بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق سیکل رنکین بخار ساده و همچنین سیکل ترکیبی رنکین بخار و رنکین آلی دو اواپراتوری با محرک کلکتور خورشیدی سهموی خطی از منظر انرژی و اگزرژی شبیه و مقایسه میگردند. در سیکل ترکیبی رنکین بخار و رنکین آلی دو اواپراتوری، دو اواپراتور سیکل رنکین آلی با دو محرک مختلف کار میکنند. در اواپراتور1 سیکل رنکین آلی ، کندانسور سیکل بخار - با فشار 101 کیلو پاسکال - به عنوان محرک عمل کرده و گرمای اتلافی کندانسور سیکل بخار به عنوان محرک دما پایین اواپراتور1 سیکل رنکین آلی استفاده میشود و برای اواپراتور2 سیکل رنکین آلی، از سیال خورشیدی کاهش دما یافته خروجی از اواپراتور سیکل بخار به عنوان محرک سیکل رنکین آلی استفاده میشود.
نتایج حالت پایه نشان میدهد که سیکل ترکیبی رنکین بخار و رنکین آلی دو اواپراتوری، بازده انرژی خورشیدی و بازده اگزرژی خورشیدی کمتری نسبت به سیکل رنکین بخار ساده دارد که دلیل ان میتواند افزایش مساحت کلکتور و همچنین افزایش کار خروجی کلی در سیکل ترکیبی نسبت به سیکل رنکین بخار ساده باشد. در انتها تحلیل پارامتری به منظور تاثیر تغییر دمای اواپراتور و اختلاف دمای پینچ در اواپراتور سیکلهای رنکین بخار و آلی و همچنین تغییر فشار کندانسور سیکل بخار بر روی عملکرد سیستم از منظر انرژی و اگزرژی انجام شده است.
واژگان کلیدی: انرژی، اگزرژی، انرژی خورشیدی، سیکل رنکین آلی، سیکل ترکیبی
مقدمه
انرژی خورشیدی و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه سوختهای فسیلی ارزان از طرف دیگر، سد راه پیشرفت این سیستمها به شمار میرفت. افزایش قیمت نفت در سال 1973 میلادی باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور به تولید انرژی از راههای دیگر مانند انرژیهای نو - انرژی خورشیدی، بادی ،زمین گرمایی، زیست توده و غیره - شوند. از طرف دیگر این انرژیهای نو به عنوان انرژیهای تمیز نیز شناخته می شوند که استفاده از آنها برخلاف سوختهای فسیلی باعث آلودگی محیط زیست نمیگردد. در کنار این بحران نفتی، مسائلی چون تغییرات نامطلوب آب و هوایی، گرمایش جهانی زمین و همچنین پدیدهی گازهای گلخانهای و نابودی لایهی اوزن، فشار را برای تغییر سیاستهای مصرف انرژی در کشورها زیاد کرد.
با توجه به نکات بالا و همچنین افزایش هزینه تولید انرژی الکتریکی، امروزه متخصصین و طراحان سیکلهای تولید توان، درصدد استفاده از انواع انرژیهای پاک، به عنوان انرژیهای کمکی برای راه اندازی نیروگاه های حرارتی با سیالات عامل بخار و یا سیالات آلی می باشند . - Al-Sulaiman, 2013 - کلکتورهای خورشیدی، مبدل های حرارتی هستند که تابش مستقیم و یا پراکنده خورشید را جذب و به سیال عبوری از میان آن - معمولا آب، هوا و یا روغن - منتقل می-کنند. یکی از انواع کلکتورهای خورشیدی، کلکتور خورشیدی سهموی خطی بوده که نسبت به انواع متداول کلکتور - مانند کلکتور صفحه تخت و یا کلکتور لوله خلئی - دارای دمای عملکرد بالاتر و بازده بیشتر و همچنین قیمت بیشتر و جذب تابش مستقیم خورشیدی میباشد . - Fernandez et al, 2010 -
همچنین در سال های گذشته مطالعات زیادی در مورد استفاده از سیکل رنکین بخار به عنوان یک بازیاب حرارتی دما بالا و همچنین سیکل رنکین آلی به عنوان بازیاب حرارتی دما پایین انجام شده است که در این تحقیقات خصوصیات ترمودینامیکی سیکل ها مورد بررسی قرار گرفته و در مورد انتخاب سیال عامل مناسب و بهینهسازی عملکرد آنها توصیههایی مطرح شده است - Tchanche et . - al, 2014 این تحقیقات مدلهایی برای تحلیل انرژی و اگزرژی این سیکلها و همچنین نوآوریهایی درباره ابزارهای داخلی آن ها را در بر می گیرند.از جمله تحقیقات انجام شده مربوطه، - Tchanche et al, 2008 - ، در پژوهش خود برای رسیدن به سیال عاملی با بهترین عملکرد تئوریک، مقایسهای میان 20 سیال عامل مختلف انجام دادند.
هدف آنها یافتن سیال عامل مناسب برای استفاده در سیکل رانکین آلی با محرک دما پایین 90 - درجه سلسیوس - خورشیدی بود. آنها سیالات مختلف را از نظر بازده انرژی و اگزرژی، دبی جرمی، نسبت فشار، شعلهوری، سمی بودن، قابلیت گرمایش زمین و میزان آسیب رسانی به لایهی اوزون، مورد مقایسه قرار دادند. بررسی 20 سیال مختلف نشان داد که R134a بهترین عملکرد را برای سیکل آلی خورشیدی دارد. همچنین R125a ، R600a ، R600 و R290 هم عملکرد مطلوبی را نشان دادند، اما برای استفاده از آنها به علت خاصیت شعلهوریشان، نیاز به استفاده از پیشگیریهای ایمنی است. - Ameri et al, 2009 - ، تحلیل انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی را بر روی یک سیکل نیروگاه بخار در ایران اجرا کردند.
در این مطالعه آنها اثر تغییر بار و دمای محیط را بر روی تخریب اگزرژی اجزای نیروگاه مورد مطالعه قرار دادند. نتایج حاکی از آن بود که جایی که تلفات انرژی به محیط برابر مقدار 307 مگاوات بود، سهم نرخ تلفات انرژی بویلر در این سیکل 68 مگاوات بود، بطوریکه نرخ بازگشت پذیری در بویلر نسبت به دیگر اجزای سیکل بسیار بیشتر بود. - Ahmadi and Dincer, - 2011، یک نیروگاه سیکل ترکیبی برایتون گازی - رنکین بخار با بویلر اضافی را از دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک و همچنین از منظر اگزرژی-اقتصادی مورد بررسی قرار دادند. سپس آنها با تعریف تابع هدف هزینه کلی و با روش الگوریتم ژنتیک به بهینهسازی سیکل اقدام کرده و مقادیر بهینه پارامترهای طراحی را به منظور کمینه کردن تابع هدف مربوطه بدست آوردند. آنها در نهایت گزارش کردند که نتایج مدل پیشنهادیشان با مدل آزمایشگاهی %1/41 تفاوت دارد. - Al-Sulaiman, 2014 -
، سیکل رنکین بخار و همچنین سیکل ترکیبی رنکین بخار و رنکین آلی - که کندانسور سیکل رنکین بخار به عنوان محرک سیکل آلی عمل میکرد - با محرک کلکتور سهموی خطی را از منظر انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار داد. در این تحقیق در حالت پایه دو فشار مختلف برای کندانسور سیکل بخار پیشنهاد گردید: یکی فشار خلا 5 - کیلو پاسکال - و دیگری فشار اتمسفر 100 - کیلوپاسکال - که با توجه به بالا بودن دمای کندانسور سیکل بخار در حالت دوم میتوان از آن به عنوان محرک دما پایین سیکل رانکین آلی استفاده کرد. در انتها تحلیل پارامتری به منظور بررسی تغییر عواملی مانند تابش مستقیم خورشیدی و فشار سیال ورودی به توربین بخار بر روی بازده انرژی و تخریب اگزرژی اجزای مختلف انجام گردید. - Mohammadkhani et al, 2015 - ،
سیکل رانکین آلی بازیاب و غیر بازیاب با سیال عامل آب-آمونیاک را از منظر اگزرژی- اقتصادی مورد بررسی و مقایسه قرار دادند. در این تحقیق ابتدا تحلیل پارامتری به منظور بررسی تغییر فشار ورودی توربین و کسر جرمی آمونیاک در محلول بر روی بازده انرژی و اگزرژی و عملکرد اگزرژی- اقتصادی دو سیکل انجام و در انتها نیجهگیری شد که سیکل بازیاب از منظر انرژی و اگزرژی - به دلیل بالاتر بودن بازده - و سیکل غیربازیاب از منظر اگزرژی-اقتصادی - به دلیل کمتر بودن هزینه تولید الکتریسیته - عملکرد بهتری دارد. آنها همچنین گزارش کردند که هزینه واحد تولید برق در توربین، برای سیکل رانکین ساده و بازیاب به ترتیب، 11/87cent/kWh و13/85 cent/kWh بدست آمده است. - Rovira et al, - 2016
، به تحلیل و مقایسه سیکل های ترکیبی خورشیدی یکپارچه با استفاده از منعکس کننده های سهموی خطی و فرنل خطی به عنوان سیستم های تمرکزی پرداختند. در این تحقیق عملکرد یکساله و قابلیت انجام کار اقتصادی از سیکل های ترکیبی خورشیدی یکپارچه با استفاده از دو تکنولوژی خورشیدی تمرکزی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند که اولین مورد کلکتورهای سهموی خطی و دومین مورد منعکس کننده های فرنل خطی بودند. همچنین با توجه به اینکه در تحقیقات قبلی استفاده از سیکلهای ترکیبی خورشیدی یکپارچه با استفاده از کلکتورهای سهموی خطی و تولید بخار مستقیم در مکانهایی با شرایط اقلیمی بد، مناسب و بی دردسر بوده و علاوه بر این تکنولوژی فرنل خطی به عنوان یک گزینه خوب برای کم کردن هزینه از توان خورشیدی تمرکزی در نظر گرفته شده است.
بنابراین در این مقاله هر دو تکنولوژی تمرکزی مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفتند. دو مکان آلمریا و لاس و گاس برای تجزیه و تحلیل یک ساله انتخاب شده است. نتایج نشان می دهد که پیکره بندی تبخیری پیشنهادی، عملکرد سالانه را افزایش می دهد و همچنین سهم حرارتی با استفاده از کلکتورهای سهموی خطی بالا است همچنین منعکس کننده های فرنل خطی ممکن است قابلیت انجام کار اقتصادی واحد صنعتی را بهبود بخشد.در تحقیق حاضر، سیکل رنکین بخار ساده و سیکل ترکیبی رنکین بخار و رنکین آلی دو اواپراتوری با محرک کلکتور خورشیدی سهموی خطی، با استفاده از نرم افزار EES شبیه سازی شده است و عملکرد این دو پیکره بندی از منظر انرژی و اگزرژی با یکدیگر مقایسه میگردد. سپس تحلیل پارامتری جامعی به منظور تاثیر تغییر پارامترهای مختلف
