بخشی از مقاله
چکیده
آب یکی از مهمترین نیازهای حیاتی بشر است، به علاوه، بشر با دو چالش انرژی و محیط زیست نیز روبرو است. استفاده ازآب شیرین کن های خورشیدی می تواند موجب تقلیل نگرانی های این سه بحران گردد، از این رو شیرین سازی آب های شور در دسترس یک راه حل مناسب برای حل معضل آب شیرین می باشد. در این پژوهش یک سیستم آب شیرین کن تقطیر چند مرحله ای که بخار محرک خود را از یک مزرعه خورشیدی در طول روز تامین می کند، مورد تحلیل انرژی ، اگزرژی قرار می گیرد و با ارائه ی کد محاسباتی توسط نرم افزار متلب در طول سال در بوشهر انجام می گردد.
نتایج نشان می دهد که : حداکثر تخریب اگزرژی در کلکتورهای سهموی خطی اتفاق می افتد که با سهم 58/3 درصد گلوگاه افت اگزرژی می باشد و در سیستم آب شیرین کن تقطیر چند مرحله ای ترموکمپرسور با 15/98 درصد بیشترین تخریب اگزرژی را دارد. میزان بخار تولیدی و آب شرب تولیدی سیکل کاملا به شرایط محیطی وابسته هستند و برای شرایط مختلف دارای مقادیر مختلفی هستند. بازده اگزرژی با افزایش تشعشع خورشید افزایش می یابد و سیستم در ماه فوریه بیشترین بازده اگزرژی را دارد.
مقدمه و پیشینه تحقیق
کمبود آب آشامیدنی یکی از مهم ترین چالشهای پیش روی جوامع امروزی است.[1] برآورد شده است که 97 درصد از کل آب در سراسر جهان شوراست. این در حالی است که بسیاری از آب شیرین باقی مانده نیز در قلههای یخی و یخچالهای طبیعی قرار دارد
آب شیرین که برای استفاده خانگی و صنعتی مصرف میشود، فقط از دریاچه ها، رودخانهها و سفرههای زیرزمینی آب است. این حجم محدود از آب به طور فزاینده توسط فعالیتهای انسان آلوده میشود. علاوه براین، مناطق مختلف جهان از جمله ایران در حال حاضر در مواجهه با مشکل کمبود آب شیرین هستند
با توجه به ازدیاد جمعیت و افزایش نیاز به آب شرب در کشورهای خاورمیانه و شمال آفریقا مطابق شکل 1 ، تبدیل آب دریا، آبهای زیر زمینی شور، آلوده و فاضلاب به آب شیرین یا قابل شرب در این مناطق امری ضروری است.
بسیاری از فناوریهای جدید مانند شیرین کردن و فراوری آب، بیشتر از سوختهای فسیلی استفاده میکنند و این در حالی است که بهره گیری از سوخت های فسیلی سبب آلودگی بیشتر محیط زیست می شود.
شکل -1 رشد جمعیت در کشورهای خاورمیانه و شمال آفریقا تا سال 2050
در حال حاضر مطابق شکل 2 ایران از کشورهای آلاینده محیط زیست در جهان شناخته میشود و جامعه جهانی ما را مجبور به کاهش تولید آلایندهها میکند، این موضوع باعث میشود که پروژههای موجود در راستای کاهش تولید آلایندهها انتخاب و این موضوع به عنوان یک هدف اصلی در نظر گرفته شود.
چالش های مذکور، انسان امروزی را به اندیشیدن درباره منابع پاک و جدید انرژی ، خصوصا انرژی های تجدید پذیر سوق داده است . در این میان ، با توجه به قرار گیری ایران روی کمربند خورشیدی جهان ، این کشور یکی از مناطق بسیار مستعد جهت بهره گیری از این سرچشمه بیکران ، پایدار ، پاک و ارزان انرژی بشمار میرود. فناوری آب شیرین کنهای خورشیدی به عنوان یک راه حل مناسب جهت بهبود چالشهای انرژی ، محیط زیست و آب ، در جهان و ایران مطرح میباشد.
از لحاظ تجاری، فناوری های اصلی که در حال رقابت در سطح جهان هستند، بر اساس روش های ٌMSF2 , MED و3RO کار میکنند در اکثر پروژههای ایران هم از این سه روش برای شیرینسازی آب استفاده میشود، یکی از متداول ترین روشهای شیرینسازی آب استفاده از آب شیرین کنهای حرارتی چند مرحله ای است. در سیستمهای حرارتی چند مرحله ای میتوان از یک کمپرسور برای ایجاد خلا و افزایش راندمان سیستم استفاده نمود که به آن سیستم MED - TVC گفته میشود.
تحقیقات زیادی بر روی تولید آب شیرین با روش تقطیر چند مرحله ای صورت گرفته است، برای نمونه قلی نژاد و همکارانش [7] در سال 2016 اثر مودهای ردیاب کلکتورهای سهموی خطی یک مزرعه خورشیدی را بر عملکرد یک آب شیرین کن MED در یک سیستم ترکیبی خورشیدی را مورد بررسی و تحلیل قرار دادند. پالنزوئلا و همکاران [8] ترکیب نیروگاه خورشیدی با سیستم های MED , RO را در مناطق مدیترانه و خاورمیانه و شمال آفریقا با توجه به پتانسیل بالای تابش خورشید و هم چنین کمبود آب شیرین در این مناطق با سه نوع سیستم خنک کنندگی نیروگاه - خنک کنندگی خشک و خنک کنندگی تر و سیستم یک بار گذر - با هدف تولید برق و آب مورد نیاز تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی نمودند.
حامدی و کارگر شریف [9] آب شیرین کن چند مرحله ای با فشرده سازی بخار - MED -TVC - توسط یک ترموکمپرسور و سیستم بدون فشرده سازی بخار را مورد تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی قرار دادند. ملاحظه شد که راندمان سیستم MED-TVC افزایش می یابد و این سیستم صرفه ی اقتصادی داشته و تا 60 درصد هزینه ها راکاهش می دهد.
عامری و همکارش [10]به تحلیل انرژی و اگزرژی و اقتصادی یک سیکل ترکیبی توربین گاز و اُرگانیک رانکین که با یک سیستم شیرینسازی MED-TVC کوپل شده، پرداختند و سپس سیستم را نسبت به توابع هدف -1 تولید آب شرب بیشتر -2 هزینه ی برق تولیدی کمتر با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه کردند. اکثر پژوهش های صورت گرفته به آنالیز انرژی و اگزرژی یا اقتصادی سیستم کوپل شده با سیکل ترکیبی و توربین گازی پرداخته اند و سابقه ی تحلیل ترمودینامیکی سیستم آب شیرین کن خورشیدی MED-TVC در ایران موجود نمی باشد لذا در این پژوهش سیستم خورشیدی آب شیرین کن تقطیر چند مرحله ای با شرایط شهر بوشهر مورد تحلیل ترمودینامیکی قرار میگیرد تا راه را برای کاربرد سیستم هیبریدی در این منطقه مشخص نماید.
شکل -2 ده کشور آلوده کننده جهان به لحاظ انتشار کربن دی اکسید درسال [6] 2015
مدل ترمودینامیکی سیستم
سیستم مورد مطالعه طبق شکل 3 شامل آب شیرین کن های MED-TVC با ظرفیت معین نیروگاهاُم النصر [11] مطابق جدول 1 با یک مزرعه خورشیدی شامل کلکتورهای سهموی خطی و مبادله کن های گرما برای تولید بخار می باشد. این سیستم در طول روز از انرژی خورشید بهره گیری میگیرد و اندازه ی مزرعه خورشیدی در شرایط اول مهر با مشخصات جدول 2 فیکس می شود. شرایط سواحل خلیج فارس در شهر بوشهر مطالعه می شود،اطلاعات مربوط به هواشناسی برای ماههای مختلف در طول یک سال از سازمان هواشناسی استخراج [12] و بر مبنای آن سیستم مورد تحلیل قرار داده می شود
