شبیه سازی و بهینه سازی چرخه ذخیره سازی انرژی ترموشیمیایی مبتنی بر آمونیاک

تقاضا برای منابع انرژی پاک و پایدار به سرعت در حال افزایش است. در نتیجه، ذخیره سازی انرژی خورشیدی با بهره گیری از واکنش های شیمیایی برگشت پذیر، به گزینه ای به روز و قابل اعتماد تبدیل شده است. هدف این پژوهش، بررسی چرخه های ترموشیمیایی مبتنی بر آمونیاک در ذخیره سازی و بازیابی انرژی خورشیدی است. در این پژوهش، یک چرخه ترموشیمیایی برای ذخیره سازی انرژی حرارتی، بر پایه ی آمونیاک به عنوان حامل شیمیایی هیدروژن مورد بررسی قرار گرفت. در این چرخه، واکنش گرماگیر تجزیه آمونیاک در یک راکتور بستر ثابت با جداره فلزی تحت گرمای خورشید قرار می گیرد و آمونیاک به هیدروژن و نیتروژن تبدیل می شود. محصول گازی گرم این راکتور در یک مبدل حرارتی با آمونیاک مایع تبادل حرارت می دهد و سبب کاهش دما می شود. درواقع انرژی خورشیدی به صورت انرژی شیمیایی در مخزن ذخیره سازی آمونیاک ذخیره می شود. محصول گازی شامل هیدروژن و نیتروژن در راکتور سنتز با انجام واکنش معکوس گرمازا، مجدد آمونیاک و گرمای زیادی تولید می کند که از آن می توان جهت تولید برق استفاده کرد. در این پژوهش، مدل های عددی و شبه همگن توسعه داده شد که عملکرد حرارتی و سینتیکی راکتورهای بستر ثابت تجزیه و سنتز را برای هر دو ماده حامل هیدروژن آمونیاک، شبیه سازی می کند. سپس شرایط عملیاتی راکتور به منظور افزایش تولید انرژی حرارتی بهینه سازی می شود. نتایج نشان داد که چرخه ترموشیمیایی مبتنی بر آمونیاک قادر است در فرآیند سنتز، نرخ انرژی گرمایی واکنش معادل ۱۰.۶۱ وات بر سانتی متر را با بازده حرارتی ۲۶.۱۵٪ ذخیره کند. هدف بهینه سازی برای حداکثر بازده انرژی گرمایی با ۱۵.۶۱ برای آمونیاک تعیین شد و دبی بخار ۰.۰۵۴ کیلوگرم بر ثانیه و برق تولیدی ۰.۱۲ به دست آمد. در مجموع، این پژوهش می تواند به توسعه سامانه های ذخیره سازی انرژی ترموشیمیایی کمک کند و افزایش بهره وری در نیروگاه های خورشیدی متمرکز را فراهم سازد.

کلیدواژه ها:

آمونیاک ، انرژی خورشیدی ، تولید هیدروژن ، ذخیره سازی انرژی ترموشیمیایی