أدى الطلب المتزايد على الطاقة في قطاع البناء إلى حاجة ماسة إلى حلول مبتكرة للحد من حصته البالغة 37% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية في عام 2020. تقدم هذه الدراسة نظام طاقة هجينًا جديدًا يدمج الألواح الشمسية الكهروضوئية الحرارية (PVT) مع غلاية تعمل بالوقود الحيوي، وهو مصمم لتلبية احتياجات التدفئة والتبريد والكهرباء السكنية. أُجريت عمليات محاكاة ديناميكية باستخدام TRNSYS لتقييم أداء النظام في العالم الحقيقي عبر بيئات مختلفة.
۳/۱
الظروف المناخية. حقق التحسين باستخدام خوارزمية Greywolf توازنًا بين ثلاثة أهداف متنافسة: الكفاءة الحرارية الديناميكية، والاستدامة البيئية، والجدوى الاقتصادية. حقق النظام كفاءة حرارية بنسبة 28.5%، وتكلفة طاقة مستوية قدرها 0.163 دولار/كيلوواط ساعة، ومؤشر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون 121 كجم/ميغاواط ساعة، مما يعكس تحسينات كبيرة بنسبة 13.5% و23.1% و15.4% على التوالي، مقارنةً بالتصميم الأساسي. وعلى عكس الدراسات السابقة، يجمع هذا العمل بشكل فريد بين النمذجة الديناميكية العابرة والتحسين متعدد الأهداف لنظام طاقة يعمل بالطاقة الشمسية والوقود الحيوي، مما يوفر رؤى عملية حول تكامل الطاقة المستدامة لقطاع البناء. وتؤكد هذه النتائج على قدرة النظام على تحسين أداء الطاقة مع تقليل التكاليف البيئية والاقتصادية.
تقدم هذه الدراسة تحليلًا ترموديناميكيًا متعمقًا وتحسينًا لنظام طاقة متجددة متكامل يدمج نظامًا حراريًا أرضيًا مزدوج الوميض مع دورة رانكين لثاني أكسيد الكربون عبر الحرجة، باستخدام خوارزميات التعلم الآلي. يهدف التصميم المبتكر إلى تعظيم التوليد المتزامن للحرارة والكهرباء، مما يعود بالنفع في نهاية المطاف على الاستدامة البيئية وأمن الطاقة. من خلال استخدام خوارزميات التعلم الآلي الانحداري، يقيم البحث ويعزز أداء النظام، محققًا مستويات دقة R-squared رائعة تبلغ 98.86٪ لمخرجات التدفئة و99.89٪ لتوقعات خرج الطاقة. تؤكد النمذجة الترموديناميكية، التي تم التحقق من صحتها مقابل معايير معترف بها، دقة تصميم النظام. تشير نتائج التحسين إلى أن ضغوط التشغيل بين 840 و870 كيلو باسكال ونسب الضغط من 1.56 إلى 1.60 توفر مخرجات مثالية، مع إنتاج طاقة بين 2582 و2585 كيلو واط ونات تدفئة تتراوح من 12260 إلى 12280 كيلو واط. يصل النظام إلى أقصى أداء له عند ضغط 850 كيلو باسكال ونسبة ضغط 1.57، مما ينتج عنه طاقة ناتجة قدرها 2583.97 كيلو واط وطاقة تسخين ناتجة قدرها 12279.3 كيلو واط. تُبرز هذه النتائج إمكانية دمج أنظمة الديناميكا الحرارية المتقدمة مع منهجيات التعلم الآلي لتحسين كفاءة وفعالية مصادر الطاقة المتجددة. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S2214157X24012413
هناك تركيز متزايد على اعتماد مصادر طاقة صديقة للبيئة للتخفيف من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتعزيز الاستدامة. في حين أن مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية تقدم فوائد عديدة، إلا أن لها بعض القيود. بالإضافة إلى ذلك، فإن تخزين الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية يمكن أن يكون مكلفًا وصعبًا بسبب القيود في تكنولوجيا البطاريات وسعة التخزين. لذلك، توفر أنظمة تخزين الطاقة الحرارية القائمة على مادة تغيير الطور حلاً واعدًا لهذه التحديات. تلعب هذه الأنظمة أيضًا دورًا حاسمًا في تعزيز كفاءة الطاقة في المباني واستدامتها. تؤثر أبعاد هذه الأنظمة على أدائها. غالبًا ما تعتمد الأنظمة التقليدية على أبعاد ثابتة، مما يؤدي إلى ظروف حرارية غير موحدة داخل وسيط التخزين. لمواجهة هذه التحديات، أوصي باعتماد آلية تخزين الحرارة المدمجة الكامنة (C-LHS) في هذا التقرير. بالإضافة إلى ذلك، تم إدخال بعض الزعانف في نظام C-LHS لتغيير ديناميكيات نقل الحرارة داخل الجهاز. تم تغيير ثلاثة من المعلمات المهمة للزعانف لدراسة تأثيرها على وقت الشحن. تم استخدام الشبكات العصبية الاصطناعية والخوارزميات الوراثية لتحديد الوضع الأمثل للزعانف لتقليل مدة المادة للحصول على كل من قدرات الذوبان الجزئية (نسبة الذوبان 0.8) والكاملة (نسبة الذوبان 1). هنا، كان الهدف الأساسي هو تقديم نموذج تنبؤي قادر على التنبؤ بدقة بوقت شحن المادة. في جميع العينات ذات الزعانف المقدمة، ذابت PCM بالكامل في أقل من 15110 ثانية (4 ساعات و12 دقيقة) وتمكنت من الاستفادة الكاملة من سعة امتصاص الطاقة في الشكل الكامن، بينما في النظام غير ذي الزعانف، تمكنت 68.6٪ فقط من المادة من الذوبان خلال مدة البحث الكاملة (5 ساعات). بعد تحليل البيانات، تم تقديم تكوينين مثاليين لـ OS1 وOS2 مع الحد الأدنى من الوقت لنسب الذوبان 0.8 و1. في تكوين OS2، استغرق الأمر 16200 ثانية (4 ساعات و30 دقيقة) لامتصاص 4929 كيلو جول من الطاقة. امتصت العينة غير الزعانف 3250 كيلوجول فقط من الطاقة خلال الفترة نفسها. وبشكل عام، حقق OS2 امتصاصًا إجماليًا للطاقة أسرع بنسبة 51.6% من العينة غير الزعانف. لذلك، يتمتع النظام المُقدم بالقدرة على زيادة الطاقة الممتصة في بقية ساعات النهار إلى كميات أكبر من خلال زيادة عدد الوحدات واستخدام كمية أكبر من المواد. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/ S2352152X24035527
يقترح العمل الحالي نظامًا مبتكرًا لإزالة الكربون من مزيج الطاقة وتسريع عملية التحول الأخضر في جميع أنحاء العالم. يتم تشغيل النظام بواسطة هاضم الكتلة الحيوية مدمج مع دورة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة لتوليد الطاقة ووحدة تحلية متعددة التأثيرات لإنتاج مياه الشرب. يكمن جوهر هذا المفهوم في حقن الهيدروجين الإضافي من خلال محلل كهربائي بغشاء تبادل البروتون يعتمد على الألواح الكهروضوئية. يتم تقييم الجوانب التقنية والبيئية والاستدامة والاقتصادية للنموذج المبتكر المقترح ومقارنتها بنظام مماثل بدون حقن الهيدروجين. بعد ذلك، يتم تطبيق تحسين مقارن متعدد المعايير لإيجاد أفضل الظروف من جوانب مختلفة تعتمد على الخوارزمية الجينية وتقنيات التعلم الآلي. بعد ذلك، يُحلل أداء النظام في ظروف مثالية مختلفة ويُقارن من خلال تقييم أهم المؤشرات التقنية والاقتصادية والبيئية ومؤشرات الاستدامة. يشير التقييم البارامتري الذي يُقارن نماذج مختلفة إلى أن النموذج الجديد المقترح، بما في ذلك زيادة حقن الهيدروجين، يتفوق على النظام الأساسي من حيث كفاءة الأداء والانبعاثات وتكاليف الطاقة. في سيناريو التحسين الأول، تُظهر الطريقة المقترحة متانة من خلال تحقيق إنتاج أعلى للمياه يبلغ 1456 كجم/ثانية، وتكلفة إجمالية أقل تبلغ 118 دولارًا/ساعة، وطاقة صافية أعلى تبلغ 1.1 ميجاوات من حالة التصميم. عندما باعتبار مؤشر الاستدامة، وتكلفة الطاقة، ومقياس الانبعاثات هدفًا للتحسين، يتم تغيير قيمها من 0.81 إلى 0.85، ومن 92.5 دولار/ميغاواط/ساعة إلى 89.7 دولار/ميغاواط/ساعة، ومن 64.2 كجم/ميغاواط/ساعة إلى 53.6 كجم/ميغاواط/ساعة. تُظهر النتائج أيضًا أنه عند إعطاء الأولوية لمؤشر الاستدامة، وتكلفة الطاقة، والانبعاثات كأهداف، فإن جميع المكونات تحقق أداءً أفضل من ناحية جودة تحويل الطاقة مقارنةً بالسيناريو الذي يكون فيه إنتاج المياه، والتكلفة الإجمالية، وصافي الطاقة هي أهداف التحسين. أخيرًا، يُلاحظ أن غرفة الاحتراق والألواح الشمسية هي أسوأ المكونات من ناحية عدم الانعكاس بسبب أعلى معدل تدمير للطاقة. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0957582024004786?
٤/٣
عبر%3Dihub
تم دراسة توليد الإنتروبيا ونقل الحرارة بالحمل الحراري في حجرة مسامية جزئيًا ذات درجات حرارة مختلفة للجدار الجانبي باستخدام CuO-H2O. تكمن أهمية هذه المسألة في التطبيق الواسع للنتائج في المجمعات الشمسية، وأنظمة البثق الحراري، والمبادلات الحرارية، والطب الحيوي، والتخلص من النفايات النووية، وما إلى ذلك. يرتبط ابتكار هذا العمل بدراسة مجالات السوائل والحرارة وتوليد الإنتروبيا باستخدام مصفوفة مع تبعية المسامية للمحور الرأسي، والنفاذية، والتوصيل الحراري، واللزوجة مع تبعية المسامية. للحصول على نتائج دقيقة، تم استخدام نموذج الخليط ثنائي الطور، وتمت محاكاة التوصيل الحراري ولزوجة السوائل النانوية بواسطة نماذج تجريبية من خلال الاعتماد على درجة الحرارة وكسر الحجم. يتم حل المعادلات الحاكمة بواسطة FVM تشير النتائج الرئيسية إلى أن أفضل وأسوأ عامل تحسين يحدث في المصفوفة المسامية ε = ε(y2) وε = -ε(y2) على التوالي، أي 113% و86% من NH للمصفوفة المتجانسة على التوالي. كما أن زيادة ملء التجويف تُحسّن NH بشكل كبير، بحيث تصل قيمة NH من 1.19 إلى 1.82 مع زيادة S من 0.25 إلى 1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X24005161?via%3Dihub
يستكشف الباحثون حلولاً مبتكرة لتخزين الطاقة الحرارية لمواجهة التحديات التي تفرضها مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، وتعزيز كفاءة الطاقة، والمساهمة في التحول العالمي نحو ممارسات طاقة أنظف وأكثر استدامة. وفي إطار السعي إلى نظام مثالي لتحسين كفاءة إطلاق/امتصاص الحرارة لمواد تغيير الطور (PCMs)، تم تصميم نظام فريد لتخزين الحرارة الكامنة على شكل غلاف وأنبوب بأربع زعانف مستطيلة. وتم فحص سلوكيات ذوبان وتصلب المادة في هذا الجهاز من خلال التلاعب بموضع الأنبوب داخل الغلاف والزعانف المحيطة به. وتم النظر في ست حالات مختلفة مثل الحالة أ (الأنبوب في وسط الغلاف)، والحالة ب (الأنبوب في الجزء العلوي من الغلاف)، والحالة ج (الأنبوب في أسفل الغلاف)، والحالة د (الأنبوب في وسط الغلاف مع زعانف على جوانبها)، والحالة E (أنبوب في الجزء العلوي من الغلاف مع وجود زعانف في قسمه السفلي)، والحالة F (أنبوب في الجزء السفلي من الغلاف مع وجود زعانف في قسمه العلوي). كانت الحالتان D وE أفضل الخيارات لامتصاص الحرارة وإطلاقها في أقصر وقت. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الحالة F كانت أسرع أثناء عملية الصهر وتأخرت في المراحل النهائية. اقترح المؤلفون أنه إذا كان تحقيق نتيجة متوازنة دون تكبد تكاليف إضافية أمرًا ضروريًا، فإن الحالة D هي خيار مناسب لأنها توفر أداءً معقولاً في عمليات الصهر والتصلب. ومع ذلك، لنفترض أن الباحثين والمطورين لأنظمة تخزين الطاقة يسعون إلى تحقيق أداء أعلى حيث يحدث امتصاص الحرارة وإطلاقها بسرعة أكبر. في هذه الحالة، يُقترح بناء إحدى الحالتين، E أو F، وتنفيذ آلية دوران لتمكين الوصول إلى الحالة الأخرى. بناءً على النتائج، احتاجت الحالتان D وF إلى 6235 ثانية و7552 ثانية، على التوالي، للذوبان الكامل. بينما تطلبت جميع الحالات أكثر من 3 ساعات لتصلب 80% من PCM. سرعة الذوبان الكاملة للحالة F أسرع بنسبة 21.12% من سرعة الحالة D. بالإضافة إلى ذلك، فإن الوقت المطلوب للتصلب بنسبة 50% أسرع بنسبة 14.79% للحالة E مقارنة بالحالة D. خلال 3 ساعات، يمكن لهذا النظام امتصاص 1172 كيلوجول من الطاقة (الحالتان D وF) وإطلاق 893 كيلوجول من الطاقة (الحالتان D وE). https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/ S2352152X24014658?via%3Dihub
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
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