بخشی از مقاله
چکیده
از سال 1980 تا کنون که استفاده از انرژی خورشیدی رواج پیدا کرده است، نیروگاههای سهموی خطی بیشترین سهم را در تولید توان خورشیدی داشته اند. قلب این نیروگاه، مزرعه کلکتورها می باشد که انرژی خورشیدی را جمع آوری می کنند. در کلکتورهای رایج، ابتدا روغن در طول کلکتور حرارت میبیند و سپس در یک مبدل حرارتی، آب را به بخار تبدیل میکند.
در این مقاله به طراحی کلکتور سهموی خطی جهت تولید مستقیم بخار پرداخته شده است. در ابتدا تحلیل اپتیکی و حرارتی اجزاء مختلف سیستم انجام شده و یک مدل کلی جهت شبیه سازی اپتیکی و حرارتی کلکتور بدست آورده شدهاست. بدلیل عدم وجود یک الگوریتم مشخص برای طراحی کلکتورهای سهموی در مرحله بعد یک الگوریتم طراحی ارائه شده که طراحی بر اساس این الگوریتم انجام می شود.
برای اینکه کلکتور در طول روز بیشترین تابش را جمع آوری کند بایستی در طول روز کلکتور خورشید را دنبال کند، بدین منظور سیستم ردیاب تک محوره در نظر گرفته شدهاست و همچنین فرض شده کلکتورها در راستای شمالی- جنوبی قرار گرفتهاند. با استفاده از کلکتور طراحی شده میتوان در هر ثانیه 0/012 کیلوگرم آب 70 را در فشار اتمسفر به بخار سوپرهیت 150 تبدیل کرد. بازدهی کلکتور طراحی شده %70 میباشد.
-1 مقدمه:
با توجه به اینکه تولید برق توسط نیروگاههای حرارتی خورشیدی یکی از راهکارهای آینده به منظور تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز خواهد بود، تلاشهای زیادی در جهت ابداع سیستمهای جدید تبدیل انرژی با تغییر در روشهای پیشین توسعه داده شده است. یکی از روش هایی که چشم انداز بسیار خوبی از نقطه نظر تکنولوژی و از نظر اقتصادی برای آن پیشبینی میشود، بهره گیری از کلکتورهای سهموی خطی برای تولید بخار میباشد.
جهت ایجاد دماهای بالا با راندمان مطلوب، کلکتورهای خورشیدی گزینه مناسبی میباشند. در کاربردهایی که استفاده از انرژی حرارتی تا دمای 400 درجه سانتیگراد مورد نظر میباشد، کلکتورهای سهموی خطی که دارای ساختار ساده میباشند و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه هستند، توصیه می گردد. این سیستم ها به خوبی می توانند در بازه 50 تا 400 درجه سانتیگراد، عملکرد مناسبی داشته باشند. این نوع کلکتورها توسط خم کردن صفحات انعکاسی به شکل سهموی ساخته میشوند.
سیستم هایی که از کلکتورهای سهموی خطی با محیط خلأ بین پوشش شیشه ای و جذب کننده استفاده می کنند، از مهمترین تکنولوژی های مورد استفاده در نیروگاه های تولید توان خورشیدی هستند. کلکتورهای سهموی خطی در ابتدا برای کاربردهای گرمایش صنعتی توسعه داده شده بودند، اما از این کلکتورها در دیگر کاربردها مانند تولید بخار، سرمایش جذبی، فرآوری و تصفیه آبهای شور و ... نیز استفاده میشود.
بررسی مقالات موجود و مطالعه گزارشهای مختلف خصوصاً گزارش مرکز طراحی و توسعه کلکتورهای خورشیدی ساندیا در زمینه طراحی کلکتورهای سهموی خطی، کارآیی و ارزش این نوع تکنولوژی را در میان سایر فنآوری هایی که بر مبنای انرژی های نو کار می کنند بیش از پیش آشکار می کند. در برخی کارهای صورت گرفته در این زمینه انواع سیستم های تولید بخار از کلکتورهای خورشیدی مختلف بررسی شده است.
انواع کلکتورهای مرسوم در این گونه سیستم ها شامل استفاده از کلکتورهای صفحه ای تخت، سهموی ترکیبی، سهموی خطی، لنزهای فرنل، دیش سهموی و کلکتورهای میدانی هیلوستات می باشد. در این گونه مقالات به بررسی پدیده های اپتیکی، حرارتی و ترمودینامیکی پرداخته شده است و کاربردهای مختلف کلکتورها شامل گرمایش و تامین حرارت مرکزی، تولید حرارت مورد نیاز برای کاربردهای صنعتی از جمله سیستم های آب گرم، پمپهای حرارتی و همچنین سیستمهای تولید بخار، واحدهای نمک زدایی و نیروگاه های خورشیدی که از کلکتورهای خطی یا بشقابی استفاده کردهاند، توضیح داده شده است 14]،7،. [10
در برخی از مقالات وگزارشهای دیگر به آنالیز عملکرد کلکتورهای سهموی خطی به طور خاص پرداخته شده است. مطالعات صورت گرفته در این مقالات شامل بررسیهای اپتیکی و حرارتی این کلکتورها و همچنین انواع روشهای ساخت آنها، روکشهای مورد استفاده بر روی این کلکتورها، روش های مختلف برای کاهش خطای منحنی کلکتور، طراحی شلنگ های انعطاف پذیر انتهای کلکتورها، بهبود مواد ساخت کلکتورها، اثرات باد و ... می باشد 16]،9،.[5 در زمینه طراحی کلکتورهای سهموی خطی و نیروگاه های تولید بخار خورشیدی اقداماتی صورت گرفته است.
کارهای انجام شده در زمینه طراحی و توسعه سیستم تولید بخار از انرژی خورشیدی به کمک کلکتورهای سهموی خطی در ادامه توضیح داده شده است. مرکز تحقیقاتی ساندیا، در سال 1994، آزمایشاتی را جهت تعیین بازده کلکتورهای سهموی خطی از نوع ال اس نوع دوم1 و اتلاف حرارت از آنها انجام داد .[16] همچنین آنها استفاده از روکشهایی که با مواد کامپوزیتی سرامیکی درست شدهاند و یا استفاده از کروم سیاه را به همراه انواع ترکیب های مختلف پوشش شیشه ای با خلأ یا هوا و یا ترکیب جذب کننده بدون پوشش شیشهای بررسی کردند. آنها روابط نیمه تجربیای را برای تغییرات راندمان کلکتور و میزان اتلاف حرارت که توسط یک تابع چند جملهای بیان میشود، توسعه دادند.
محققین مرکز تحقیق و توسعه ساندیا در ابتدا در طرح اولیه برای طراحی و ساخت کلکتور سهموی خطی از کلکتورهای با عرض دهانه 2 متر و زاویه دور 90 درجه به همراه یک جذب کننده استوانهای با قطر 2/5 سانتیمتر استفاده کرده اند [4] و این طراحی پایه دیگر طراحیهای آنها در اقدامات بعدی است. در مقالات دیگر به بررسی سیستم تولید توان الکتریکی خورشیدی توسط کلکتورهای سهموی خطی پرداخته شده است.
در یکی از این مقالات [11] به بررسی انتقال انرژی حرارتی جذب شده توسط کلکتور و انتقال آن توسط یک روغن خاص در یک مدار رفت و برگشتی به سیکل رانکین و تولید بخار از طریق یک مبدل حرارتی پرداخته شده است. بازده کلکتورهای سهموی خطی برای سیستم های فعلی که از روغن روغن سیلترم 800 استفاده می کنند و برای سیستم پیشنهادی که مستقیما از آب استفاده می کند، بدست آمده و با استفاده از مدل حرارتی پیشنهاد شده برای کلکتورهای سهموی نتیجه گیری شده است که برای بهینه سازی عملکرد و افزایش راندمان، تولید مستقیم بخار در خود کلکتور صورت گیرد. تأثیر اثرات ضریب جذب ماده جذبکننده روی عملکرد حرارتی سیال در تیوبهای خلأ نیز از بررسیهای انجام شده در این مقاله میباشد.
کالگوری به بررسی سیستم تولید بخار با فشار کم از یک کلکتور سهموی خطی پرداخت که بر اساس گرمایش مستقیم آب داخل جذب کننده و فلش ناگهانی آن به داخل مخزن دیگر بوده است .[13] در این سیستم، آب داخل جذب کننده در فاز مایع نگه داشته می شود. اوده و موریسون نیز یک مدل عددی گذرا برای بررسی عملکرد سیستم صنعتی گرمایش آب توسط کلکتورهای سهموی خطی توسعه دادند .[12]
