نیروگاه دودکش خورشیدی قابل رقابت با فناوری سوخت فسیلی است

نیروگاه دودکش خورشیدی قابل رقابت با فناوری سوخت فسیلی است

محققان 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 روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 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 بیش از پیش نیاز 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 طرف دیگر، توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و در رأس آنها انرژی خورشیدی و بادی را الزام آور ساخته است.
وی اضافه کرد: 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، قسمتی 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.
دانش آموخته مهندی مکانیک افزود: تأثیر این نیروی شناوری در امتداد دودکش که در مرکز جمع کننده قرار دارد، به ایجاد جریان جابجایی طبیعی و بالارونده منجر می شود. قسمتی از انرژی جنبشی جریان هوای بالارونده در مجموعه توربین هوایی و مولد نصب شده در پایه دودکش به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
عارفیان 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 دارد.
وی اشاره کرد: با اجرای این پژوهش و بکارگیری نتایج آن درباب 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 کاهش پیدا می کند. پژوهش حاضر گام مهمی در امتداد تجاری سازی و استفاده بزرگ مقیاس از این فنآوری برداشته است.
پژوهشگر دانشگاه امیرکبیر اظهار داشت: 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 حالیست 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، راه حل استفاده از انباره گرمایی خاک مرطوب منتج از کارهای 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 تامین مواد و تجهیزات و چه در سطح اجرا در بزرگ مقیاس بهمراه داشته است.
دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: 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 کارهای این پژوهش است که به ارتقای مرزهای دانشی در حوزه 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 خاصیت بهبوده یافته منتج از پژوهش حاضر برای نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است.
عارفیان اشاره کرد: اجرای پژوهش حاضر مبتنی بر مدلسازی نیمه-تحلیلی رفتار دینامیکی و در بستر زمان نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است. در این مدل سازی 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 همین طور پارامترهای ثابت هندسی و خواص مواد با خروجی های سامانه شامل اختلاف دمای به وجود 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 مدل سازی با ۲۵۱ معادله-۲۵۱ مجهول حل شده است.
عارفیان اضافه کرد: همین طور بمنظور اعتبارسنجی نتایج مدل سازی نیمه-تحلیلی، یک پایلوت کوچک مقیاس از نیروگاه دودکش خورشیدی (با ارتفاع دودکش هشت متر و شعاع جمع کننده چهار متر) تولید شده و بعد از تجهیز به ابزار اندازه گیری شامل تابش سنج، دماسنج، سرعت سنج و غیره در وضعیت محیط واقعی مورد آزمون قرار گرفته است.
وی اشاره کرد: داده های تجربی پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی امیرکبیر علاوه بر اعتبارسنجی نتایج مدل سازی نظری، بمنظور ارزیابی عملی راهکارهای بهبود عملکرد و همین طور تدوین بانک اطلاعات عملکرد تجربی نمونه پایلوت این نیروگاه مورد استفاده قرار گرفته است.
این محقق درباره کاربرد پروژه اظهار داشت: کاربرد اصلی این پروژه در صنعت نیروگاهی (متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس) و نیروگاه های انرژی های تجدیرپذیر است.
وی اضافه کرد: با این وجود سامانه دودکش خورشیدی و انباره های گرمایی در مقیاس کوچک قابل کاربرد در صنعت تأسیسات و تهویه مطبوع خانگی، تجاری و صنعتی هستند. همین طور از این فنآوری می توان در صنایع غذایی و به طور خاص خشک کن های خورشیدی غیرفعال (Passive) بهره برد.
عارفیان درباره خاصیت های طرح اظهار داشت: نیروگاه دودکش خورشیدی بعنوان یکی از تازه 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 اشاره کرد: بر این اساس و باتوجه به پتانسیل بالقوه کشور ایران از نظر اقلیم، تابش خورشیدی و اراضی مناسب و در دسترس، سیاست های بالادستی کشور و همین طور 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.
عارفیان درباب 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 سازد.
وی با اعلان اینکه هزینه زمین و محل راه اندازی این نوع نیروگاه ها کمینه و یا رایگان است، اظهار داشت: سوخت این نیروگاه رایگان و در بیشتر نقاط جهان دردسترس است. همین طور این نیروگاه نیازمند هیچ نوع آب مصرفی در چرخه اصلی یا بعنوان سیال خنک کاری نیست و در مقایسه با نیروگاه های تجدیدپذیر و خورشیدی دیگر نیز مزیت نسبی دارد. این مساله باتوجه 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. ایران بعنوان یکی از غنی ترین کشورها از حیث تابش خورشید و باتوجه 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.
وی درباره کاربردهای پروژه اظهار داشت: نیروگاه های متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس دودکش خورشیدی شامل ثابت، شناور 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.
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 این وجود پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی ثابت دانشگاه صنعتی امیرکبیر از حیث مقیاس و پارامترهای مورد مطالعه و بهبود عملکرد جایگاه ویژه دارد.
همچنین 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 ۸۱۵۹۲ در اداره کل مالکیت صنعتی سازمان ثبت اسناد و املاک کشور به ثبت رسیده است.
اولین نیروگاه متوسط مقیاس بهره برداری شده از این فنآوری مربوط به مانزانارس اسپانیا است که در دهه ۱۹۸۰ میلادی به مدت هشت سال مورد مطالعه قرار گرفته است. همین طور هم اکنون یک نیروگاه متوسط مقیاس ۲۰۰ کیلوواتی در ووهای چین مورد بهره برداری قرار دارد. نیروگاه های تجاری بزرگ مقیاس در کشورهایی نظیر آمریکا، چین، استرالیا، آفریقای جنوبی و غیره در دست طراحی و برنامه ریزی جهت راه اندازی است.
هدایت و راهنمایی این پژوهش توسط دکتر رضا حسینی ابرده، استاد و عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است.


منبع:

1400/09/17
10:07:03
0.0 / 5
270
تگهای خبر: ابزار , اجرا , پروژه , تولید
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۲ بعلاوه ۲
لینک دوستان كمیاب آنلاین