The constant rise in the world's population, rapid growth in demand for energy and water in particular in developing countries, are having strong consequences on climate change and on the depletion of world freshwater reserves. For these reasons, it is urgent to study and develop technologies that exploit renewable resources to meet the people's primary needs in a socially, environmentally, and economically sustainable way. Desalination through humidification- dehumidification cycles (HDH), integrated with photovoltaic-thermal modules, represents one of these technical solutions and it is the subject of this study. The operation of the HDH cycles consists on heating a salty water stream (sea water or brackish water) through an energy source that in the case studied is the solar radiation, put it in contact with a humid air flow under saturation conditions and allow that the two flows when in contact, exchange heat and mass (part of the water evaporates in the air). Finally, the humid air heated and further humidified by water is passed into a dehumidifier in which it is cooled, so the fraction of the water contained in humid air condenses and eventually is collected as a product. The objective of this work is the preliminary design of a small scale decentralized system for the production fresh water (50 kg/h) and the techno-economic assessment of that system. The design of this system consists of 48 PVT modules and has a specific water production of 4.8 kg/m2/day and a thermal energy consumption of 338 kWh/m3. The specific annual water production has a value of 1756 l/year/m2 and annual electricity of 267 kWh/year/m2. By simulating different economic scenarios, with the possibility of selling the electricity produced in excess, it has been observed that in the case of electricity price of 120 €/MWh, the system studied is more competitive than a conventional one integrated with thermal and PV panels, with a specific cost of producing water equal to 8 €/m3.
Il costante aumento della popolazione mondiale, la crescita della domanda di energia e di acqua in particolar modo nei paesi in via di sviluppo, stanno avendo conseguenze evidenti sul cambiamento climatico e l'esaurimento delle riserve mondiali di acqua dolce. Per questo è più che mai urgente lo studio e lo sviluppo di tecnologie che sfruttino le risorse rinnovabili per poter soddisfare i bisogni primari delle persone in maniera sostenibile dal punto di vista sociale, ambientale e ovviamente economico. La desalinizzazione attraverso cicli di umidificazione e deumidificazione (HDH) integrata da moduli fotovoltaici - termici rappresenta una di queste soluzioni tecniche ed è oggetto di questo studio. Il funzionamento dei cicli HDH consiste nello scaldare un flusso di acqua salata (marina o salmastra) attraverso una fonte di energia che nel caso studiato è la radiazione solare, metterla in contatto con un flusso di aria umida in condizioni di saturazione e permettere che i due flussi, in contatto, scambino calore e massa (parte dell'acqua evapora nell'aria). L'aria umida riscaldata e ulteriormente umidificata dall'acqua viene infine fatta passare in un deumidificatore nel quale viene raffreddata in modo che parte dell'acqua contenuta nell'aria umida condensi e possa essere raccolta come prodotto. L'obiettivo di questo lavoro è il dimensionamento preliminare di un sistema decentralizzato per la produzione di acqua potabile di piccola taglia (50 kg/h) e l'analisi tecno-economica di tale sistema. Il design di tale sistema prevede 48 moduli PVT e ha una produzione specifica di acqua pari a 4.8 kg/m2/giorno e un consumo termico specifico di 338 kWh/m3. La produzione specifica annua di acqua è pari a 1756 l/anno/m2 e di energia elettrica di 267 kWh/anno/m2. Simulando diversi scenari economici, con la possibilità di vendere l'energia elettrica prodotta in eccesso si è osservato che nel caso in cui il prezzo dell'elettricità sia di 120 €/MWh il sistema studiato è più conveniente rispetto ad uno convenzionale integrato da pannelli termici e PV, con un costo specifico dell'acqua prodotta pari a 8 €/m3.
Solar driven humidification-dehumidification desalination process with PVT modules : preliminary design and techno-economic assessment
NOVATI, NICOLO'
2016/2017
Abstract
The constant rise in the world's population, rapid growth in demand for energy and water in particular in developing countries, are having strong consequences on climate change and on the depletion of world freshwater reserves. For these reasons, it is urgent to study and develop technologies that exploit renewable resources to meet the people's primary needs in a socially, environmentally, and economically sustainable way. Desalination through humidification- dehumidification cycles (HDH), integrated with photovoltaic-thermal modules, represents one of these technical solutions and it is the subject of this study. The operation of the HDH cycles consists on heating a salty water stream (sea water or brackish water) through an energy source that in the case studied is the solar radiation, put it in contact with a humid air flow under saturation conditions and allow that the two flows when in contact, exchange heat and mass (part of the water evaporates in the air). Finally, the humid air heated and further humidified by water is passed into a dehumidifier in which it is cooled, so the fraction of the water contained in humid air condenses and eventually is collected as a product. The objective of this work is the preliminary design of a small scale decentralized system for the production fresh water (50 kg/h) and the techno-economic assessment of that system. The design of this system consists of 48 PVT modules and has a specific water production of 4.8 kg/m2/day and a thermal energy consumption of 338 kWh/m3. The specific annual water production has a value of 1756 l/year/m2 and annual electricity of 267 kWh/year/m2. By simulating different economic scenarios, with the possibility of selling the electricity produced in excess, it has been observed that in the case of electricity price of 120 €/MWh, the system studied is more competitive than a conventional one integrated with thermal and PV panels, with a specific cost of producing water equal to 8 €/m3.| File | Dimensione | Formato | |
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