بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به رشد جمعیت و افزایش تقاضای بشر به انرژی، افزایش آلاینده های هوا، کاهش سوختهای فسیلی و افزایش قیمت روز افزون نفت، انرژیهای تجدیدپذیر سهم مهمی در انرژی کل مصرفی جهان به خود اختصاص داده است. نیروگاه دودکشهای خورشیدی یکی از روشهای استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان انرژی تجدیدپذیر میباشد که با به جریان درآوردن هوا به کمک انرژی خورشیدی به صورت کاملا پاک و بدون تولید آلایندگی انرژی الکتریکی تولید میکند.
در این نیروگاه انرژی حرارتی ابتدا به انرژی جنبشی و انرژی جنبشی توسط یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. انتخاب ابعاد بهینه برای ساخت یک نیروگاه دودکش خورشیدی بسیار با اهمیت است. در این پژوهش به بررسی تأثیر پارامترهای هندسی بر روی عملکرد یک دودکش خورشیدی ساخته شده در شهر تهران پرداخته شد و بهترین ابعاد برای این دودکش خورشیدی به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد ارتفاع و قطر دودکش مهمترین متغیر فیزیکی برای طراحی نیروگاه دودکش خورشیدی هستند.
-1 مقدمه
نگرانی درباره ی تغییرات زیست محیطی در کنار افزایش قیمت روز افزون نفت و اوج تولید نفت و حمایت دولت ها، باعث رشد روزافزون قوانینی می شود که بهره برداری و تجارتی کردن این منابع سرشار تجدید پذیر را تشویق می کنند. با توجه به رو به پایان بودن انرژی های فسیلی، دانشمندان امر انرژی در پی راهکارهایی برای مقابله با کمبود انرژی های فسیلی در آینده ای نچندان دور با جایگزینی سوخت هایی با منبع تجدید پذیر می باشند. آلودگی محیط زیست در پی استفاده از سوخت های فسیلی که در پی این آلودگی ها گرم شدن زمین را به دنبال دارد دیگر دغدغه حال حاضر متولیان این حوزه می باشد.
از جمله انرژی های تجدید پذیر می توان به انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی، انرژی زیست توده، جزر ومد و ... اشاره کرد که از این میان انرژی خورشیدی و باد به دلیل توجیه اقتصادی و کارکرد آسان تر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در دهه های اخیر انرژی خورشیدی از میان انرژی های تجدید پذیر دیگر مورد توجه محققین قرار گرفته است. انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی پاک، در دسترس و تمام نشدنی مطرح شده است.
ایران به دلیل گستردگی و نزدیکی به خط استوا یکی از کشورهایی است که میزان قابل ملاحظه ای از انرژی خورشیدی را دریافت می نماید. با توجه به اطلس تابشی سالانه خورشیدی میزان تابش کشور ایران به طور متوسط در حدود 1825 kwh/m2 در سال برآورد شده است که این مقدار تقرباًی 2500 برابر انرژی مصرفی در سال 72 تخمین زده می شود. در مناطق کویری ایران می توان میزان تابشی در حدود 2300 kwh/m2 را انتظار داشت. لذا با توجه به پتانسیل بالای ایران در زمینه انرژی خورشیدی تحقیق در زمینه به کاربردن این انرژی در صنعت امری ضروری به شمار می رود. شکل 1 میانگین میزان تابش سالیانه در جهان را نشان میدهد
شکل :1 اطلس تابشی جهانی خورشید
دودکش های خورشیدی یکی از روش های استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان انرژی تجدید پذیر می باشد که با به جریان درآوردن هوا به کمک انرژی خورشیدی به صورت کاملا پاک و بدون تولید آلایندگی انرژی الکتریکی تولید می کنداساساً. اگر بخواهیم از انرژی های تجدید پذیر به صورت کاربردی استفاده وسیعی شود باید تکنولوژی ارائه شده ساده، قابل اطمینان باشد و برای کشورهای کمتر توسعه یافته مشکلات فنی به همراه نداشته باشد. همچنین باید نیاز کمی به مصرف آب داشته باشد. تکنولوژی دودکش خورشیدی دارای این شرایط می باشد. بررسی های اقتصادی نشان داده است که اگر این نوع نیروگاه ها در مقیاس بزرگ ساخته شوند قیمت برق تولیدی آن ها قابل مقایسه با برق نیروگاه های متداول می باشد. این موضوع کافی است که بتوان انرژی خورشیدی را در مقیاس های بزرگ نیز به خدمت گرفت.
در سال های اخیر مطالعات زیادی در خصوص دودکش های خورشیدی به انجام رسیده است و همچنان نیز این مطالعات ادامه دارد. انرژی خورشید یک منبع پاک و تجدید پذیر می باشد که بدون تولید گازهای گلخانه ای و بدون هیچ ضرر و آلودگی مورد استفاده قرار می گیرد. از اینرو استفاده از این منبع در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. یافته های زیادی در خصوص مفاهیم اولیه نیروگاه دودکش خورشیدی انجام شده است.
ایده نیروگاه دودکش خورشیدی اولین بار توسط جرج اشلایش1 از دانشگاه اشتوتگارت آلمان در سال 1978 مطرح شد. در سال 1981 ساخت این نیرگاه در مانزانارس اسپانیا آغاز شد و تحقیقات روی این نیروگاه آزمایشی حدود هفت سال ادامه پیدا کرد. نتایج این تحقیقات بیانگر بازده خوب و قابل اطمینان این ایده بود. دودکش این نیروگاه 195 متر طول و 10 متر قطر داشت و شعاع کلکتور آن حدود 122 متر بود.
جرج اشلایش و همکارانش طی بررسی تئوری، آزمایشی و اقتصادی روی جریان بالا رونده در دودکش نخست به تحلیل ساده ای از دودکش خورشیدی پرداختند، سپس با طراحی، ساخت و راه اندازی یک نمونه آزمایشگاهی در مقیاس کوچک در مانزانارس اسپانیا به نتایجی دست یافت و در نهایت بحث فنی و داده های اقتصادی اصلی برای سیستم دودکش های خورشیدی اقتصادی آینده مانند یک طراح های استرالیا مورد بررسی قرار گرفت.[2] قوانین بنیادین نیروگاه دودکش خورشیدی توسط هاف2 و همکارانش ارائه شد. در این طرح گلخانه، دودکش و توربین در یک کلکتور ساده و سیستم مبدل با هم ترکیب می شوند. و به علت ساخت و راه اندازی ساده آن راندمان پایین آن قابل چشم پوشی میباشد. و این طرح در مجموع هزینه پایینی را در بر دارد.
راندمان پایین نیروگاه دودکش خورشیدی به علت تبدیل انرژی حرارتی به انرژی فشاری می باشد. مقدار حرارت بالا در هوای کاری به وسیله اختلاف فشار یا دانسیته هوای خارج و داخل دودکش تنها برای حرکت مورد نیاز در خلاف جهت باد استفاده می شود. راندمان مبدل به صورت خطی با ارتفاع دودکش افزایش مییابد.
جریان یکنواخت و بار دینامیکی کم در محور عمودی آن را برای استفاده بدون مشکل و ساخت آسان می سازد. تعدای اختلاف اصلی بین نیروگاه دودکش های خورشیدی و تولید کننده های برق خورشیدی دیگر وجود دارد. بر خلاف سیستم های متمرکز کننده خورشیدی، نیروگاه دودکش خورشیدی نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند و حتی می توانند جریان را زمانی که آسمان ابری است و یا تابش 100% پراکنده می باشد، تولید کند. به عبارت دیگر اشعه مادون قرمز نقش مهمی را در در انرژی دودکش های حرارتی دارند در حالی که در سیستم های متمرکز کننده یا در ژنراتورهای فتوولتائیک، تابش های حرارتیمادون قرمز تاًثیر خیلی اندکی را دارند یاصلاً تأثیری ندارند.[3] سپس برای اولین بار توسط هاف در سال 1984 نتایج تجربی مربوط به نیروگاه دودکش خورشیدی ساخته شده در مانزانارس اسپانیا ارائه شد.
نیروگاه دودکش خورشیدی به عنوان یک تکنولوژی جدید برای استفاده از انرژی خورشید در کشورهای در حال توسعه مطرح شد. در ابتدا به تشریح اساس راه اندازی، سپس به ارایه یک تحلیل ترمودینامیکی برای یافتن مزایا و معایب آن براساس خروجی مورد نظر پرداخته شد.[5] در سال 1990 اشلایش و همکاران در مورد قابل تعمیم بودن نتایج بدست آمده از این نمونه دودکش بحثی را ارایه کردند.
در سال 1995 شلایش مجدداً این بحث را مورد بازبینی قرار داد.مولت3 در سال 1987 روشی را برای محاسبه بازده کلی دودکش خورشیدی ارائه داد.[6] در سال 1990 اشلایش و همکاران در مورد قابل تعمیم بودن نتایج بدست آمده از این نمونه دودکش بحثی را ارایه کردند. در سال 1995 شلایش مجدداً این بحث را مورد بازبینی قرار داد.
