ENERGETIC AND ECONOMIC INVESTIGATION OF SOLAR ORGANIC RANKINE CYCLE İNTEGRATED WITH AN ABSORPTION REFRIGERATION SYSTEM FOR GENERATION POWER AND COOLING APPLICATIONS

Abstract

ABSTRACT

The present study presents a simulation analysis that precisely investigates the thermodynamic and exergoeconomic elements of a solar-powered trigeneration system that generates electricity, heat, and cooling (CCHP) in Antalya, Turkey. The system utilizes parabolic trough collectors that use Therminol 66 to power an organic Rankine cycle and an absorption refrigeration system. The investigation was carried out under steady-state conditions, with a model constructed using Engineering Equation Solver (EES). Energy, exergy, and exergoeconomic assessments measure system performance, with R245fa and octane serving as working fluids in the organic Rankine cycle. A parametric analysis of the system is performed to evaluate how different parameters impact power generation, cooling, and heating output, the total cost rate, the system's thermal and exergy efficiency, and exergy destruction. The following characteristics were assessed: the degree of superheating, the pressure at the turbine inlet, and the level of solar beam irradiation. The R245fa-based CCHP system generates 232.5 kW of electricity, 716.7 kW of cooling, 2225 kW of heating, 86.89% of thermal efficiency, 16.26% of exergy efficiency, and an overall cost rate of 66.12 $/h. Furthermore, the exergoeconomic factor is 72.12%, and the carbon footprint is 0.195 kg CO2/kWh under ideal design conditions. The butane-powered CCHP system has an electrical output of 221.8 kW, a cooling production capacity of 745.4 kW, a heating production capacity of 2197 kW, a thermal efficiency of 86.44%, an exergy efficiency of 15.73%, a total cost rate of 63.06 $/h, an exergoeconomic factor of 70.86%, and the carbon footprint is 0.223 kg CO2/kWh.

ÖZET

Bu çalışma, Antalya, Türkiye'de elektrik, ısı ve soğutma (CCHP) üreten güneş enerjili bir trigenerasyon sisteminin termodinamik ve eksergoekonomik unsurlarını detaylı bir şekilde inceleyen bir simülasyon analizi sunmaktadır. Sistem, Therminol 66 kullanarak güneş enerjisi toplayan parabolik oluk kolektörlerini kullanarak organik Rankine çevrimi ve bir absorbsiyon soğutma sistemi ile çalışmaktadır. Araştırma, Engineering Equation Solver (EES) kullanılarak oluşturulan bir model ile durağan durum koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Enerji, ekserji ve eksergoekonomik değerlendirmeler sistemin performansını ölçmekte olup, organik Rankine çevriminde çalışma sıvıları olarak R245fa ve oktan kullanılmıştır. Sistemin farklı parametrelerin güç üretimi, soğutma ve ısıtma çıktısı, toplam maliyet oranı, sistemin termal ve ekserji verimliliği ve ekserji yıkımı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için bir parametrik analiz yapılmıştır. Değerlendirilen özellikler arasında türbin girişindeki basınç, süper ısıtma derecesi ve güneş ışını şiddeti bulunmaktadır. R245fa tabanlı CCHP sistemi ideal tasarım koşulları altında 232.5 kW elektrik, 716.7 kW soğutma, 2225 kW ısıtma üretmekte, %86.89 termal verimlilik, %16.26 ekserji verimliliği ve saatte 66.12 $ toplam maliyet oranına sahiptir. Ayrıca, eksergoekonomik faktör %72.12 ve karbon ayak izi 0.195 kg CO2/kWh'dır. Bütanla çalışan CCHP sistemi ise 221.8 kW elektrik, 745.4 kW soğutma kapasitesi, 2197 kW ısıtma kapasitesi, %86.44 termal verimlilik, %15.73 ekserji verimliliği, saatte 63.06 $ toplam maliyet oranına, %70.86 eksergoekonomik faktöre ve 0.223 kg CO2/kWh karbon ayak izine sahiptir.