مع استمرار ارتفاع الطلب العالمي على الطاقة، تبرز حاجة ملحة لتحسين كفاءة واستدامة أنظمة توليد الطاقة. وقد دمجت هذه الدراسة وحدات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج المعدل (S-CO2) وتحلية المياه متعددة التأثيرات (MED) لاستعادة الحرارة المتبقية من دورة توربينات الغاز (GTC) على مرحلتين، مما عزز إنتاج الكهرباء بشكل كبير مع تقليل البصمة البيئية لدورة توربينات الغاز. وتكمن أهمية هذه الدراسة في نهجها الشامل، الذي يجمع بين التحليلات الديناميكية الحرارية والبيئية والحرارية الاقتصادية، إلى جانب تقييمات حساسية شاملة. وقد طُبّق إطار عمل ثلاثي التحسين لتحسين أداء النظام، مع التركيز على مقاييس رئيسية مثل كفاءة الطاقة، ومعدلات خفض ثاني أكسيد الكربون، وتكلفة الطاقة المُستوية، باستخدام نموذج NSGA-II وطريقة صنع القرار TOPSIS في برنامج MATLAB. تم تقييم الجدوى الاقتصادية من خلال تحليل القيمة الحالية الصافية (NPV)، مما يدل على ربحية كبيرة. وأخيرًا، تم إجراء دراسة مقارنة لمعدل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون للنظام المُصمم لمصادر طاقة متجددة مختلفة. أحد التطبيقات المحددة للنظام المُصمم هو قدرته على توليد 1.415 متر مكعب/ساعة من الماء المقطر مع توليد 1.441 كيلوواط من الكهرباء. حدد تحليل الحساسية درجة حرارة غرفة الاحتراق كأهم معلمة تصميم، مع مؤشر حساسية يبلغ 0.328. أظهرت المؤشرات الاقتصادية المثلى تحسنًا ملحوظًا، حيث زادت القيمة الحالية الصافية من 2.371 مليون دولار أمريكي إلى 10.75 مليون دولار أمريكي، وانخفضت فترة الاسترداد من 13.28 عامًا إلى 7.18 عامًا. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S2214157X24015235
الهدف الرئيسي من هذه المقالة هو تحسين الكفاءة الحرارية والكهربائية لنظام حراري أرضي مشترك لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية من خلال طريقة تحسين سرب الجسيمات الاستكشافية (PSO). يهدف هذا البحث إلى إجراء تحليل شامل لدمج تقنية تحسين سرب الجسيمات الاستكشافية، مع التركيز بشكل خاص على المزايا والتحديات المحتملة المرتبطة باستخدام هذه الطرق في تحسين فعالية أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية. يُستخدم نظام حراري أرضي ثنائي الوميض، بالتزامن مع دورة رانكين لثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة، في التوليد المشترك للكهرباء والطاقة الحرارية. وقد استخدم البحث طريقة تحسين سرب الجسيمات الاستكشافية لتحسين توليد الطاقة، وسعة التدفئة، والكفاءة العامة للنظام. تم استخدام خوارزمية PSO لتحديد المعلمات التشغيلية المثلى لمستوى ضغط يبلغ 820 كيلو باسكال ونسبة ضغط تبلغ 1.59، مما أدى إلى تعظيم خرج الطاقة إلى 2591.4 كيلو واط. حددت خوارزمية PSO بفعالية المعلمات التشغيلية المثلى كضغط يبلغ 820 كيلو باسكال ونسبة ضغط تبلغ 1.59، مما أدى إلى تحقيق ذروة خرج طاقة تبلغ 2591.4 كيلو واط. حددت المنهجية أن ضغطًا يبلغ 916.4 كيلو باسكال ونسبة ضغط تبلغ 1.5 يمثلان المعلمات المثلى لتحقيق أقصى سعة تسخين تبلغ 12329.1 كيلو واط. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X24013741
يمكن أن يؤدي استخدام قدرات الذكاء الاصطناعي إلى تطوير أنظمة طاقة وسلسلة إمداد طاقة أكثر كفاءةً واستدامةً ومرونة. يوفر دمج تقنيات التعلم الآلي ضمن هذه الأنظمة فوائد جمة، وهو أمرٌ أساسيٌّ لتحسين الأداء العام. في ظلّ مواجهة المجتمع العالمي لتحدياتٍ مثل تغير المناخ وتزايد الطلب على الطاقة، سيلعب التعلم الآلي دورًا حيويًا متزايدًا في تحديد مستقبل أنظمة الطاقة. يدرس هذا البحث مدى فعالية تقنيات التعلم الآلي القائمة على الانحدار في تحليل وتحسين أداء نظام توليد الحرارة والطاقة المشترك بين الطاقة الحرارية الأرضية. ويركز على إنشاء نماذج خطية وتربيعية لتقييم توليد الكهرباء وإنتاج الحرارة، و كفاءة النظام بأكمله. يتم تقييم هذه النماذج من خلال تحليل المتبقي وإحصاءات R-squared. تشير النتائج إلى أن النماذج التربيعية تتفوق على النماذج الخطية، حيث حقق النموذج الخطي قيمة R-squared تبلغ 88.56% لتوليد الطاقة، بينما يصل النموذج التربيعي إلى مستوى R-squared مثير للإعجاب يبلغ 99.88%. علاوة على ذلك، توضح الدراسة أن نماذج التعلم الآلي التربيعية تحمل وعدًا كبيرًا لتحسين أداء النظام، كما يتضح من مقاييس الرغبة التي تتجاوز 0.99. يسلط هذا البحث الضوء على أهمية أساليب التعلم الآلي القائمة على الانحدار في تحليل وتحسين أنظمة الحرارة والطاقة الحرارية الأرضية المشتركة. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544224033723
يُظهر التحفيز الضوئي المُدار بالطاقة الشمسية كفاءةً فعّالة في إنتاج الهيدروجين عبر انقسام الماء، بالإضافة إلى تقليل ثاني أكسيد الكربون وتحلل الملوثات الخطرة في البيئة المائية، مما يُؤدي دورًا حيويًا في مواجهة التحديات المرتبطة بالأزمات البيئية وأزمة الطاقة. تُقدم هذه الدراسة تخليقًا لمحفز ضوئي من تيتانات السترونشيوم/أكسيد الزنك/نتريد الكربون الجرافيتي عبر طريقة تشريب كيميائي صوتي ورطب متكاملة. تم فحص كفاءة التحفيز الضوئي لمحتوى مُختلف (10%، 20%، 30%، و40% وزنيًا) من تيتانات/أكسيد الزنك بنسبة 40% وزنيًا مُحمّل على الكربون الجرافيتي، حيث أظهر التحميل بنسبة 30% الأداء الأمثل. تم إجراء تحديد كامل للمواد المُركّبة باستخدام تقنيات XPS، XRD، BET، TEM، DRS، SEM، EIS، Photocurrent تحليلات ESR وPL وMott-Schottky. أشار فحص BET إلى وجود معادلة حرارة من النوع الرابع مع تباطؤ هيدروجيني، مما يمثل بنية مسامية متوسطة. يعود التحسن في النشاط التحفيزي الضوئي للمركب المُحسَّن إلى خصائصه الهيكلية التي تُسهِّل فصل الإلكترونات عن الفجوات بكفاءة ونقل الشحنة. حدد تحسين RSM المعايير الرئيسية لتحقيق كفاءة عالية في تحلل السيفيكسيم (CFX) (96%) عند تركيز 29.91 ملغم/لتر من CFX، ودرجة حموضة 4.55، وزمن تفاعل 78 دقيقة، وجرعة حافز 0.65 غ/لتر. كشف تحليل LC-MS عن مسارين مقترحين للتحلل الضوئي للسيفيكسيم، كما أبرزت تجارب الاحتجاز وتحليل ESR وجود جذور الهيدروكسيل والفائق الأكسيد كمساهمين رئيسيين. أظهر المحفز الضوئي المُصنَّع استقرارًا ممتازًا وقابلية لإعادة الاستخدام على مدار خمس دورات. الهيدروجين. أظهر الإنتاج زيادة أولية مع تحميل تيتانات السترونشيوم/أكسيد الزنك، وبلغ ذروته عند 645.62 ميكرومول/جم/ساعة عند 30% وزناً، قبل أن ينخفض بسبب تأثيرات احتجاز الإلكترونات المحتملة. والجدير بالذكر أن المحفز الضوئي SrZg-30 أظهر معدل إنتاج ثاني أكسيد الكربون أعلى بكثير (0.97 ميكرومول/جم/ساعة) مقارنة بمكونات SrTiO3/ZnO وg-C3N4. يقدم هذا العمل نهجًا قابلاً للتطبيق لتطوير محفزات ضوئية صديقة للبيئة لمعالجة الأزمات البيئية والطاقة الملحة. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/
تقدم هذه الورقة البحثية تصميمًا رائدًا لنظام توليد متعدد قادر على إنتاج الكهرباء والهيدروجين وأحمال التبريد في آنٍ واحد. يُطوّر هذا البحث أنظمة الطاقة المستدامة من خلال تقديم تصميم مبتكر يستغل الحرارة المهدرة على النحو الأمثل ويدمج تغويز الكتلة الحيوية مع الدورات الديناميكية الحرارية المتقدمة. كما يُقدّم نموذجًا للدراسات المستقبلية حول خفض انبعاثات الكربون وتحسين الكفاءة. يستغل النظام المقترح الحرارة المهدرة من دورة برايتون بفعالية لتشغيل دورة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة، ودورة رانكين البخارية، والتبريد بالامتصاص، والمحلل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون. يُحسّن هذا النهج الكفاءة الكلية ويُقدّم حلاً واعدًا لتوليد الطاقة المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام دورة ثاني أكسيد الكربون المشتقة توفر كفاءة حرارية عالية، وفعالية من حيث التكلفة، وتأثيرات بيئية أقل مقارنة بطرق توليد الطاقة التقليدية. تؤكد التقييمات الشاملة، بما في ذلك التحليلات التقنية والاقتصادية والبيئية، جدوى النظام وإمكاناته للتطبيق التجاري في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك، يوفر التحقيق البارامتري لخمسة معلمات تصميم أساسية رؤى مهمة حول أداء النظام ومرونته. حدد تحليل النظام المقترح أن وحدة المُغوِّز-برايتون تتمتع بأعلى معدل عدم انعكاس وتكلفة بين الأنظمة الفرعية الأخرى. تم تطوير نهج جديد يجمع بين الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN) وخوارزمية وراثية للفرز غير المهيمنة II (NSGA-II) لتحسين النظام، مما يقلل بشكل كبير من وقت الحساب والتكاليف المرتبطة بتحليل أداء النظام. وفقًا للتحسين ثلاثي الأهداف، يوفر النظام في وضع التشغيل الأمثل 45.89 كجم/ساعة من الهيدروجين بكفاءة استنفاد طاقة تبلغ 33.15% ومعدل تكلفة إجمالي قدره 159.5 دولارًا أمريكيًا/ساعة. بعد عملية التحسين، لوحظت إنجازات كبيرة، بما في ذلك تحسن بنسبة 5.02% في كفاءة الاستنفاد، وزيادة قدرها 7.29 كجم/ساعة في إنتاج الهيدروجين، وانخفاض قدره 0.1 طن/ميغاواط في مؤشر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X24016204
يهدف هذا البحث إلى تحليل وتحسين نظام طاقة ثلاثي التوليد يستخدم الطاقة الحرارية الأرضية لإنتاج الطاقة من الحرارة المستخرجة من مصدر حراري أرضي، إلى جانب المياه العذبة والتدفئة. ولتحقيق ذلك، اعتمدت الدراسة على أسلوب التصميم المركب المركزي من خلال منهجية سطح الاستجابة. يتكون النظام من تكوين حراري أرضي ثنائي الوميض، ومكون تحلية مياه، ودورة رانكين لثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة. أُجري تحليل باريتو لتحديد وتصنيف أهم العوامل المؤثرة على أداء النظام، بينما قيّم تحليل المتبقي دقة نهج تصميم المركب المركزي. قدّم تحليل التباين تقييمًا عدديًا لكيفية تأثير معاملات المعالجة على توليد الطاقة، ومخرجات التدفئة، وإنتاج المياه العذبة، والكفاءة العامة للنظام. في النهاية، سهّل أسلوب التصميم المركب المركزي تحسين أداء النظام. أشارت نتائج تحليل باريتو إلى أن درجة حرارة مصدر الحرارة الأرضية كان لها التأثير الأكبر على إنتاج الطاقة، ومخرجات الماء الساخن، والكفاءة العامة، بينما أثر معدل التدفق الكتلي لمصدر الحرارة الأرضية بشكل أساسي على توليد المياه العذبة. في ظل ظروف التشغيل المثلى، تمكّن النظام من توليد طاقة إنتاجية بلغت 1191.8 كيلوواط، وإنتاج 64.89 كجم/ثانية من الماء الساخن، و4.94 كجم/ثانية من المياه العذبة، وتحقيق كفاءة تشغيلية بلغت 59.96%. توضح هذه الدراسة أهمية تحويل الحرارة المستخرجة من مصدر الطاقة الحرارية الأرضية إلى طاقة قيّمة، وتؤكد على مزايا الأنظمة المتكاملة لتحويل الحرارة المستخرجة من مصدر الطاقة الحرارية الأرضية إلى طاقة وتدفئة ومياه عذبة. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/ S0960148124023346
تكشف هذه الدراسة عن مولد تدفق دوامي متخصص يُسمى "المضطرب الزائدي الملتوي" (swisted perbolic turbulator) للاستخدام في المبادلات الحرارية. يهدف تصميم هذا التصميم الهندسي إلى إحداث تدفق دوامي ثنائي الاتجاه. يتدفق سائل الماء عبر أنبوب مُسخّن بأرقام رينولدز تتراوح بين 2316 و5096. درست هذه الدراسة التأثيرات الحرارية الاحتكاكية للمضطرب الجديد عند زوايا التواء مختلفة تتراوح بين 60 و360 درجة. أشارت النتائج إلى أنه مع ارتفاع زاوية الالتواء، يزداد انتقال الحرارة أيضًا بسبب تكثيف دوران السائل وحركته الشعاعية. في الظروف المثالية، تؤدي زاوية الالتواء البالغة 360 درجة إلى زيادة ملحوظة في انتقال الحرارة بنسبة 256% وانخفاض في الضغط بنسبة 625%، مصحوبًا بمعامل انتقال حراري قدره 1.84. أُضيفت ثقوب طولية إلى المُضطرب المُختار بمسافات غير بُعدية مُتفاوتة (R = h/r) من المركز، تتراوح بين 9 و3.6، مع أقطار ثقوب غير بُعدية (P = h/d) تتراوح بين 9 و4.5. أشارت النتائج إلى أنه مع زيادة مسافة الثقب من مركز الأنبوب، انخفض عامل التمدد الحراري (TEF)، بينما أدى زيادة قطر الثقوب إلى تحسينه. وُجد أن التكوين الأمثل يكون عند P = 4.5، ويقع عند R = 6، مما أدى إلى عامل تمدد حراري (TEF) قدره 2.02. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S2214157X24016976
زار عميد المعهد التقني / المسيب الدكتور مالك نعمة الخزرجي مركز المستقبل لبحوث الطاقة وقد استقبله مدير المركز الدكتور سلوان عبيد وحيد وكان الغرض من الزيارة الاطلاع على الجهزة الموجودة في المركز ، لقد أثمرت الزيارة بالمقترحات العلمية. بمشاركه والتعاون في دعم البحوث العلمية الرصينه في المجلات العالمية وتأليف الكتب والعمل المشترك في براءات الاختراع ومناقشات الدراسات العليا لذوي الالقاب العلمية .