توسط : تیم بین‌المللی از محققان سامانه‌ای نوین و چندمنظوره طراحی کردهاند که قادر به تولید هم‌زمان برق، آب شیرین، هیدروژن، گرمایش، سرمایش و سدیم هیپوکلریت است. این سیستم مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر طراحی شده و از فناوری ذخیره‌سازی انرژی هوای مایع (LAES) بهره می‌برد.
به گزارش pv magazine، تیمی از پژوهشگران به رهبری محققانی از دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی ایران، سیستم چندمنظوره نوآورانه‌ای معرفی کردهاند که می‌تواند به‌صورت هم‌زمان برق، آب شیرین، هیدروژن، گرمایش، سرمایش و سدیم هیپوکلریت تولید کند.
تیم پژوهشی توضیح داد: «نوآورانه‌ترین جنبه این پژوهش، ادغام پیشرفته سیستم ذخیره‌سازی انرژی هوای مایع با یک واحد نمک‌زدای هیبریدی (متشکل از فرایندهای حرارتی و غشایی) و یک سیستم چندمنظوره مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر است که بستری هماهنگ برای تولید هم‌زمان انرژی و آب شیرین فراهم می‌کند. این پیکربندی نه‌تنها از انرژی تجدیدپذیر برای شارژ LAES و ذخیره گرمای اضافی بهره می‌گیرد، بلکه در مرحله تخلیه، به‌طور هوشمندانه گرمای تلف‌شده را برای به‌کارگیری در فرایندهای آب‌شیرین‌سازی و تولید هیدروژن بازیابی می‌کند.»
تولید آب شیرین، هیدروژن، و گرمایش و با سیستم چندمنظوره مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر
طراحی اولیه این سیستم شامل یک واحد LAES با بازده ایزنتروپیک ۸۵ درصد، زمان شارژ ۸ ساعت و زمان تخلیه ۴ ساعت است. فرض شده که شارژ این سیستم از طریق پنل‌های خورشیدی با ابعاد ۲ در ۲ متر و توربین‌های بادی با راندمان ۹۰ درصد انجام می‌شود.
این سیستم از فناوری تولید هم‌زمان برق، گرما و سرمایش (CCHP) بهره می‌برد که به بخش تخلیه LAES متصل است. در فرایند شیرین‌سازی آب، هم‌زمان از اسمز معکوس (RO) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED) استفاده شده است و شورابه باقی‌مانده نیز در فرایند الکترولیز برای تولید هیدروژن و سدیم هیپوکلریت به‌کار گرفته می‌شود.
فرض شده است که این سیستم در سال به‌مدت ۱۲۰۰ ساعت کار کند و طول عمر عملیاتی آن ۲۰ سال باشد. برای ارزیابی اقتصادی، نرخ تنزیل ۳ درصد، نرخ تورم و بهره هر دو ۱۰ درصد، و ضریب نگهداری ۳ درصد در نظر گرفته شده‌اند.
کل سیستم با استفاده از نرم‌افزارEES مدل‌سازی شده و صحت آن با مطالعات پیشین اعتبارسنجی شده است. تمامی بخش‌های مختلف سیستم، خطایی کمتر از ۶ درصد داشته‌اند. پس از آن، بهینه‌سازی سیستم با استفاده از روش‌های محاسبات نرم انجام شده است.
تیم پژوهشی می‌گوید: «این پژوهش با بهره‌گیری از تکنیک‌های محاسبات نرم و شبکه‌های عصبی مصنوعی در فرایند بهینه‌سازی، به‌دنبال ارتقای بهره‌وری، صرفه‌جویی اقتصادی و پایداری زیست‌محیطی این پیکربندی نوآورانه است.»
کاهش قابل‌توجه انتشار دی‌اکسید کربن
این سیستم در طول عمر عملیاتی خود، توانسته است با استفاده از اجزای خورشیدی از انتشار ۶۱۴۱.۳۷ تن دی‌اکسید کربن جلوگیری کند و توربین‌های بادی آن نیز مانع از انتشار ۲۶۴۶.۳۱ تن دی‌اکسید کربن شده‌اند. همچنین، میزان صرفه‌جویی در انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) بیش از ۵۵ تن بوده است.
پژوهشگران اعلام کردند: «مقادیر بهینه‌شده برای هزینه نهایی هیدروژن و آب، براساس تحلیل اکسرواکونومیک، به‌ترتیب برابر با ۱.۵۲ دلار به‌ازای هر کیلوگرم هیدروژن و ۵.۲۲ دلار به‌ازای هر مترمکعب آب است.» براساس داده‌های پس از بهینه‌سازی، این سیستم در هر سال قادر است ۱.۱۵ گیگاوات سرمایش، ۱.۴۱ گیگاوات گرمایش خانگی، ۵۷.۴۷ تُن سدیم هیپوکلریت، ۶.۴۹×۱۰⁷ مترمکعب هیدروژن (در فاز گازی)، و ۷.۵۹×۱۰⁴ مترمکعب آب شیرین تولید کند.
نتایج این پژوهش در مجله Journal of Energy Storage منتشر شده است. در این مطالعه، دانشمندانی از دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ایران، دانشگاه واترلو کانادا، دانشگاه بین‌المللی کسب‌وکار، مدرسه امور بین‌الملل بالسلی (BSIA) و دانشگاه فناوری آیندهوون هلند مشارکت داشته‌اند.
