بررسی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی
تاریخ انتشار: ۱۰ خرداد ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۷۸۷۳۹۲۵
محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با بررسی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی به این نتیجه رسیدند که با استفاده بهینه از ذخیره‌سازهای انرژی حرارتی، توسعه و تجاری‌سازی این فناوری به صرفه و قابل رقابت با فناوری‌های تولید توان سوخت‌های فسیلی است.
خبرگزاری برنا؛ امیر عارفیان دکتری مهندسی مکانیک (تبدیل انرژی) دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «مدلسازی تحلیلی و تجربی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی با سامانه انباره گرمایی» گفت: افزایش روزافزون نیاز به انرژی الکتریکی در سطح ملی و بین المللی از یک سو و محدودیت‌ها و مخاطرات تولید توان الکتریکی از فناوری‌های سنتی سوخت‌های فسیلی از سوی دیگر، توسعه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و در رأس آنها انرژی خورشیدی و بادی را الزام‌آور ساخته است.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
وی افزود: فناوری نیروگاهی دودکش خورشیدی (Solar Chimney Power Plant) یکی از فناوری‌های امیدبخش و قابل اعتماد از توان گرمایی خورشیدی (Solar thermal power) است. در این نیروگاه، بخشی از انرژی حرارتی تابش خورشید که به سطوح جمع‌کننده یا گلخانه خورشیدی رسیده است، به هوای درون آن داده شده و با کاهش چگالی هوا نسبت به هوای محیط پیرامون، نیروی شناوری ایجاد می‌شود. تأثیر این نیروی شناوری در امتداد دودکش که در مرکز جمع‌کننده قرار دارد منجر به ایجاد جریان جابجایی طبیعی و بالارونده می‌شود. بخشی از انرژی جنبشی جریان هوای بالارونده در مجموعه توربین هوایی و مولد نصب شده در پایه دودکش به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
وی گفت: نیروگاه دودکش خورشیدی در پیکربندی پایه و شناخته شده آن دارای فناوری سطح بالایی نبوده و تمامی زیرسامانه‌ها و اجزای آن قابلیت بومی‌سازی و ساخت داخل را دارا می‌باشد.
وی با بیان اینکه با اجرای این پژوهش و بکارگیری نتایج آن در خصوص استفاده از انباره‌های گرمایی طبیعی و مصنوعی برای این نوع نیروگاه، علاوه بر عواید فنی و زیست محیطی، هزینه تراز شده انرژی (LCOE) بطور محسوس کاهش می یابد، خاطر نشان کرد پژوهش حاضر گام مهمی در راستای تجاری‌سازی و استفاده بزرگ مقیاس از این فناوری برداشته است.
وی افزود: هزینه تراز شده انرژی در نیروگاه دودکش خورشیدی بهینه شده با راهکاری‌های مورد بحث در این پژوهش، در رقابت با سایر فناوری‌های تولید توان رایج نظیر واحدهای توربین گاز در پیکربندی سیکل ساده و سیکل ترکیبی است.
عارفیان افزود: این در حالی است که هزینه تراز شده انرژی در پیکربندی پایه و معمول این فناوری حداقل سه برابر فناوری‌های رایج است. علاوه بر توجیه‌پذیری 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 انباره‌های گرمایی چه در سطح طراحی، چه در سطح تأمین مواد و تجهیزات و چه در سطح اجرا در بزرگ مقیاس به همراه داشته است.
به گفته فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ارزیابی کیفی و کمی حضور و عملکرد انواع انباره‌های 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 فناوری‌های تولید توان، تدوین کمی منحنی‌های مشخصه عملکرد نیروگاه برای اولین بار و تحلیل ظرفیت ذخیره‌سازی و عمق نفوذ حرارت در انباره گرمایی از جمله فعالیت‌های این پژوهش است که به ارتقای مرزهای دانشی در زمینه این فناوری منجر شده است.
وی ادامه داد: کاهش نوسانات و وقفه‌های تولید توان و اجابت طیف وسیعی از سناریوهای تقاضای بار در شبکه‌های محلی و سراسری تولید توان الکتریکی، مهم‌ترین ویژگی بهبوده یافته منتج از پژوهش حاضر برای نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است.
وی گفت: 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 از جمله پایستگی جرم، تکانه و انرژی ارتباط بین ورودی‌ها شامل توابع زمانی تابش خورشید، دمای محیطی، باد عرضی و همچنین پارامترهای ثابت هندسی و خواص مواد با خروجی‌های سامانه شامل اختلاف دمای ایجاد شده در جمع‌کننده 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 ۲۵۱ معادله-۲۵۱ مجهول حل گردیده است.
عارفیان افزود: همچنین به منظور اعتبارسنجی نتایج مدلسازی نیمه-تحلیلی، یک پایلوت کوچک مقیاس از نیروگاه دودکش خورشیدی (با ارتفاع دودکش ۸ متر و شعاع جمع‌کننده ۴ متر) ساخته شده و پس از تجهیز به ابزار اندازه‌گیری شامل تابش سنج، دما سنج، سرعت سنج و غیره در شرایط محیط واقعی مورد آزمون قرار گرفته است. داده‌های تجربی پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی امیرکبیر علاوه بر اعتبارسنجی نتایج مدلسازی نظری، به منظور ارزیابی عملی راهکارهای بهبود عملکرد و همچنین تدوین بانک اطلاعات عملکرد تجربی نمونه پایلوت این نیروگاه مورد استفاده قرار گرفته است.
این محقق با اشاره به کاربرد پروژه گفت: کاربرد اصلی این پروژه در صنعت نیروگاهی (متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس) و نیروگاه‌های انرژی‌های تجدیرپذیر است.
وی افزود: با اینحال سامانه دودکش خورشیدی و انباره‌های گرمایی در مقیاس کوچک قابل کاربرد در صنعت تأسیسات و تهویه مطبوع خانگی، تجاری و صنعتی هستند. همچنین از این فناوری می‌توان در صنایع غذایی و بطور خاص خشک‌کن های خورشیدی غیرفعال (Passive) استفاده نمود.
وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت: نیروگاه دودکش خورشیدی به عنوان یکی از جدیدترین فناوری‌های انرژی خورشیدی، می تواند مناسب‌ترین گزینه برای رقابت با نیروگاه‌های تولید توان رایج از نظر اقتصادی و صیانت از محیط زیست در عدم مصرف آب و عدم تولید آلاینده باشد.
وی تاکید کرد: بر این اساس و با توجه به پتانسیل بالقوه کشور ایران از نظر اقلیم، تابش خورشیدی و اراضی مناسب و در دسترس، سیاست‌های بالادستی کشور و همچنین رویکرد جهانی نسبت به تولید توان در منطقه غرب آسیا و و شمال آفریقا، در پژوهش حاضر به مطالعه و بهبود رفتار زمانی این نوع نیروگاه پرداخته شده است.
پایلوت‌های 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 امیرکبیر از حیث مقیاس و پارامترهای مورد مطالعه و بهبود عملکرد جایگاه ویژه دارد. همچنین پایلوت یکپارچه نیروگاه دودکش خورشیدی شناور امیرکبیر برای اولین بار در سطح جهان طراحی، اجرا و به بهره‌برداری رسیده و طرح مذکور با شماره اختراع ۸۱۵۹۲ در اداره کل مالکیت صنعتی سازمان ثبت اسناد و املاک کشور به ثبت رسیده است. لازم به ذکر است اولین نیروگاه متوسط مقیاس بهره‌برداری شده از این فناوری مربوط به مانزانارس اسپانیا بوده که در دهه ۱۹۸۰ میلادی به مدت هشت سال مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین در حال حاضر یک نیروگاه متوسط مقیاس ۲۰۰ کیلوواتی در ووهای چین مورد بهره‌برداری قرار دارد. نیروگاه‌های تجاری بزرگ مقیاس در کشورهایی نظیر ایالات متحده، چین، استرالیا، آفریقای جنوبی و غیره در دست طراحی و برنامه‌ریزی جهت احداث می‌باشند.
وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: این فناوری دارای مزیت‌های مطلق و نسبی فناوری است توسعه و بکارگیری آن را در مقایسه با سایر نیروگاه‌های سنتی فسیلی و حتی نیروگاه‌های تجدیدپذیر را ممتاز می‌سازد.
وی با بیان اینکه هزینه زمین و محل احداث این نوع نیروگاه‌ها کمینه و یا رایگان است، گفت: سوخت این نیروگاه رایگان بوده و در اغلب نقاط جهان در دسترس است. همچنین این نیروگاه نیازمند هیچگونه آب مصرفی در چرخه اصلی یا به عنوان سیال خنک‌کاری نبوده و در مقایسه با نیروگاه‌های تجدیدپذیر و خورشیدی دیگر نیز مزیت نسبی دارد. این موضوع با توجه به تشدید بحران آبی در منطقه غرب و جنوب غرب آسیا حائز اهمیت است.
محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: از جنبه اقتصادی هزینه تراز شده انرژی در پیکربندی بهینه این نوع نیروگاه‌ها از سایر نیروگاه‌های تجدیدپذیر کمتر بوده و با سایر فناوری‌های سنتی فسیلی رقابت می‌کند.
عارفیان گفت: کشور ایران به عنوان یکی از غنی‌ترین کشورها از حیث تابش خورشید و با توجه به خاص بودن اقلیم و ناهمواری‌های سرزمینی به عنوان یکی از قطب‌های مستعد توسعه و بهره‌برداری از این نوع نیروگاه‌ها امکان‌سنجی شده است.
وی با اشاره به کاربردهای پروژه گفت: نیروگاه‌های متوسط مقیاس و بزرگ مقیاس دودکش خورشیدی اعم از ثابت، شناور و یا شیب‌دار (ساخته شده بر روی ناهمواری‌های آفتاب‌گیر سرزمینی)، سامانه‌های تهویه طبیعی ساختمانی‌های مسکونی، تجاری و صنعتی، سامانه‌های خشک‌کن خورشیدی کوچک مقیاس و متوسط مقیاس صنعتی از کاربردهای این پروژه هستند.
گفتنی است هدایت و راهنمایی این پژوهش توسط جناب آقای دکتر رضا حسینی ابرده، استاد و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است.
انتهای پیام/
آیا این خبر مفید بود؟
نتیجه بر اساس رای موافق و رای مخالف
منبع: خبرگزاری برنا
کلیدواژه: انرژی خاک رقابت علم و فناوری فناوری گاز دانشگاه صنعتی امیرکبیر نیروگاه دودکش خورشیدی نوع نیروگاه رفتار دینامیکی تولید توان متوسط مقیاس بهره برداری نیروگاه ها پژوهش حاضر بزرگ مقیاس جمع کننده
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.borna.news دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری برنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۸۷۳۹۲۵ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
پرده‌های حفاظت خورشیدی؛ راهکار پایداری ساختمان‌ها
پرده‌های حفاظت خورشیدی، عنصر کلیدی در صدور گواهی‌نامه ساختمان‌های پایدار به‌شمار می‌رود که چارچوبی برای اندازه‌گیری و ارزیابی مصرف منابع فراهم می‌آورند و به‌دست آوردن آنها برای بناهای امروزی بسیار مهم است.
به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، وقتی والاس اس. بروکر برای اولین بار مفهوم گرمایش جهانی را در دهه ۱۹۷۰ معرفی کرد، جامعه پیامدهای این پدیده را پیش‌بینی نکرده بود. امروزه با گذشت بیش از ۵۰ سال، جهان از پیش‌بینی سناریوهای نامطلوب اقلیمی دست برداشته و به‌طور مستقیم شاهد آن است. زمین به‌دنبال نابرابری در واکنش جهانی به این موضوع و کاهش تدریجی انتشار کربن، سال به سال رکوردهای دمایی را می‌شکند.
کاهش انتشار کربن در معماریکاهش انتشار کربن‌دی‌اکسید در معماری مستلزم اجرای استراتژی‌های مؤثری است که به ساخت مواد و چرخه عمر ساختمان‌ها، همچنین مصرف انرژی در طول استفاده می‌پردازد. در کشورهایی مانند ایالات متحده، تقریباً ۴۵ درصد از مصرف انرژی در بخش مسکونی به فضاهای گرمایشی و سرمایشی اختصاص پیدا می‌کند که توجه به طراحی کارآمد ساختمان به‌ویژه نما را ضروری می‌سازد. برای دستیابی به این هدف، سیاست‌هایی در حال اجرا هستند که بهره‌گیری از مدل‌های پایدارتر را ترویج می‌کنند. در یکی از این مدل‌های جدید، گواهی‌های پایداری برای ساختمان‌ها چارچوبی برای اندازه‌گیری و ارزیابی مصرف منابع فراهم می‌آورد.
گزارش ارائه شده توسط متخصصان طراحی و ساخت سیستم‌های حفاظت خورشیدی در زمینه پایداری در ساختمان‌ها و گواهی‌نامه‌های آنها، ارتباط استفاده از پرده‌ها را در این راستا و نقش اساسی آنها در ساختمان و طراحی پایدار را با توجه به این امر برجسته می‌کند که می‌توانند بر جنبه‌های مختلف ارزیابی‌شده توسط سیستم‌های گواهی مانند LEED، BREEAM و غیره تأثیر مثبت بگذارند.
تأثیر پرده‌های حفاظت خورشیدی بر پایداری ساختمانهاپردهای که به‌خوبی طراحی شده باشد نه تنها با عایق‌کاری باعث بهبود بهره‌وری انرژی ساختمان می‌شود، بلکه با تنظیم دما و تابش نور طبیعی، بخش‌های حرارتی و نوری فضاهای داخلی را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد و بعضی از معیارهای گواهی‌نامه‌های مربوط به رفاه سرنشینان، مانند WELL و HQE را برآورده می‌کند. علاوه بر این، بسته به مواد به‌کاررفته در ساخت آنها، پرده‌ها می‌توانند با استفاده از مواد زیست‌محیطی به پایداری کمک کنند که این امر بر ارزیابی جنبه‌هایی مانند ردپای کربن و اثرات زیست‌محیطی تولید آنها تأثیر می‌گذارد.
فراتر از جنبه‌های تولیدی، گنجاندن ویژگی‌های نوآورانه‌ای مانند سیستم‌های خودکاری که به شرایط محیطی پاسخ می‌دهند و در طرح‌ها ادغام شده‌اند، نوآوری در طراحی پایدار را برجسته می‌کند. این ویژگی‌ها پرده‌ها را به عناصر ضروری برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در محیط‌های داخلی و کاهش تابش خورشید تبدیل می‌کند و در نتیجه مصرف انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی را کاهش می‌دهد. با سیستم‌های غلتکی و پلیسه‌دار، پرده‌ها راه‌حلی چند سطحی هستند که تأثیر مثبتی بر ساختمان‌ها می‌گذارند.
پرده‌ها و سهم آنها در اخذ گواهی‌نامه‌های پایداریامروزه چندین کشور حداقل یک برنامه صدور گواهی‌نامه در سطح ملی دارند. این گسترش، منعکس‌کننده یک رویکرد جامع برای ساخت سازه‌هایی است که تأثیر آنها را به حداقل می‌رساند و شیوه‌های پایدار را در طول چرخه زندگی آنها ترویج می‌کند.
ادغام استراتژیک پرده‌ها در ساختمان‌ها نه‌تنها جنبه‌های زیبایی‌شناسی و عملکرد را موردتوجه قرار می‌دهد، بلکه می‌تواند نقش اساسی در برآوردن الزامات رایج برای دریافت گواهی‌نامه‌های پایداری داشته باشد. به این ترتیب از آسایش حرارتی گرفته تا صرفه‌جویی در انرژی، بهبود کیفیت هوا و مدیریت زباله، جنبه‌های مختلفی را شامل می‌شود.
پرده‌های خورشیدی برای رسیدن به دمای مطلوب برای زندگی و کار، همچنین دستیابی به آسایش حرارتی مورد نظر در بناها ضروری هستند. بعضی شرکت‌ها برای مدیریت صحیح ورود نور خورشید به ساختمان، از پارچه‌های فنی تیره یا مرواریدی استفاده می‌کنند که از بنا محافظت، نور را فیلتر و حرارت را تنظیم می‌کند.
رنگ‌ها نیز نقشی اساسی در حفاظت حرارتی دارند. رنگ‌های تیره گرما را جذب و رنگ‌های روشن آن را منعکس می‌کنند.
نور و آسایش بصری با بهره‌گیری از پرده‌ها در معماریپردههای خورشیدی با ارائه نور با کیفیت، بهره‌وری و رفاه ساکنین را ارتقا می‌دهند. نور طبیعی ارتباط افراد را با فضاهای بیرون از طریق پنجره‌ها فراهم می‌کند و استفاده هوشمندانه از پرده‌ها، از طریق انتخاب صحیح پارچه با خاصیت بازتابی و درجه باز شدن کافی، امکان مدیریت صحیح نور طبیعی، حفظ آسایش بصری و کاهش نیاز به نور مصنوعی را فراهم می‌کند.
آسایش، بهره‌وری و تعامل سرنشینان از طریق طراحی آکوستیک در داخل خانه برجسته می‌شود. پرده‌های فنی به لطف استفاده از پارچه‌هایی با ضریب جذب آکوستیک اثبات‌شده، به بهبود میرایی آکوستیک کمک می‌کنند. علاوه بر این، آنها دارای سیستم‌های موتوری هستند که صدا و طنین را در لوله‌های سیم‌پیچ کاهش می‌دهد.
کیفیت هوا با بهره‌گیری از پرده‌ها در معماریکیفیت هوا با انجام آزمایشات در مرحله پس از ساخت برای تعیین سطوح نهایی آلاینده‌ها در یک فضا ارزیابی می‌شود. علاوه بر این، انتشار ترکیبات آلی فرار با استفاده از پارچه‌های دارای گواهی Greenguard کاهش پیدا می‌کند.
مدیریت پسماند با بهره‌گیری از پرده‌ها در معماریانتخاب پرده‌های ساخته‌شده از مواد سازگار با محیط زیست به رعایت معیارهای گواهی مربوط به مدیریت مواد مسئول کمک می‌کند. همچنین یک سیستم تولید و تحویل اجرا شده است که با برنامه‌ریزی ساخت‌وساز تنظیم می‌شود و زباله‌های تولید شده در محل را به حداقل می‌رساند.
پرده‌ها از منظر انرژی به‌عنوان موانع حرارتی عمل می‌کنند. این ساختارها عایق هستند، از دست دادن گرما در ماه‌های سرد را کاهش می‌دهند و ورودی گرما را در ماه‌های گرم تنظیم می‌کنند. این کنترل حرارتی نه‌تنها عملکرد انرژی یک ساختمان را بهینه، بلکه الزامات خاص تعدادی از گواهی‌نامه‌های یادشده را نیز برآورده می‌کند که به‌دنبال کاهش وابستگی به سیستم‌های تهویه مطبوع هستند.
به‌طور کلی تأثیر مثبت پرده‌ها در توانایی آنها برای برآورده کردن الزامات گواهی‌نامه‌های دقیق منعکس می‌شود که به مدیریت بهینه خورشیدی، همچنین کاهش مصرف انرژی، صرفه‌جویی در هزینه‌های گرمایش و تهویه مطبوع کمک می‌کند.
کد خبر 750425
حادثه تلخ برای جوان معلول ساروی که نخبه دانشگاه بود