دانلود پایان نامه

اه ذخیره
55-75همراه ذخیره
22-24 بدون ذخیره
25-28 بدون ذخیره
وضعیت پیشرفت
تکامل یافتهی اقتصادی
اقتصادی
پروژهی آزمایشی
مرحلهی ارزیابی

با توجه به سیستم کارکرد نیروگاههای برج مرکزی و متمرکز کردن پرتوهای خورشید در سطحی کوچک که منجر به ایجاد دمایی در حدود 600 تا بالای 1000 درجه سانتیگراد در سطح رسیور میشود این نیروگاهها قادر به تولید توانهای بالا و همچنین ذخیرهسازی انرژی به میزانی که بتوان به فاکتور ظرفیت بالای 50% دست یافت، میباشند. این میزان از تولید توان در طول سال در میان تمام نیروگاههای خورشیدی منحصر به فرد است و این نیروگاه را قادر میسازد به عنوان یک منبع پاک و قابل اطمینان از لحاظ امنیت انرژی برای تولید توان مطرح شوند. این خصوصیات نیروگاههای مذکور را به جاگزینی مناسب برای نیروگاههای سوخت فسیلی تبدیل کرده است.
معرفی نیروگاه برج مرکزی و سابقهی آن
در دههی 80 میلادی در ایالات متحده محققان روی طرح جدیدی جهت استفاده از انرژی خورشیدی شروع به کار کردند. هدف آنها طراحی نیروگاه حرارتی خورشیدی بود که امروزه به نام نیروگاههای برج مرکزی3 (CRS) معروفاند. عملکرد نیروگاههای برج مرکزی به طور ساده به این شکل است که آینههایی که به هلیوستات4 معروفاند با دنبال کردن خورشید در هر لحظه پرتو خورشید را به سمت رسیور که در بالای برجی واقع است منعکس میکنند این امر باعث بالا رفتن شار ورودی به رسیور و افزایش دمای آن میشود. از گرمای موجود در رسیور برای بالا بردن دمای سیال انتقال حرارت که به رسیور پمپ شده استفاده میشود. سپس از این سیال جهت تولید بخار به منظور تولید توان در توربین مطابق با سیکل رانکین و یا جهت گرم کردن هوا برای استفاده در توربینهای گازی استفاده میشود. تلاش محققان این طرح در نهایت منجر به ساخت اولین نیروگاه خورشیدی به نام Solar One با ظرفیت 10 مگاوات الکتریکی در سال 1980 میلادی شد که در واقع اثبات عملی شدن این طرح نیز با ساخت این نیروگاه صورت پذیرفت. سیال انتقال حرارت مورد استفاده در این پروژه آب و بخار بود که پتانسیل بالای این نیروگاه در تولید برق را محدود میکرد به همین دلیل این نیروگاه بازدهی بسیار پایینی داشت و هزینهی صرف شده را توجیه نمیکرد و در نتیجه از طرف دولت و شرکتهای فعال در زمینهی ساخت نیروگاه مورد استقبال واقع نشد. پس از آن محققان در صدد افزایش بازدهی اقتصادی و ترمودینامیکی طرح برآمدند و در نهایت پروژهی Solar One را ارتقاء داده و آن را Solar Two نامگذاری کرده و در سال 1995 این پروژه را به بهره برداری رساندند. یکی از اصلیترین تغییرات اعمال شده در پروژهی Solar One برای ارتقاء و تبدیل آن به Solar Two استفاده از نوعی نمک مذاب موسوم به مولتن سالت5 بجای آب و بخار به عنوان سیال انتقال حرارت و تغییر دریافت کنندهی مرکزی آن متناسب با این سیال جدید بود. خواص این نمک مذاب اجازه استفاده از نیروگاه در دمای عملکردی بالاتری را میداد که باعث افزایش راندمان آن میشد. در آن سالها علیرغم بازده ترمودینامیکی مناسب این نیروگاه همچنان از نظر هزینه اختلاف زیادی با نیروگاههای گازی، بخار و سیکل ترکیبی داشت و ساخت آنها توجیه اقتصادی نداشت.
در دههی اول قرن 21 جهان با بحران جدی انرژی روبرو شد، قیمت سوخت به شدت افزایش یافت و این روند ادامه پیدا کرد. در این زمان هزینهی نیروگاههای سوخت فسیلی به واسطهی مصرف سوخت بالا بسیار بیشتر شد به همین دلیل نیروگاههای برج مرکزی به واسطهی ظرفیت تولید توان (تا 200 مگاوات) و فاکتور ظرفیت (تا 70 درصد) بالایی که دارند دوباره مورد توجه قرار گرفتند و کشورهای صنعتی دنیا مانند اسپانیا و آمریکا که از نظر شدت تابش، پتانسیل استفاده از این نیروگاهها را دارند شروع به برنامه ریزی برای ساخت این نیروگاهها کردند. در نتیجه اولین نیروگاه خورشیدی با صرفهی اقتصادی با ظرفیت تولید توان 20 مگاوات موسوم به Gemasolar در سال 2011 در اسپانیا ساخته شد و به بهره برداری رسید. ایالات متحدهی آمریکا نیز در اوایل سال 2014 بزرگترین نیروگاه خورشیدی از این نوع تا به امروز با ظرفیت حدوداً 390 مگاوات موسوم به Ivanpah را ساخته و به بهرهبرداری رساند. نیروگاه Crescent dunes نیز با ظرفیت 110 مگاوات حرارتی در ایالات متحده در شرف تکمیل و بهره برداری است.
نیروگاهای برج خورشیدی از لحاظ بهرهبرداری، آرایش آینهها و برج متفاوت هستند. آنها همچنین در تبدیل گرمای متمرکز شده به الکتریسیته متفاوت عمل میکنند. نیروگاههای برج مرکزی بر اساس سیال انتقال حرارت مورد استفاده در آنها در چهار دسته تقسیم بندی میشوند:
pressurized air cycles: به طورکلی نیروگاه Pressurized air دارای یک توربوکمپرسور برای کمپرس هوا میباشد (فشار 5- 6 bar). هوای فشرده شده پس از افزایش دما و وارد شدن آن به یک اتاق احتراق در توربین گاز شروع به تولید توان میکند. در این روش برج خورشیدی به عنوان یک پیش گرم کن هوا مورد استفاده قرار میگیرد که دما را تا 800 الی 900 درجه سانتی گراد گرم میکند این امر باعث کاهش قابل ملاحظهی سوخت مورد نیاز در اتاق احتراق شده و در نهایت میتوان با استفاده از یک سیکل ترکیبی از گرمای موجود در دود خروجی توربین گاز استفاده نمود و با نصب یک بویلربازیاب حرارتی (HRSG) به تولید بخار پرداخت. شماتیکی از این سیکل را می توان در شکل1-8مشاهده نمود. برای جزئیات و نحوهی کار این سیکل می توان به [4] مراجعه نمود.

مطلب مشابه :  مقاله با موضوعجبران خدمات، ارزش بازار، عملکرد سازمان، اندازه شرکت

شکل 1-8. نمای شماتیکcycles Pressurized air [4]

atmospheric air cycle : سیکل Atmospheric air دارای یک چر
خهی باز میباشد که در آن هوای محیط از یک برج که دارای محیط متخلخل میباشد عبور داده میشود و دمای آن افزایش مییابد [4]. دمای هوا در این سیکل به 680 الی 950 درجه سانتی گراد افزایش مییابد و برای ذخیره سازی از سنگ و شن استفاده میشود. سپس حدود 45% از هوا بازگردانده شده و دوباره وارد رسیور می شود. شکل1-9 سیکل Atmospheric air را نشان میدهد.

شکل 1-9. نمای شماتیک cycles Atmospheric air [4]

Molten nitrat salt cycles: سیکل همراه مولتن نیترات سالت6 (نمک نیترات مذاب)یک سیکل بسته میباشد که در آن نمک مذاب در دمای 290 درجه سانتی گراد به سمت دریافت کنندهی مرکزی پمپ میشود و دمای آن تا 565 درجه سانتی گراد افزایش مییابد محدودیتهایی که مولتن سالت برای سیکل ایجاد میکند دمای انجماد و دمای فروپاشی و تجزیه شدن آن است که به ترتیب 220 و 600 درجه سانتی گراد میباشد. این سیکل دارای دو مخزن ذخیرهی سرد و گرم میباشد. در این چرخه سیال از مخزن ذخیرهی سرد وارد دریافت کنندهی مرکزی شده و پس از دریافت گرما وارد مخزن ذخیرهی گرم میشود و از آنجا به سیکل بخار میرود. شماتیک این سیکل را میتوان در شکل1-10 مشاهده نمود. نیروگاه برج مرکزی به همراه مخازن ذخیره با توجه به میزان گرمای دریافتی از مزرعهی خورشیدی میتواند ظرفیت تولید توان تا 24 ساعت در شبانه روز در روزهای بلند سال را داشته باشد. البته اخیراً نمکهایی که دارای رنج دمایی 100 الی 700 درجه سانتی گراد میباشد برای استفاده بجای مولتن نیترات سالت در آزمایشگاه در دست بررسی هستند تا بتوان محدودیت بیان شده در مولتن نیترات سالت را تا حد ممکن رفع کرد و میزان تولید توان را افزایش داد.

شکل 1-10. نمای شماتیک Molten salt cycles [4 ]

Direct steam cycles: در سیکل تولید بخار به طور مستقیم (Direct steam cycles) در یک سیکل بسته، بخار وارد دریافت کنندهی مرکزی شده و از آنجا بخار خروجی وارد توربین بخار میشود. که می توان شماتیکی از آن را در شکل زیر مشاهده نمود.

شکل 1-11. نمای شماتیک نیروگاه تولید بخار به طور مشتقیم [4]
کارهای انجام شده
نیکولاس بئرما7 و همکارانش [6] با انتخاب سیالات مختلف در رسیور از نوع هیتک، مولتن سالت و سدیم به بهرهبرداری از رسیور در این شرایط از نقطه نظر دمای خروجی، میزان توان تولیدی و میزان افت فشار پرداخت.
ژیائوپینگ یانگ8 و همکارانش [7] با توجه به یک کار آزمایشگاهی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی کانتورهای دمایی در یک رسیور که داخل آن جریان نمک مذاب برقرار بود پرداختند و نتایج این آزمایش نشان داد که توزیع دما در لوله بسیار ناهموار و پیچیده میباشد که میتوان آن را در شکل1-12 مشاهده نمود.

شکل 1-12. قسمتی از نتایج [7] در محاسبه ی کانتورهای دمایی در یک رسیور

رودریگز سانچز9 و همکارانش[8] به بررسی تلفات در رسیور پرداختند که نتایج نشان داد تلفات تشعشعی نسبت به دیگر تلفات سهم قابل توجهی را به خود اختصاص داده است.
خسوس بالسترین10 و آیتور مارزو11 به بررسی اثر اتلافات جوی و تاثیر این پدیده بر راندمان مزرعهی خورشیدی پرداختند و با توجه به شرایط آب و هوا این اتلافات را محاسبه کردند[9].
جرمن آگسبرگر12 و همکارش به بررسی تغییرات شار وارد به رسیور در خلال عبور ابر پرداخته اند و راهکاری برای جلوگیری از وارد آمدن تنش حرارتی بیش از حد مجاز به رسیور ارائه کردهاند[10]
چئو ژو13 و همکارانش به آنالیز انرژی و اگزرژی برای نیروگاه برج مرکزی پرداختهاند و به این نتیجه رسیدند که با وجود اینکه بیشترین اتلافات انرژی در سیستم نیروگاهی اتفاق میافتد اما از دیدگاه اگزرژی بیشترین تلفات در بخش دریافت کنندهی مرکزی و به دنبال آن مزرعهی خورشیدی است. [11]
در بررسی چینش آینه ها نیز می توان به کارهای ژودانگ وی14 و همکارانش [12] در دو کار ارائه شده توسط ایشان نحوهی چینش مختلف آینه ها و تآثیر آن ها بر روی پدیدهی موسوم به بلاک و شادو 15را مشاهده نمود.
هدف و روش
مسئلهای که در این پایاننامه دنبال میشود طراحی و آنالیز یک نیروگاه برج خورشیدی بر اساس شرایط آب و هوایی موجود در جنوب غربی ایران (شهر اهواز) میباشد. در نتیجه در ادامه به بیان شرایط آب و هوایی این منطقه از ایران به تفصیل میپردازیم تا با یک دید کلی از این منطقه بتوان شرایط صحیح را بر طراحی نیروگاه اعمال نمود و نتایج نزدیک به واقع را بتوان از این مدل سازی استخراج کرد. شایان ذکر است که اعتبار سنجی این کد که با نرم افزار MATLAB نوشته شده است بر اساس شرایط آب و هوایی اهواز است. سپس طراحی بخشهای مختلف نیروگاه از جمله مزرعهی خورشیدی، دریافت کنندهی مرکزی، بخش نیروگاهی مطابق با سیکل رانکین، مخازن ذخیره و در نهایت آنالیز اقتصادی جهت بررسی عملی کردن این طرح در دستور کار قرار گرفته است.
در زیر میتوان مراحل طراحی اولین نیروگاه برج خورشیدی در ایران را دید:
آرایش بهینهی آینهها بر اساس بیشترین راندمان در مزرعه خورشیدی
گروه بندی آرایش آینهها در مزرعه خورشیدی برای کاهش مساحت اختصاص یافته به آن.
طراحی رسیور
محاسبه ابعاد و شار دریافتی به رسیور
تعیین تعداد لولههای هر پنل و دبی جرمی مورد نیاز بر اساس قیود حاکم بر طراحی و محاسبهی تلفات تشعشعی و جابهجایی
همچنین ملاحظهی عدم افزایش دمای سطح و فیلم مایع در داخل لوله از حد تحمل لوله و سیال و عدم افزایش افت فشار (در مجموع کمتر از 20 بار باشد).
طراحی و مدل سازی سیکل بخار
در نظر گرفتن دی اریتور برای جلوگیری از خوردگی در نیروگاه
.در نظر گرفتن قید
کیفیت بخار خروجی از توربین بخار (x88%- x: کیفیت بخار خروجی از توربین)
طراحی تانک ذخیره سازی
مشخص نمودن ابعاد تانک ذخیره
محاسبه ی مدت زمان ذخیره سازی در طول سال

مطلب مشابه :  دانلود تحقیق با موضوعآنتی، ارگانیسم، سالمونلاها، بیماری

آنالیز ترمو اقتصادی
محاسبهی هزینهی ساخت بخش های مختلف نیروگاه برج مرکزی به همراه هزینههای تعمیر و نگهداری
. محاسبهی بازگشت سرمایه با احتساب نرخ تنزیل و تورم.

طراحی بخش های مختلف نیروگاه
بررسی شرایط محیطی و آب و هوا
در این بخش از پایاننامه به بررسی شرایط آب و هوایی ایران و مورد مطالعاتی مورد نظر یعنی شهر اهواز پرداخته میشود. با توجه به شکل مربوط به شدت تابش خورشید شکل 1-5 در قسمتهای مختلف ایران مشخص میشود مناطق جنوب شرقی (سیستان و بلوچستان)، حاشیهی خلیج فارس، دریای عمان و نیز مناطق شرقی (خراسان جنوبی) مناطق داخلی فلات ایران مانند استان فارس دارای ظرفیت بالایی از نظر تابش خورشید میباشند.
شکلهای 1-5 و 1-6 نقشهی مقدار تابش خورشید در کشور ایران و اروپا را نشان میدهد. همان طور که بیان شد نیروگاه Gemasolar در اسپانیا طراحی شده است. کشور اسپانیا با دارا بودن تابشی ضعیفتر نسبت به کشور ایران با استفاده از این فناوری توانسته است نزدیک به بیش از 50 مگاوات توان تولید نماید و به بهرهبرداری برساند. همچنین کشورهای حاشیهی دریای مدیترانه توانستهاند با توجه به موقعیت مناسب خود از نقطه نظر تابش سالیانه خورشید با طراحی و نصب این نیروگاه ها به استفاده از نور خورشید بپردازند. این در حالیست که کشور ایران با توجه به بالاتر بودن میانگین تابش سالیانه نسبت به این مناطق جهان هنوز هیچ استفاده از انرژی خورشید به شکل نیروگاههای برج مرکزی که کارآمدترین در زمینهی انرژی خورشیدی میباشند در برنامههای خود ندارد.
مناطق جنوب شرقی ایران، استانهای سیستان و بلوچستان و خراسان جنوبی دارای آب و هوایی گرم و خشک میباشند و در بسیاری از روزهای سال هوایی صاف و آفتابی دارند. همچنین استان فارس با دارا بودن شدت تابش بالای خورشید دارای ظرفیت بالایی برای نصب و راهاندازی نیروگاه برج مرکزی است. همچنان که نیروگاههای آیینه سهموی در این استان در حال بهره برداری میباشند.
حاشیهی خلیج فارس با دارا بودن تعداد بالای روزهای آفتابی و همچنین شدت تابش مناسب یکی از مکانهای دارای پتانسیل برای احداث نیروگاههای خورشیدی در ایران میباشد. برای مثال میتوان به اطلاعات آب و هوایی چهار شهر از استانهای مختلف کشور در جدول زیر اشاره نمود.
شرایط آب و هوایی استانهای دارای پتانسل بالا برای احداث نیروگاه خورشیدی برج مرکزی[13]
استان
شهر
تعداد روزهای ابری
تعداد روزهای نیمه ابری
میانگیندمای سالیانه
تعداد روزهای صاف
خراسان جنوبی
قاین
29.6
82
14.5
253.8
سیستان و بلوچستان
زاهدان
26.7
86.6
18.5
251.7
فارس
شیراز
35.6
82.9
17.8
246.5
خوزستان
اهواز
35.9
68.2
25.4
258.6

در این بررسی و گزارش، اطراف شهر اهواز با توجه به مناسب بودن شدت تابش، بالا بودن تعداد روزهای آفتابی و بالا بودن مصرف انرژی در استان خوزستان انتخاب شده است. هر چند که کد نوشته شده برای طراحی نیروگاه، قابلیت طراحی نیروگاه برای نقاط مختلف کشور را داراست و با گرفتن دادههای

Leave a Reply