بخشی از مقاله
چکیده: در این مقاله توجیه فنی و اقتصادی نیروگاه بادی-حرارتی که به عنوان یک روش نوین و ابداعی با شماره ثبت اختراع 71698 مورخ 1390/07/09 نیز درج شده است، با نگرش ارتقای بهرهوری انرژی مورد بررسی قرار میگیرد. نیروگاه بادی-حرارتی به این صورت است که در ابتدای یک برج با ارتفاع نسبتاً زیاد مجموعه مبدل حرارتی وجود دارد. بر اساس معادلات آیرودینامیک، انتقال حرارت و ...، یک باد مصنوعی در برج مذکور ایجاد میشود و میتوان از انرژی این باد، توان الکتریکی تولید نمود.
از تفاوتهای روش پیشنهادی با طرح دودکش خورشیدی، تفاوت توربینمورد استفاده، توانایی تامین انرژی ورودی هیبرید و متعاقباً قابلیت اطمینان و بهرهوری بیشتر آن میباشد. نیروگاه بادی-حرارتی این توانایی را داراست که از خروجیهای غیرقابل استحصال نیروگاههای بخار و گازی به روشهای متعارف استفاده نماید. همچنین از طریق منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و زمین گرمایی نیز بهره جوید. قابل توجه است که به کمک روش پیشنهادی میتوان از منابع گسترده زمین گرمایی که در بازه مناسب دمایی برای روشهای مرسوم تولید انرژی زمین گرمایی نمیباشند استفاده کرد. نتایج فنی و اقتصادی به دست آمده در کنار اهمیت تنوع روشهای تولید انرژی دلالت بر توجیه فنی و اقتصادی احداث چنین نیروگاهی دارد.
.1مقدمه
با توجه به بحران انرژی در سالهای اخیر و همچنین نگاه استراتژیک به موضوع انرژی، تنوع روشهای تولید و بهویژه روشهای مبتنی بر منابع تجدیدپذیر ضرورت بسزایی دارد. علاوه بر استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، موضوع دیگری که در طراحی و برنامه ریزی انرژی یک سرزمین اهمیت پیدا میکند تنوع روشهای تولید و عدم وابستگی به یک روش خاص است. به همین دلیل در اکثر کشورهای پیشرفته در شرایطی که از نظر اقتصادی نیز یک روش توصیه شود، استفاده از سایر روشها و ایجاد یک مجموعه نامتجانس تولید انرژی مورد توجه قرار گرفته است.
در این مقاله روش نوین و ابداعی نیروگاه بادی-حرارتی مورد بررسی قرار میگیرد. روش پیشنهادی نیروگاه بادی-حرارتی با شماره 71698 در مورخ 1390/07/09 نیز در سازمان ثبت اسناد و املاک کشور به عنوان اختراع به ثبت رسیده است. در نیروگاه بادیحرارتی- هوا به یک برج با ارتفاع نسبتاً بلند وارد میشود. در ابتدای برج یک مبدل حرارتی واقع شده است که وظیفه افزایش دمای هوای ورودی به نیروگاه را دارد. برج نیروگاه بادی - حرارتی جریان گرمایی ایجاد شده توسط مبدلهای حرارتی که توسط منابع مختلف میتواند ایجاد شود را تبدیل به انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل - افت فشار در توربین - مینماید 1]و.[2 تفاوت چگالی ایجاد شده در هوا بهعلت ایجاد افزایش دما در پایه برج بهعنوان نیروی رانش عمل میکند.
با ایجاد نیروی رانش و وزش یک باد مصنوعی در برج به کمک توربینهای بادی با مشخصه فنی مناسب میتوان انرژی الکتریکی تولید کرد. روش پیشنهادی نیروگاه بادی-حرارتی نسبت به سایر روشهای مشابه موجود مانند دودکش خورشیدی، انرژی زمین گرمایی مرسوم و ... مزایای متفاوتی دارد. این روش در مقایسه با دودکش خورشیدی به علت سودجستن از تامین انرژی هیبریدی انرژی خورشیدی، زمین گرمایی و خروجی غیر قابل استفاده نیروگاه-های حرارتی و گازی، توانایی تامین پیوسته انرژی با قابلیت اطمینان بیشتری را درا میباشد.
همچنین ساختار جدیدی برای توربین و برج نیروگاه داده شده است که شعاع موثر بیشتری نسبت به یک برج استوانهای مرسوم دارد. توانایی استفاده از سیال خروجی نیروگاه حرارتی یا گازی در این روش توجیه فنی و اقتصادی طرح بیشتر میکند. همچنین روش پیشنهادی در مقایسه با استفاده از انرژی زمین گرمایی با روشهای مرسوم، این قابلیت را دارد که از حوزههای مختلف که در بازه دمایی مناسب نیروگاه های زمین گرمایی نمیباشند، نیز میتواند استفاده کند. در این مقاله طراحی برج و توربین نیروگاه، مبدل حرارتی مورد نیاز و منابع تامین انرژی ورودی شرح داده خواهد شد. نتایج بدست آمده دلالت بر توجیه اقتصادی این نیروگاه دارد. علاوه بر این میزان کاهش آلودگیهای تولید شده توسط این نیروگاه در مقایسه با نیروگاه های دیگر ضرورت نگرش به این نوع تولید دارد. لازم به ذکر است.
.2 اصول طرح نیروگاه بادی-حرارتی
در شکل - 1 - ، شماتیک کلی نیروگاه بادی-حرارتی نمایش داده شده است. همانگونه که در این شکل دیده میشود، هوا با دمای محیط از پایین برج وارد شده، سپس به کمک مبدل حرارتی که در ابتدای برج قرار داده شده، دمای هوای ورودی افزایش مییابد. سپس جریان هوای گرم از پایین به بالای برج یک باد مصنوعی ایجاد میکند. جریان هوای ایجاد شده به کمک توربین مناسب بادی در انتهای برج، انرژی الکتریکی تولید میکند.
لازم به ذکر است برای توانهای پایین که برج نیروگاه ارتفاع بالایی ندارد، قرارگیری توربین در بالای برج پیشنهاد میگردد. قرارگیری توربین در بالای برج پدیدههایی مانند سایه باد و سایر مسائل مرتبط با مسائل آیرودینامیکی را به دنبال نخواهد داشت. در عین حال در مواردی که ارتفاع برج بسیار زیاد باشد، در چنین شرایطی قراردهی توربین در بالای برج با توجه به امکانات حال حاضر از دیدگاه فنی و هزینه ای مناسب و عملیاتی نیست، اگرچه در بسیاری از کشورها مانند ژاپن و آمریکا ساخت برج هایی با ارتفاع بیش از 1000 متر در حال احداث میباشد.
برای نیروگاههای بادی -حرارتی قراردهی توربین در پایین برج و طول-های مشخصی از ارتفاع برج توصیه میشود. در ارتفاعهای پایین، سرعت باد برخوردی با پرههای توربین کنر بوده در حالی که هزینههای نصب، بهره برداری، نگهداری و تعمیرات سیستم توربین و ژنراتور مقرون به صرفه تر خواهد بود. همچنین همانگونه که در ادامه نیز به تفصیل شرح داده خواهد شد، در صورت تامین گرمای مورد نیاز پایین برج توسط مبدل-های حرارتی، جریان مانای هوا ایجاد خواهد شد، از سوی دیگر بر اساس تعادل هوای ورودی و خروجی در چنین حالاتی، سرعت پایین برج نیز نسبت به سرعت بالای برج بسیار تفاوت چشمگیری نخواهد داشت.
