, varied from 13.96% to 16.57% of the hourly variation of solar irradiation for the climatic conditions in Dhahran when R134a was used as ORC fluid at the turbine inlet temperature of 362.8 K. The Exergy efficiency of the combined system varied from 5.69% to 7.25%. Toluene exhibited superior performance in the combined system showing highest system performance factor of 25.31% and exergy efficiency of 17% at turbine inlet temperature of 550 K and solar irradiation of 1 kW/m2.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: M.A. Mokheimer, Esmail
Committee Members: A. Habib, Mohamed and Qureshi, Bilal Ahmed
Depositing User: MD. CHOWDHURY (g201535470)
Date Deposited: 17 Jun 2019 10:02
Last Modified: 01 Nov 2019 21:01
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140974