رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی
پی اچ پی و جی کوئری: پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با بررسی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی به این نتیجه رسیدند که با استفاده بهینه از ذخیره سازهای انرژی حرارتی، توسعه و تجاری سازی این فناوری به صرفه و قابل رقابت با فناوری های تولید توان سوخت های فسیلی است.
به گزارش پی اچ پی و جی کوئری به نقل از ایسنا، امیر عارفیان دانش آموخته دکترای مهندسی مکانیک (تبدیل انرژی) دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «مدلسازی تحلیلی و تجربی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی با سامانه انباره گرمایی» اظهار داشت: افزایش روز افزون احتیاج به انرژی الکتریکی در سطح ملی و بین المللی از یک سو و محدودیت ها و مخاطرات تولید توان الکتریکی از فناوری های سنتی سوخت های فسیلی از طرفی، توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و در رأس آنها انرژی خورشیدی و بادی را اجبار آور ساخته است.
وی ادامه داد: فناوری نیروگاهی دودکش خورشیدی (Solar Chimney Power Plant) یکی از فناوری های امیدبخش و قابل اعتماد از توان گرمایی خورشیدی (Solar thermal power) است. در این نیروگاه، بخشی از انرژی حرارتی تابش خورشید که به سطوح جمع کننده یا گلخانه خورشیدی رسیده است، به هوای درون آن داده شده و با کاهش چگالی هوا نسبت به هوای محیط پیرامون، نیروی شناوری ایجاد می شود. تاثیر این نیروی شناوری در امتداد دودکش که در مرکز جمع کننده قرار دارد منجر به ایجاد جریان جابجایی طبیعی و بالارونده می شود. بخشی از انرژی جنبشی جریان هوای بالارونده در مجموعه توربین هوایی و مولد نصب شده در پایه دودکش به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
وی اظهار داشت: نیروگاه دودکش خورشیدی در پیکربندی پایه و شناخته شده آن دارای فناوری سطح بالایی نبوده و تمامی زیرسامانه ها و اجزای آن قابلیت بومی سازی و ساخت داخل را دارا است.
وی با اشاره به اینکه با اجرای این پژوهش و بکارگیری نتایج آن در مورد استفاده از انباره های گرمایی طبیعی و مصنوعی برای این نوع نیروگاه، علاوه بر عواید فنی و زیست محیطی، هزینه تراز شده انرژی (LCOE) به طور محسوس کاسته می شود، تصریح کرد: پژوهش حاضر گام مهمی در جهت تجاری سازی و استفاده بزرگ مقیاس از این تکنولوژی برداشته است.
وی ادامه داد: هزینه تراز شده انرژی در نیروگاه دودکش خورشیدی بهینه شده با راهکاری های مورد بحث در این پژوهش، در رقابت با سایر فناوری های تولید توان رایج نظیر واحدهای توربین گاز در پیکربندی سیکل ساده و سیکل ترکیبی است.
عارفیان اضافه کرد: این در شرایطی است که هزینه تراز شده انرژی در پیکربندی پایه و معمول این فناوری حداقل سه برابر فناوری های رایج است. علاوه بر توجیه پذیری فنی و اقتصادی، راهکار استفاده از انباره گرمایی خاک مرطوب منتج از فعالیتهای این پژوهش، در مقایسه با انباره گرمایی آبی که مورد توجه طیف وسیعی از پژوهشگران پیشین بوده است، نوآوری ممتاز و منحصربفردی را برای توسعه استفاده از انباره های گرمایی چه در سطح طراحی، چه در سطح تأمین مواد و تجهیزات و چه در سطح اجرا در بزرگ مقیاس به دنبال داشته است.
به قول دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ارزیابی کیفی و کمی حضور و عملکرد انواع انباره های گرمایی در نیروگاه دودکش خورشیدی، تعریف و ارزیابی کمی و کیفی پارامتر جدید «شاخص کیفیت تولید توان (Quality factor of Power Generation)» در نیروگاه دودکش خورشیدی و مقایسه آن با سایر فناوری های تولید توان، تدوین کمی منحنی های مشخصه عملکرد نیروگاه برای نخستین بار و تحلیل ظرفیت ذخیره سازی و عمق نفوذ حرارت در انباره گرمایی همچون فعالیتهای این پژوهش است که به ارتقای مرزهای دانشی در زمینه این فناوری منجر گردیده است.
وی افزود: کاهش نوسانات و وقفه های تولید توان و اجابت طیف وسیعی از سناریوهای تقاضای بار در شبکه های محلی و سراسری تولید توان الکتریکی، مهم ترین خصوصیت بهبوده یافته منتج از پژوهش حاضر برای نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است.
وی با بیان اینکه هدایت و راهنمایی این پژوهش توسط دکتر رضا حسینی ابرده، استاد و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است، اظهار داشت: اجرای پژوهش حاضر مبتنی بر مدلسازی نیمه-تحلیلی رفتار دینامیکی و در بستر زمان نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است. در این مدلسازی با توسعه روابط حاکم بر سامانه همچون پایستگی جرم، تکانه و انرژی ارتباط بین ورودی ها شامل توابع زمانی تابش خورشید، دمای محیطی، باد عرضی و همینطور پارامترهای ثابت هندسی و خواص مواد با خروجی های سامانه شامل اختلاف دمای بوجود آمده در جمع کننده خورشیدی، سرعت هوای بالارونده و توان خروجی از توربین-مولد برقرار شده است. دستگاه معادلات دیفرانسیل-جبری (DAE) کاملاً غیر خطی و جفت شده منتج از این مدلسازی با 251 معادله-251 مجهول حل شده است.
عارفیان اضافه کرد: همینطور به منظور اعتبارسنجی نتایج مدلسازی نیمه-تحلیلی، یک پایلوت کوچک مقیاس از نیروگاه دودکش خورشیدی (با ارتفاع دودکش 8 متر و شعاع جمع کننده 4 متر) ساخته شده و بعد از تجهیز به ابزار اندازه گیری شامل تابش سنج، دما سنج، سرعت سنج و غیره در شرایط محیط واقعی مورد آزمون قرار گرفته است. داده های تجربی پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی امیرکبیر علاوه بر اعتبارسنجی نتایج مدلسازی نظری، به منظور ارزیابی عملی راهکارهای بهبود عملکرد و همینطور تدوین بانک اطلاعات عملکرد تجربی نمونه پایلوت این نیروگاه مورد استفاده قرار گرفته است.
این محقق ضمن اشاره به کاربرد پروژه اظهار داشت: کاربرد اصلی این پروژه در صنعت نیروگاهی (متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس) و نیروگاه های انرژی های تجدیرپذیر است.
وی ادامه داد: با اینحال سامانه دودکش خورشیدی و انباره های گرمایی در مقیاس کوچک قابل کاربرد در صنعت تأسیسات و تهویه مطبوع خانگی، تجاری و صنعتی هستند. همینطور از این تکنولوژی میتوان در صنایع غذایی و به طور خاص خشک کن های خورشیدی غیرفعال (Passive) بهره برد.
وی ضمن اشاره به خصوصیت های طرح اظهار داشت: نیروگاه دودکش خورشیدی بعنوان یکی از جدید ترین فناوری های انرژی خورشیدی، می تواند مناسب ترین گزینه برای رقابت با نیروگاه های تولید توان رایج از نظر اقتصادی و صیانت از محیط زیست در عدم مصرف آب و عدم تولید آلاینده باشد.
وی تصریح کرد: بر این اساس و با عنایت به پتانسیل بالقوه کشور ایران از نظر اقلیم، تابش خورشیدی و اراضی مناسب و در دسترس، سیاستهای بالادستی کشور و همینطور رویکرد جهانی نسبت به تولید توان در منطقه غرب آسیا و شمال آفریقا، در پژوهش حاضر به مطالعه و بهبود رفتار زمانی این نوع نیروگاه پرداخته شده است.
پایلوت های آزمایشگاهی کوچک مقیاس از پیکربندی پایه نیروگاه دودکش خورشیدی در سطح جهان و در داخل کشور و با اهداف از پیش تعیین شده مختلف، طراحی، ساخته و به اجرا رسیده است. با اینحال پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی ثابت دانشگاه صنعتی امیرکبیر از حیث مقیاس و پارامترهای مورد مطالعه و بهبود عملکرد جایگاه ویژه دارد. همینطور پایلوت یکپارچه نیروگاه دودکش خورشیدی شناور امیرکبیر برای نخستین بار در سطح جهان طراحی، اجرا و به بهره برداری رسیده و طرح مذکور با شماره اختراع 81592 در اداره کل مالکیت صنعتی سازمان ثبت اسناد و املاک کشور به ثبت رسیده است.
نخستین نیروگاه متوسط مقیاس بهره برداری شده از این تکنولوژی در ارتباط با مانزانارس اسپانیا بوده که در دهه 1980 میلادی به مدت هشت سال مورد مطالعه قرار گرفته است. همینطور هم اکنون یک نیروگاه متوسط مقیاس 200 کیلوواتی در ووهای چین مورد بهره برداری قرار دارد. نیروگاه های تجاری بزرگ مقیاس در کشورهایی نظیر ایالات متحده، چین، استرالیا، آفریقای جنوبی و غیره در دست طراحی و برنامه ریزی جهت راه اندازی هستند.
وی ضمن اشاره به مزیت های رقابتی طرح اظهار داشت: این فناوری دارای مزیت های مطلق و نسبی فناوری است توسعه و بکارگیری آنرا در مقایسه با سایر نیروگاه های سنتی فسیلی و حتی نیروگاه های تجدیدپذیر را ممتاز می کند.
وی با اشاره به اینکه هزینه زمین و محل راه اندازی این نوع نیروگاه ها کمینه و یا مجانی است، اظهار داشت: سوخت این نیروگاه مجانی بوده و در اکثر نقاط جهان در دسترس می باشد. همینطور این نیروگاه نیازمند هیچگونه آب مصرفی در چرخه اصلی یا بعنوان سیال خنک کاری نبوده و در مقایسه با نیروگاه های تجدیدپذیر و خورشیدی دیگر هم مزیت نسبی دارد. این مورد با عنایت به تشدید بحران آبی در منطقه غرب و جنوب غرب آسیا حائز اهمیت می باشد.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر اظهار داشت: از جنبه اقتصادی هزینه تراز شده انرژی در پیکربندی بهینه این نوع نیروگاه ها از سایر نیروگاه های تجدیدپذیر کمتر بوده و با سایر فناوری های سنتی فسیلی رقابت می کند.
عارفیان اظهار داشت: کشور ایران بعنوان یکی از غنی ترین کشورها از حیث تابش خورشید و با عنایت به خاص بودن اقلیم و ناهمواری های سرزمینی بعنوان یکی از قطب های مستعد توسعه و بهره برداری از این نوع نیروگاه ها امکان سنجی شده است.
طبق اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، وی ضمن اشاره به کاربردهای پروژه اظهار داشت: نیروگاه های متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس دودکش خورشیدی شامل ثابت، شناور و یا شیب دار (ساخته شده بر روی ناهمواری های آفتاب گیر سرزمینی)، سامانه های تهویه طبیعی ساختمانی های مسکونی، تجاری و صنعتی، سامانه های خشک کن خورشیدی کوچک مقیاس و متوسط مقیاس صنعتی از کاربردهای این پروژه هستند.
منبع: پی اچ پی و جی كوئری
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب