دراسة تجريبية وعددية لمبرد ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج: مساهمة في مؤتمر sCO₂ الأوروبي السادس للمبردات فوق الحرجة

دراسة تجريبية وعددية لمبرد ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج: مساهمة في مؤتمر sCO₂ الأوروبي السادس للمبردات فوق الحرجة

بواسطة | مايو 14, 2025 | Article, Publications

كجزء من مشروع Horizon 2020 DESOLINATION، دراسة جديدة بعنوان “دراسة تجريبية ورقمية لمبرد ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج” في المؤتمر الأوروبي السادس حول ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج لأنظمة الطاقة، الذي عُقد في الفترة من 9 إلى 11 أبريل 2025 في دلفت، هولندا.

قاد البحث الذي أجري بقيادة جامعة لوس أنجلوس للتكنولوجيا بالتعاون مع تيميست, استلمت جائزة أفضل ورقة بحثية في المؤتمر تقديرًا لجودته العلمية وأهميته.

Read publication
التحقيق في أداء الطاقة الكهرومغناطيسية في دورات طاقة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة

تركز الدراسة على الأداء الحراري الهيدروليكي من مبادل حراري بدائرة مطبوعة (PCHE) تعمل مع ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (sCO₂) - سائل عامل في صميم كتلة الطاقة المبتكرة من DESOLINATION. تُعدّ وحدات الطاقة الشمسية المركزة حلاً مدمجاً وعالي الكفاءة ومناسباً للظروف القاسية لأنظمة الطاقة القائمة على ثاني أكسيد الكربون مثل تلك المدمجة في الطاقة الشمسية المركزة (CSP) وتقنيات تحلية المياه.

باستخدام مزيج من الاختبار التجريبي and ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD), قام الفريق بتقييم خصائص انتقال الحرارة وانخفاض الضغط لخصائص تدفق ثاني أكسيد الكربون عبر القنوات الدقيقة PCHE. استهدفت الدراسة المنطقة شبه الحرجة, حيث يُظهر ثاني أكسيد الكربون₂ تغيرات سريعة في الخصائص التي تعزز انتقال الحرارة ولكنها تعقد النمذجة التنبؤية.

دعم أهداف منظمة ديزولينايشن

ويساهم هذا العمل بشكل مباشر في تحقيق هدف ديزولينايشن المتمثل في تطوير نظام تحلية فعال لتحلية المياه يعمل بالطاقة الشمسية من خلال تحسين التنبؤ بالأداء وتصميم المكونات الرئيسية في دورة طاقة sCO₂. وعلى وجه الخصوص، يوفر أدوات ورؤى تم التحقق من صحتها ضرورية لدمج مبادلات حرارية عالية الكفاءة في المصنع التجريبي المستقبلي للمشروع.

Read publication

Authors: جيوسيبي بيتروتشيلي، وتيمو تورونين-سارستي، وداميان سيريت، وآكي غرونمان، وأوريليان كونروزييه، وأمير مؤمني دولت آبادي.

DOI: 10.17185/duepublico/83320

النتائج الرئيسية
  • البيانات التجريبية تم جمعها في ظل مجموعة واسعة من ظروف التشغيل في منشأة اختبار ثاني أكسيد الكربون عبر الحرجة التابعة لجامعة LUT، مما يوفر معيارًا قيمًا للتحقق من صحة النماذج العددية.
  • The محاكاة CFD, الذي يتضمن سلوك الغاز الحقيقي ونموذج الاضطراب SST k-ω، أظهر اتفاقًا جيدًا مع انخفاضات الضغط ودرجات حرارة المخرج المقاسة.
  • A ارتباط عامل الاحتكاك الجديد من النتائج التجريبية. وهو يأخذ في الحسبان خشونة السطح وحقق دقة تنبؤ في حدود ±10% من القيم المقاسة - وهو تقدم مهم على الارتباطات الحالية.
  • كشفت الدراسة أيضًا أن ارتباطات انتقال الحرارة الشائعة الاستخدام تميل إلى الاستهانة بالأداء في تدفقات القنوات الدقيقة ذات رقم رينولدز المرتفع، مما يؤكد الحاجة إلى نماذج تنبؤية أكثر تخصيصًا.
الاعتراف بالمؤتمر

جمع مؤتمر sCO₂ الأوروبي السادس أكثر من 100 خبير من الأوساط الأكاديمية والصناعية لمناقشة أحدث الابتكارات في تكنولوجيا sCO₂. وبالإضافة إلى الجلسات التقنية، تم تسليط الضوء أيضًا على تقنية إزالة ثاني أكسيد الكربون خلال الكلمة الرئيسية صباح الجمعة للدكتور جيويلي دي ماركوبيراردينو (UNIBS)، والذي عرض الأهداف العامة للمشروع والتقدم المحرز حتى الآن.

🏆 حصلت الورقة على جائزة أفضل ورقة بحثية في المؤتمر، اعترافًا بجودة البحث وأهميته بالنسبة لمجتمع أبحاث وهندسة ثاني أكسيد الكربون الدولي. يسلط هذا التكريم الضوء على مساهمة ديسولينايشن في تعزيز الفهم على مستوى المكونات الضرورية لتطوير أنظمة تحلية المياه المتكاملة التي تعمل بالطاقة الشمسية.

🔬 يهنئ اتحاد DESOLINATION كونسورتيوم DESOLINATION المؤلفين - جيوسيبي بيتروتشيلي، وتيمو تورونين-سارستي، وداميان سيريت، وآكي غرونمان، وأوريليان كونروزييه، وأمير مؤمني دولت آبادي - على هذا التقدير المستحق، وعلى مساهمتهم القيّمة في مستقبل أنظمة الطاقة والمياه المستدامة.

تحسين التصميم المتزامن لدورات الطاقة الثنائية القائمة على خليط ثاني أكسيد الكربون لتطبيقات الطاقة الشمسية المركزة

تحسين التصميم المتزامن لدورات الطاقة الثنائية القائمة على خليط ثاني أكسيد الكربون لتطبيقات الطاقة الشمسية المركزة

بواسطة | سبتمبر 11, 2024 | Publications, Results - CO2 Mixtures in thermodynamic cycles

في إطار السعي نحو طاقة أنظف وأكثر كفاءة، برزت أنظمة الطاقة الشمسية المركزة (CSP) كمنافس واعد. لكن إمكاناتها محدودة بسبب الحاجة إلى حلول مبتكرة وفعالة من حيث التكلفة لتحويل الحرارة الشمسية إلى كهرباء.

يسعدنا أن نعلن عن منشور رائد من تأليف جامعة تيسايد, أحد شركائنا، في الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) تيربو إكسبو 2024 (المؤتمر والمعرض التقني للمعدات التوربينية).

يكشف هذا العمل النقاب عن نهج مبتكر لتحسين دورات الطاقة لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة، مما يؤدي إلى تحقيق تقدم في الكفاءة والاستدامة.

تقدم دراسة حديثة نهجًا مبتكرًا لتحسين دورات الطاقة لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، وهي تقنية رئيسية في مجال الطاقة المتجددة. يركز هذا البحث على تحسين أداء الأنظمة التي تستخدم الخلائط القائمة على ثاني أكسيد الكربون كسوائل عاملة، مما يوفر تقدمًا كبيرًا في الكفاءة والفعالية من حيث التكلفة والقدرة على التكيف مع ظروف التشغيل المختلفة.

Read publication

تقليديًا، تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية المركزة على تحويل الحرارة الشمسية إلى كهرباء من خلال دورات الطاقة. وتعزز هذه الدراسة هذه العملية من خلال تطوير استراتيجية تحسين متزامنة. وهي تأخذ بعين الاعتبار تصميم دورة الطاقة، واختيار المواد الكيميائية المضافة (المنشطات)، والتركيب المحدد لسوائل العمل القائمة على ثاني أكسيد الكربون. ومن خلال تحليل هذه العوامل معًا، يهدف الباحثون إلى زيادة كفاءة النظام إلى أقصى حد مع تقليل التكاليف.

وتختبر الدراسة هذه الابتكارات في ظل سيناريوهات واقعية، بما في ذلك نطاقين لدرجات حرارة التشغيل: 550 درجة مئوية، وهي درجة حرارة نموذجية لأنظمة الطاقة الشمسية المركزة الحالية، ودرجة حرارة أعلى تبلغ 700 درجة مئوية للتصميمات المتقدمة. كما أنها تأخذ في الحسبان درجات حرارة محيطة تبلغ 30 درجة مئوية و35 درجة مئوية و40 درجة مئوية، مما يعكس البيئات المتنوعة التي تعمل فيها أنظمة الطاقة الشمسية المركزة.

ويتمثل أحد الإنجازات الرئيسية في استخدام خلائط ثنائية من ثاني أكسيد الكربون₂ مع مواد كيميائية مضافة مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) أو الأسيتونيتريل (C₂H₃N). تعمل هذه الإضافات على تعزيز الخصائص الديناميكية الحرارية لسائل التشغيل، مما يسمح للنظام بأداء أكثر فعالية في ظل ظروف متغيرة. وقد استخدم فريق البحث تقنيات نمذجة متقدمة لتقييم هذه الخلائط، مما يضمن تنبؤات دقيقة لأدائها.

ويركز التحسين في هذا السياق على هدفين رئيسيين: تعظيم الكفاءة الحرارية (كمية الطاقة الشمسية المحولة إلى كهرباء) وتحسين العمل النوعي (الطاقة المنتجة لكل وحدة من سائل العمل). وتقلل هذه التحسينات من حجم وتكلفة مكونات النظام، مثل كتل الطاقة وتخزين الطاقة الحرارية (TES)، مما يجعل أنظمة الطاقة الشمسية المركزة أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية.

ويبشر هذا النهج المبتكر بمستقبل واعد لمستقبل الطاقة المتجددة. ومن خلال التصدي للتحديات التقنية والمالية، تفتح الدراسة الباب أمام أنظمة الطاقة الشمسية المركزة لتلعب دورًا أكبر في التحول العالمي إلى طاقة أنظف. وبفضل منهجيته المرنة والقادرة على دمج مواد وتصاميم جديدة، فإن هذا البحث يمهد الطريق للتقدم المستمر في تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
Read publication

Authors: بلقان موتلو البلقان, كومار باتشيغولا, دينيش ثانغانادار

DOI: https://doi.org/10.1115/GT2024-124083

التوصيف الأولي للمحطة التجريبية لمشروع تحلية المياه: التصميم وقابلية التشغيل خارج التصميم

التوصيف الأولي للمحطة التجريبية لمشروع تحلية المياه: التصميم وقابلية التشغيل خارج التصميم

بواسطة | سبتمبر 5، 2024 | Milestones, Publications, Results - Pilot plant preparation

لقد خطا مشروع DESOLINATION، وهو منارة للابتكار في مجال الطاقة المتجددة، خطوة كبيرة إلى الأمام مع تحليل الأداء الأولي لمحطته التجريبية.

تم الكشف عنها مؤخراً في معرض ASME Turbo Expo 2024, يجمع هذا العمل بين خبرة TEMISth, UNIBS (جامعة بريشيا), and بوليتكنيكو دي ميلانو (POLIMI) لاستكشاف إمكانات دورة الطاقة الجديدة المصممة للاستدامة والكفاءة.

Read publication
ما الذي يجعل هذا المصنع التجريبي فريداً من نوعه؟

يشغل هذا المصنع التجريبي دورة طاقة استرجاعية بسيطة عابرة للحالات الحرجة, نظام يضع معايير جديدة في تحويل الطاقة. إليك ما يميزه

  • سائل العمل المبتكر: بدلاً من السوائل التقليدية، يستخدم المصنع مزيجًا من CO₂ و SO₂, اختيرت لخصائصها الديناميكية الحرارية الفريدة.
  • تتكيف مع الظروف القاسية: مصممة لتزدهر في البيئات ذات الإشعاع الشمسي العالي and درجات حرارة محيطة مرتفعة, ، يعكس نظام تبريد الهواء هذا تحديات العالم الحقيقي التي يواجهها الطاقة الشمسية المركزة (CSP) النباتات.
الملامح الرئيسية للدورة
  • قوية ومدمجة في نفس الوقت: يوجد في قلب النظام توربين محوري يتعامل مع معدل تدفق يبلغ 0.2 متر مكعب/ثانية، مما يتيح طاقة إنتاجية تبلغ 1.8 ميجاوات.
  • الجيل التالي من المبادلات الحرارية: مجهزة بـ أجهزة الاسترداد والمبادلات الحرارية ذات الهيكل الجيروسكوبي, ، تعمل هذه المكونات على زيادة النقل الحراري إلى أقصى حد مع تقليل استخدام المواد.
  • دقة النمذجة: تضمن عمليات المحاكاة المتقدمة في MATLAB، المعززة بنتائج ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)، تحسين النظام لكل من ظروف التصميم وخارج التصميم.
ما مدى كفاءتها؟

الكفاءة هي المفتاح لأنظمة الطاقة المتجددة، ولا تخيب المحطة التجريبية DESOLINATION آمالنا. من خلال العمل في وضع الضغط المنزلق, فإن الدورة تحقق كفاءة مذهلة تزيد عن 30%, حتى عند التشغيل بحمل جزئي.

التكيف مع درجات الحرارة المتغيرة

تتمثل إحدى الميزات البارزة لهذا النظام في قدرته على التعامل مع الظروف المحيطة المختلفة:

  • في درجات حرارة محيطة عالية (فوق 30 درجة مئوية)، تعمل الدورة بسلاسة بفضل مراوح المكثف ذات السرعة الثابتة.
  • في درجات حرارة منخفضة (حوالي 10 درجات مئوية)، يمكن ضبط سرعة الهواء لضمان التشغيل الأمثل.
التعامل مع مخزون النظام

تتعمق الدراسة أيضًا في نظام الأنابيب في المحطة، وتكشف أن إجمالي مخزون السوائل يتأثر بشدة بتشغيل المكثف. تعديلات في تخزين السوائل تصل إلى 300 كجم مطلوبة للحفاظ على الاستقرار عند التبديل بين ظروف درجات الحرارة المختلفة.

يمثل هذا البحث علامة بارزة في مهمة مشروع DESOLINATION لتطوير أنظمة الطاقة المتجددة التي لا تتسم بالكفاءة فحسب، بل وقابلة للتكيف مع مجموعة متنوعة من ظروف العالم الحقيقي. من خلال سد الفجوة بين التصميم المبتكر والتطبيق العملي، فإن المحطة التجريبية هي لمحة عن مستقبل توليد الطاقة النظيفة والمستدامة.
Read publication

Authors: إيتوري موروسيني, Marco Astolfi, ميشيل دونينيللي, باولو إيورا, Damien Serret, جان ميشيل هوغو and جيامباولو مانزوليني.

DOI: https://doi.org/10.1115/GT2024-127246

Experimental study on coalescer efficiency for liquid-liquid separation

Experimental study on coalescer efficiency for liquid-liquid separation

بواسطة | يوليو 8, 2024 | Publications, Results - Draw solution

The global community acknowledges water demand and accessibility as major challenges impacting human well-being. Forward Osmosis (FO) desalination coupled with concentrate solar power might represent a promising solution to combine water production with renewable sources. This work assesses the performance of a liquid-liquid separator (coalescer), an important component of the FO process, when using a polymeric thermo-responsive draw agent (PAGB2000). Experimental characterization of the coalescer is carried out for different regeneration temperatures (from 50 to 80 °C), residence time, draw concentration (from 0.30 to 0.60) and metal meshes. The separation efficiency of the coalescer can be as high as 95% for high residence time and regeneration temperatures (> 70 °C). Eventually, an analytical expression of the coalescer efficiency as function of the main operating parameters is proposed both to support desalination plant design and to enable understanding its applicability beyond its original context.

https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117840

Read publication

Authors:

Igor Matteo Carraretto, Davide Scapinello, Riccardo Bellini, Riccardo Simonetti, Luca Molinaroli, Luigi Pietro Maria Colombo, Giampaolo Manzolini – Dipartimento di Energia, Politecnico di Milano, Via Lambruschini 4, Milano 20156, Italy

Experimental Isochoric Apparatus for Bubble Points Determination: Application to CO2 Binary Mixtures as Advanced Working Fluids

Experimental Isochoric Apparatus for Bubble Points Determination: Application to CO2 Binary Mixtures as Advanced Working Fluids

بواسطة | يونيو 21, 2024 | Publications, Results - CO2 Mixtures in thermodynamic cycles

Carbon dioxide binarFIGy mixtures are increasingly considered as working fluids in transcritical power cycles, due to the capability to perform liquid-phase compression even at high environmental temperatures. However, a robust thermodynamic model is essential for optimal and reliable design conditions. It is widely recognized that fine-tuning the equation of state with experimental vapor-liquid equilibrium data of the mixture significantly enhances its reliability.

In this work, a new apparatus dedicated to vapour-liquid equilibrium measurements of mixtures is presented. The proposed method consists of a constant-volume system, where bubble points are identified from the divergence of slope of the isochoric lines between the two-phase and liquid regions, in the temperature-pressure plane. The temperature and pressure limits of the apparatus are 503 K and 25 MPa. Bubble points of CO2 binary mixtures with hexafluorobenzene (C6F6) and n-pentane (C5H12) have been measured and compared with previous literature data for validation purposes. Then, the CO2 mixture with octafluorocyclobutane (c-C4F8) is experimentally studied, addressing a literature gap in bubble point data.

The data are used to calibrate the thermodynamic model, leading to affordable design conditions of the power cycle compared to the non-optimized thermodynamics scenario, in a concentrated solar power tower plant.

 

https://doi.org/10.1016/j.ijft.2024.100742

Read publication

Authors:

  • M. Doninelli, G. Di Marcoberardino, C.M Invernizzi and P. Iora – Università degli Studi di Brescia, Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Industriale, via Branze, 38, 25123, Brescia, Italy

Commercial thermo-responsive polyalkylene glycols as draw agents in forward osmosis

Commercial thermo-responsive polyalkylene glycols as draw agents in forward osmosis

بواسطة | مايو 24, 2024 | Publications, Results - Draw solution

Forward osmosis (FO) is a promising technology for efficient water reclamation at low operating costs. It has shown potential in producing fresh water from seawater; however, the regeneration of the diluted draw solution (DS) still holds back further development. Thermo-responsive polymers, especially polyalkylene glycol (PAG) based copolymers with hydrophilic ethylene oxide and hydrophobic propylene oxide units, have shown suitability as DSs in FO using low-temperature waste heat to regenerate the DS. In this study, we explored five commercially available copolymers: Pluronic® PE 6400, Pluronic® L-35, Pluronic® RPE 1740, Unilube® 50 MB-26, and Polycerin® 55GI-2601 as DSs in a laboratory FO setup, with DI water as the feed solution (FS). The water
flux and reverse solute flux varied from 1.5 to 2.0 L⋅m􀀀 2⋅h􀀀 1 and from 0.04 to 0.4 g⋅m􀀀 2⋅h􀀀 1, respectively.

Furthermore, all polymer solutions showed the ability to be recovered and reused using temperatures below 100◦C. Therefore, the tested PAGs turned out to be promising as draw solutions for FO systems that utilize low-grade waste heat. The re-usage in FO was shown for regenerated Pluronic® L-35 through a three-step experiment where its recovery was 91.1 %, 93.1 %, and 91.9 % for each FO cycle, respectively.

Keywords: Forward osmosis, Draw solution, Osmotic pressure, Polyalkylene glycols, Lower critical, solution temperature, Reuse of polymer.

Authors: Irena Petrinic, Natalija Jancic, Ross D. Jansen van Vuuren, and Hermina Buksek.

Read the publication
Download the publication