مقاله تحلیل جامع اگزرژی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی در نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر

word قابل ویرایش
16 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تحلیل جامع اگزرژی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی در نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر

چکیده
ما در این مقاله به بررسی و تحلیل جامع اگزرژی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی در نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر خواهیم پرداخت .
فرمول ها و تحلیل ها برای اتلاف اگزرژی , بازده اگزرژی, نسبت اتلاف اگزرژی, ضریب اتلاف اگزرژی برای تمام اجزا سیستم ارائه شده است . هر دو حالت سرمایش و گرمایش نیز مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. با توجه به نتایج بایستی کلیه این شاخص ها برای بهبود و بهینه سازی پمپ حرارتی مورد بررسی قرار گیرد. همچنین در نتایج نهایی بیشترین اتلاف اگزرژی , ضریب اتلاف اگزرژی و نسبت اتلاف اگزرژی متلق به کمپرسور است . این در حالیست که کمترین بازدهی نیز متعلق به همین جز است .
همچنین نتایج نشان دهنده ی این نکته است که فن کویل , مبدل حرارتی زمین گرمایی و کندانسور(در حالت سرمایش ) دیگر اجزایی هستند که می توان برای طراحی و بهینه سازی یک پمپ حرارتی با استفاده از منابع موجود ذکر شده مورد استفاده قرار داد.
کلمات کلیدی: انرژی زمین گرمایی – پمپ حرارتی – نیروگاه مشکین

١. مقدمه
توجه به انواع انرژی غیر وارداتی و متفاوت از سوخت فسیلی نکته ای است که در بسیاری از کشورهای دنیا مبنای برنامه ریزی های بلند مدت قرار گرفته است . از سوی دیگر با افزایش بحران آلاینده های ناشی از سوختهای فسیلی ، توجه به فاکتورهای زیست محیطی توسط ارگانها و نهادهای بین المللی و نیز توجه برنامه ریزان به استفاده از انرژی تجدیدپذیر موجب گردیده تا امروزه به این مباحث با جدیت بیشتری پرداخته شود . انرژی زمین گرمایی نیزیکی از منابع انرژیهای تجدیدپذیر میباشد .
اصطلاح زمین گرمایی ترجمه واژه Geothermalاست که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geoبه معنای زمین و Thermeبه معنی حرارت تشکیل شده است . انرژی زمین گرمایی، انرژی موجود در عمق زمین است که از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره شده و همچنین فروپاشی یا زوال ایزوتوپ های اورانیوم رادیو اکتیویته ،توریم و پتاسیم در طی سالیان درازدرعمق زمین نشات گرفته است که عمدتا در نواحی زلزله خیز و آتشفشانی جوان و صفحات تکتونیکی زمین متمرکز شده است .
زمین منبع عظیمی از انرژی است بطوریکه حرارت در هسته آن بیش از ۵٠٠٠ درجه سانتیگراد می رسد حرارت زمین به طرق مختلف از جمله فوران آتشفشان – چشمه های ابگرم – ابفشانها- و گلفشانها در اثر کاهش چگالی زمین و خاصیت رسانایی از بخشهایی از زمین به سطح آن هدایت میشوند. درجه حرارت زمین با توجه به عمق آن به صورت غیر خطی زیاد میشود. (با تقریب خطی هر ١٠٠ متر ٣ درجه سانتی گراد) انرژی حرارتی ذخیره شده در ١١ کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه هزار برابر کل انرژی به دست آمده از منابع نفت وگاز شناخته شده امروزجهان است . انرژی زمین گرمایی بر خلاف سایر انرژیهای تجدید پذیر محدود به فصل ، زمان وشرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره برداری می باشد.
همچنین قیمت تمام شده برق در نیروگاههای زمین گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاههای متعارف ( فسیلی ) قابل رقابت بوده و حتی از انواع دیگر انرژیهای نو بمراتب ارزانتر است .
٢,١. تاریخچه ی انرژی زمین گرمایی در ایران :
در ایران از سال ١٣۵۴ مطالعات گسترده ای بمنظور شناسایی پتانسیل های منبع انرژی زمین گرمایی توسط وزارت نیرو با همکاری مهندسین مشاور ایتالیایی ENEL در نواحی شمال و شمال غرب ایران در محدوده ای به وسعت ٢۶٠ هزار کیلومتر مربع آغاز گردید. نتیجه این تحقیقات مشخص نمود که مناطق سبلان ، دماوند، خوی، ماکو و سهند با مساحتی بالغ بر ٣١ هزار کیلومتر مربع جهت انجام مطالعات تکمیلی و بهره برداری از انرژی زمین گرمایی مناسب می باشند. در همین راستا برنامه اکتشاف ، مشتمل بر بررسیهای زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی برنامه ریزی شد. در سال ١٣۶١ با پایان یافتن مطالعات اکتشاف مقدماتی در هر یک از مناطق ذکر شده ، نواحی مستعد با دقت بیشتری شناسایی شده و در نتیجه در منطقه سبلان : نواحی مشکین شهر، سرعین و بوشلی، در منطقه دماوند ناحیه : نونال ، در منطقه ماکو- خوی نواحی: سیاه چشمه و قطور و در منطقه سهند پنج ناحیه کوچکتر جهت تمرکز فعالیتهای فاز اکتشاف تکمیلی انتخاب شدند. پس از یک وقفه نسبتا طولانی و با هدف فعال نمودن مجدد طرح ، گزارشهای موجود مجددا در سال ١٣۶٩ توسط کارشناسان UNDP بازنگری شده و منطقه زمین گرمایی مشکین شهر بعنوان اولین اولویت جهت ادامه مطالعات اکتشافی معرفی شد. پیرو مطالعات ذکر شده پروژه انجام حفاری های اکتشافی ، تزریقی، توصیفی به منظور شناسایی بیشتر پتانسیل در منطقه سرعین مشکین شهر در سال تعریف ١٣٨١گردید که عملیات حفر اولین چاه زمین گرمایی نیز در همان سال آغاز گردید .فاز اول این پروژه در سال ١٣٨٣ اتمام یافت که درمجموع سه حلقه چاه اکتشافی و دو حلقه چاه تزریقی در این مرحله حفر گردید و تست دوحلقه از سه حلقه چاه اکتشافی با موفقیت انجام گرفت که مهم ترین دستاورد این فاز از پروژه کسب دانش فنی مربوط به حفر چاههای زمین گرمایی بود . فاز دوم این پروژه در سال ١٣٨۴ آغاز گردید.
٣,١. توانمندی های حاصله در کشور در حوزه انرژی زمین گرمایی : در پروژه توسعه میدان زمین گرمایی و ساخت نیروگاه مشکین شهر مراحل حفاری چاهها،بهره برداری از چاه ها در دوره تست ،ساخت دستگاههای مربوط به تست در کشور کاملا بومی شده و توسط متخصصان داخلی به انجام رسیده است . همچنین در زمینه استفاده از پمپ های حرارتی زمین گرمایی تا کنون تکنولوژی نصب کویل های زمینی به صورت کامل و ١٠٠% در کشورمان ایران بومی شده است .
کلیدواژه : زمین گرمایی, نیروگاه مشکین شهر

٢. تشریح فرآیندهای پمپ حرارتی زمین گرمایی
در صورتی که بخواهیم از دمای پایین تر از ۶٠ درجه سانتی گراد منابع زمین گرمایی برای گرمایش استفاده کنیم , بهترین راه استفاده از پمپ های حرارتی است . یک پمپ حرارتی می تواند تهویه ی مطبوع سالیانه یک محیط مسکونی ,تجاری و … را با فراهم کردن گرمایش در زمستان و سرمایش در تابستان با استفاده از منابع دمای پایین فراهم آورد.
یک پمپ حرارتی زمین گرمایی ,همانطور که در شکل ١ نشان داده شده است از ٣ فرایند اصلی تشکیل می شود: ١ . انتقال حرارت در مبدل حرارتی زمین گرمایی , اوپراتور و کندانسور ٢ . ترکم در کمپرسور ٣ . خفگی در شیر فشار شکن .

شکل (١) نمایش شماتیک یک پمپ حرارتی
١,٢. چرخه ی گرمایش
در چرخه گرمایش محلول آب و ضد یخ یا مبرد ( که برای دریافت گرما از خاک در لوله جریان دارد ) وارد پمپ حرارتی می شود. در برخی سیستم ها که از آب زیر زمینی یا چشمه های آب گرم استفاده می کنند , این سیال وارد مبدل حرارتی زمین گرمایی می شود و در آنجا گرمای خود را به مبرد می دهد. (مسیر ٧-٨ ).
در اپراتور گرما باعث جوش مبرد میشود و آن را به بخار تبدیل می کند. شیر بازگشت پذیر مبرد را در حالت بخار به کمپرسور هدایت می کند. سپس بخار , فشرده شده و حجم آن کاهش میابد. این کاهش حجم باعث افزایش دمای دمای بخار مبرد می گردد. شیر بازگشت پذیر بعدی , گاز داغ را به کندانسور هدایت می کند. جایی که گرمای مبرد به آب یا هوا داده می شود تا با چرخش در طول سیستم مجراهای داخلی محیط , گرمایش مورد نیاز را تامین کنند.
پس از آنکه مبرد , گرمای خودر ا در کندانسور از دست داد وارد یک شیر فشار شکن می شود که در آن فشار و دما به شدت افت می کند. پس از آن مبرد دوباره وارد نخستین مبدل حرارتی می شود تا چرخه را دوباره آغاز کند( مسیر ١-٢-٣-۴ ) .
٢,٢. چرخه ی سرمایش چرخه ی سرمایش در واقع معکوس چرخه ی گرمایش است .
در این حالت جهت جریان مبرد با استفاده از یک شیر چهار طرفه تغییر می یابد. مبرد گرما را از محیط داخلی دریافت , و آن را به اپراتور منتقل می کند. ( مسیر ۵-۶ ). سپس گرما با طی کردن چرخه ی معکوس گرمایش , در کندانسور به بیرون انتقال می یابد.
٣. معادلات و تحلیل های اگزرژی
شاخص های اگزرژی مهم برای سیستم های انرژی شامل پنج شاخص هستند. این شاخص ها عبارتند از اتلاف اگزرژی ١ نسبت اتلاف اگزرژی ٢ضریب اتلاف اگزرژی٣ بازدهی اگزرژی ۴ و درجه ی کمال ترمودینامیکی۵ . در ادامه به تعریف شاخص های فوق می پردازیم :
. اتلاف اگزرژی : این شاخص از تفاوت اگزرژی ورودی و خروجی یک جز یا کل سیستم به دست می آید.
. نسبت اتلاف اگزرژی : این شاخص بیان گر نسبت اگزرژی از دست رفته یک جز به اگزرژی از دست رفته ی کل سیستم است .
. ضریب اتلاف اگزرژی : این شاخص نشان دهنده ی نسبت اتلاف اگزرژی یک جز به کل کار ورودی سیستم است .
. بازدهی اگزرژی : بیان گر نسبت اگزرژی خروجی مطلوب به اگزرژی استفاده شده ( کار ورودی ) در جز یا کل سیستم است .
. درجه ی کمال ترمودینامیکی : نشان دهنده ی نسبت اگزرژی ورودی یک جز یا کل سیستم است . این شاخص در واقع , میزان بازگشت ناپذیری فرآیند انرژی است . این شاخص هرچه به عدد ١.٠٠ نزدیکتر باشد , نشان دهنده ی نزدیک تر بودن به فرآیند بازگشت پذیر خواهد بود.
١,٣ بررسی شاخص های اگزرژی
نرخ از دست رفتن یا اتلاف اگزرژی با معادله ی زیر داده میشود:

که در آن exin∑ و exout∑ به ترتیب , مجموع نرخ اگزرژی ورودی و خروجی در فرآیند می باشند. بسته به اینکه جهت انتقال حرارت به سیستم چگونه باشد, Q مثبت یا منفی در نظر گرفته می شود. Win نیز نشانگر کار ورودی به فرآیند است
٣١ اردیبهشت ١٣٩۴، WEC٢٠١۵
بازدهی اگزرژی طی انجام فرآیند موردنظر با معادله ی زیر بدست می اید:

که در آن Exdes,out اگزرژی خروجی مطلوب و Exused اگزرژی مصرف شده در فرآیند (کار ورودی ) است . مخرج کسر در فرآیند تراکم به شکل Wcom,in در می آید که نشان دهنده ی کل کار ورودی به کمپرسور است .
نسبت اتلاف اگزرژی در فرآیند با معادله ی زیر داده می شود:

که در آن ΔExsys نرخ اتلاف اگزرژی کل سیستم است .
ضریب اتلاف اگزرژی نیز از معادله ی زیر بدست می آید:

که در آن ΔExsys کل کار ورودی سیستم است .
درجه ی کمال ترمودینامیکی طی فرآیند از معادله ی زیر بدست می آید:

که در آن Exout و Exin به ترتیب اگزرژی های خروجی و ورودی سیستم طی فرآیند را نشان می دهند. مقدار در فرآیند انتقال حرارت دارای مقدار صفر می باشد.
دیگر فرآیند مورد بررسی , فرآیند خفگی است که معادلات آن به شکل مشابه به دست می آید.
با توجه به معادلات فوق , شاخص های اگزرژی برای اجزا و کل سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی بدست می آیند. معادلات به دست آمده در جدول های (١) تا (٣) آمده است .
به شکل مشابه معادلات کلی محاسبه ی شاخص های اگزرژی در پمپ حرارتی زمین گرمایی در حالت سرمایش نیز قابل محاسبه است .
۴. پمپ حرارتی مورد بررسی پمپ حرارتی مورد بررسی در این مقاله , از آب گرم زمین گرمایی در دمایی ٢٠ درجه ی سانتی گراد استفاده می کنند. این منبع از چشمه های آب گرم دما پائین که در شهرستان مشکین شهر استان اردبیل در سطح زمین در دسترس می باشد , تامین می شود.
شرایط و نتایج محاسبات اولیه و نتایج محاسبه ی اگزرژی پمپ حرارتی زمین گرمایی در جدول های (۴) تا (۶) آمده است .
۵. بحث و بررسی
اتلاف اگزرژی, میزان هدررفت اگزرژی موجود را نشان می دهد.
این شاخص , مقداری مطلق است که نمی توان از آن برای محاسبه ی کارآیی مصرف اگزرژی اجزا یا فرآیندهای مختلف انرژی بهره گرفت . بازدهی اگزرژی, اثر اجزا و کل سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی را نشان می دهد و با استفاده از آن می توان به تاثیر بهبود کارآیی اجزا و کل سیستم پمپ حرارتی بر روی مقدار مصرف اگزرژی دست یافت . در عین حال , این شاخص نمیتواند نسبت میان اجزا و کل سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی در اتلاف اگزرژی را نشان دهد, پس با استفاده از آن نمی توان دریافت که کدام جز در سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی مصرف اگزرژی کمتری دارد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 16 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد