منابع علمی پایان نامه : دانلود فایل ها در رابطه با : بهره‌برداری از ... |
 |
موتور استرلینگ: انرژی گرمایی تمرکزیافته نور را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده که توسط یک آلترناتور از آن الکتریسیته تولید می‌گردد. این موتورها با سیستم‌های دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجی هستند که گاز هلیوم یا هیدروژن به‌عنوان سیال عامل آن‌ها عمل می‌کند. بهترین عملکرد انواع این موتورها در دماهای بالای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشارهایی تا ۲۰ مگا پاسکال انجام می‌شود.
ردیاب و سیستم کنترل : سیستم ردیاب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشید قرار می‌دهد تا نور دقیقاً در دریافت‌کننده موتور استرلینگ تمرکز یابد. بعلاوه سیستم کنترل با دریافت اطلاعات از حس‌گرهای مختلف و همچنین موتور استرلینگ، در هر وضعیت فرمان مناسبی برای کنترل سیستم ارسال می کند.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
سازه و فونداسیون: برای نگه‌داشتن سطح متمرکز کننده، موتور استرلینگ و سایر اجزاء سیستم و تحمل بارهای اینرسی، باد و زلزله وجود یک فونداسیون و سازه‌ای سبک و با استحکام ضروری است.
شکل۲‑۶- نمای یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاه‌های بشقابک سهموی [۹]
شکل۲‑۷- ساختار یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاه‌های بشقابک سهموی [۹]
نیروگاه‌های دودکش خورشیدی[۳]
نیروگاه دودکش خورشیدی، یک نیروگاه خورشیدی است که از ترکیب کلکتورهای هوای خورشیدی و برج هدایت‌کننده هوا برای تولید جریان هادی القائی هوا استفاده می‌کند و این جریان هوا موجب چرخش توربین‌های پله‌ای فشار و درنهایت تولید برق توسط ژنراتور می‌شود.
نحوه عملکرد نیروگاه‌های حرارتی دودکش خورشیدی
تابش خورشید موجب گرم شدن هوا در زیر سقف هادی نور (شفاف) که برج مرکزی را احاطه کرده است، می‌شود. در مرکز این سقف یک برج عمودی با دهانه ورودی عریض واقع شده است. محل اتصال این برج با سقف شیشه‌ای باید به نحوی ساخته شود که در مقابل نفوذ هوا مقاوم باشد. هوای گرم سبک‌تر از هوای سرد است لذا از برج بالا خواهد رفت. با مکش هوای گرم به بالای برج، هوای سرد مجدداً از فضای خارجی سقف وارد آن خواهد شد. این جریان مداوم هوا را با بهره گرفتن از توربین‌های پله‌ای فشار تبدیل به انرژی مکانیکی و سپس توسط ژنراتورهای مرسوم برق تولید می‌کند. شکل ۱ نمایی از شماتیک عملکرد این نوع نیروگاه‌های خورشیدی را نشان می‌دهد. برای تولید ۲۴ ساعته برق در این نیروگاه می‌توان از لوله‌های حاوی آب و یا محفظه‌های آب در زیر سقف استفاده نمود. این لوله‌ها یا محفظه‌ها تنها یک‌بار از آب پر می‌شوند و هیچ نیازی به آب‌گیری مجدد ندارند.
شکل۲‑۸- شماتیک عملکرد نیروگاه‌های حرارتی دودکش خورشیدی [۹]
اجزاء اصلی یک دودکش خورشیدی
-
- سقف نیمه شفاف (مثلاً شیشه‌ای) که در ارتفاع چندم‌تری زمین نصب می‌گردد.
-
- دودکش مرتفع که در مرکز سقف شیشه‌ای قرار می‌گیرد.
-
- توربین‌های بادی که در پایه دودکش قرار می‌گیرند.
-
- زمین که با روکش مناسبی پوشانده می‌شود.
نیروگاه کلکتورهای فرنل [۴]
در این‌گونه نیروگاه‌ها از کلکتور فرنل برای متمرکز کردن نور خورشید روی لوله گیرنده استفاده می‌شود. در این نیروگاه همانند نیروگاه‌های سهموی خطی، کلکتورها به‌صورت خطی و در جهت شمال جنوب نصب می‌شوند. کلکتورهای آن تعداد زیادی آینه تخت با پهنای کم و طول زیاد هستند که کنار هم دیگر قرار می‌گیرند. زاویه قرارگیری هرکدام از آینه‌ها به صورتی است که بازتاب نور خورشید را روی بخش دریافت‌کننده متمرکز کنند. در بخش دریافت‌کننده یک بازتاب‌دهنده ثانویه از نوع جفت سهموی قرار دارد که بازتاب آینه‌ها را جمع آوری کرده و روی لوله گیرنده می‌تاباند با گرم شدن لوله گیرنده سیال داخل آن گرم می‌شود.
برای نیروگاه‌های خورشیدی ازاین‌دست عملکرد ممکن است به دو صورت باشد در سیستم‌های متداول سیال عامل داخل لوله گیرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدل‌های حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار می‌شود اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم[۵] نامیده می‌شود طول کلکتورها بیش از یک‌صد متر می‌باشد. ازیک‌طرف لوله دریافت‌کننده آب وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می‌شود و نیازی به سیستم‌های جانبی اضافی نیست.
مبدل‌ها:
مبدل‌ها تجهیزاتی هستند که حاملهای انرژی ورودی را گرفته و پس‌ازآنجام فعل‌وانفعالات خاص، ورودی را به شکلی از توان تبدیل خواهند کرد که در سمت خروجی به آن نیاز می‌باشد. هرکدام از این مبدل‌ها دارای بازده مخصوصی می‌باشند و بهره‌بردار باید به‌گونه‌ای عمل کند که با توجه به شرایط محیطی و جغرافیایی و اقتصادی ، از مبدل‌هایی استفاده نماید که بیشترین بازده و کارایی را برای هاب به ارمغان آورد. از متداول‌ترین مبدل‌هایی که در بیشتر هابهای انرژی از آن‌ها استفاده می‌شود می‌توان به مبدل همزمان حرارت و الکتریسیته[۶] اشاره نمود:
تولید همزمان برق و حرارت
تولید همزمان برق و حرارت یا به‌اختصار تولید همزمان(CHP) عبارت است از تولید همزمان و توأم ترمودینامیکی دو یا چند شکل انرژی از یک منبع ساده اولیه.معمولاً در مولدهای قدرت امروزی، از سوزاندن سوخت‌های فسیلی و حرارتی حاصله برای تولید قدرت محوری و سپس تبدیل آن به انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود. متداول‌ترین این سامانه‌ها نیروگاه‌های عظیم برق می‌باشند. در نیروگاه‌های حرارتی که سهم عمده‌ای در تأمین نیاز الکتریسیته جوامع مختلف دارند، به‌طور متوسط تنها یک‌سوم انرژی سوخت ورودی به انرژی مفید الکتریسیته تبدیل می‌شود. [۱۰]
در کشور ایران بازده معمول نیروگاه‌های حرارتی چیزی در حدود ۳۴% است. در این نیروگاه‌ها مقدار زیادی انرژی حرارتی از طرق مختلف مانند کندانسور، دیگ بخار، برج خنک‌کن، پمپ‌ها و سامانه لوله‌کشی موجود در تأسیسات و …. به هدر می‌رود. از این گذشته در شبکه‌های انتقال برق نیز در کشور ما انرژی الکتریسیته تولیدی تلف می‌شود که اگر تولید برق در محل مصرف آن انجام شود، عملاً این مقدار اتلاف وجود نخواهد داشت.استفاده هر چه بیشتر از گرمای آزاد شده در حین فرایند احتراق سوخت باعث افزایش بازده انرژی، کاهش مصرف سوخت و درنتیجه کاهش هزینه‌های مربوط به تأمین انرژی اولیه می‌گردد.از حرارت اتلافی بازیافت شده از این سامانه‌ها می‌توان برای مصارف گرمایشی، سرمایشی و بسیاری از فرآیندهای صنعتی استفاده نمود. تولید همزمان برق و حرارت، می‌تواند علاوه بر افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت، باعث کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای شود. در CHP از انرژی حرارتی تولیدشده در فرایند تولید قدرت به‌عنوان منبع انرژی استفاده می‌شود. مصرف‌کنندگانی که به مقدار انرژی حرارتی زیادی در طول روز نیاز دارند مانند صنایع تولیدی، بیمارستان‌ها، ساختمان‌ها و دفاتر بزرگ، خشک‌شویی‌ها و غیر از آن‌ها می‌توانند برای کاهش هزینه‌های خود به نحو مطلوبی از CHP بهره ببرند. [۱۰]
تاریخچهCHP
تولید همزمان در اواخر ۱۸۸۰ در اروپا و امریکا پدید آمد. در اوایل قرن بیستم اغلب کارخانه‌های صنعتی، برق موردنیاز خود را با بهره گرفتن از دیگ‌های زغال سوز و ژنراتورهای توربین بخار تولید می‌کردند. از طرفی در بسیاری از این کارخانه‌ها، بخار داغ خروجی در فرآیندهای صنعتی بکار گرفته می‌شد، به‌طوری‌که در اوایل ۱۹۰۰ در آمریکا، حدود ۵۸% از کل توان تولیدشده در نیروگاه‌ها در محل، به شکل تولید همزمان بوده است.هنگامی‌که نیروگاه‌های برق مرکزی و شبکه‌های قابل‌اطمینان برق ساخته شدند، هزینه‌های تولید و تحویل کاهش یافت و بدین سبب بسیاری از کارخانه‌های صنعتی از این شبکه‌ها برق خریداری و تولید برق خود را متوقف کردند.درنتیجه استفاده از تولید همزمان که ۱۵% از مجموع ظرفیت الکتریسیته تولیدی امریکا در سال ۱۹۵۰ را به خود اختصاص داده بود، در سال ۱۹۷۴ به ۵% کاهش یافت. سایر عوامل کاهش استفاده از تولید همزمان عبارت بودند از: قانونمند شدن تولید برق، سهم اندک هزینه‌های خرید برق از شبکه درمجموع هزینه‌های جاری کارخانه‌ها، پیشرفت فناوری‌هایی نظیر دیگ‌های بخار نیروگاهی، در دسترس بودن سوخت‌های مایع و گازی با پایین‌ترین قیمت و نبود یا کمبود محدودیت‌های محیط زیستی.در سال ۱۹۷۳ پس از افزایش هنگفت قیمت سوخت مکانیکی و متعاقب آن بروز بحران انرژی در اغلب کشورهای جهان، روند مذکور در تولید همزمان روندی معکوس یافت. در اثر کاهش منابع سوخت فسیلی و افزایش قیمت‌ها، این سامانه‌ها که بازده انرژی بیشتری داشتند، بسیار موردتوجه قرار گرفتند.تولید همزمان علاوه بر کاهش مصرف سوخت، گازهای آلاینده را نیز کاهش می‌دهد. به همین دلایل، دولت‌های اروپایی، آمریکا و ژاپن اقداماتی درزمینه افزایش استفاده از تولید همزمان انجام دادند. در سال‌های اخیر نیز تولید همزمان نه‌تنها در صنعت بلکه در سایر بخش‌ها توسعه یافته است. در ۲۵ سال اخیر انجام پروژه‌های تحقیق و توسعه، به پیشرفت‌های مهم فناوری نظیر فناوری پیل سوختی منجر شده است. پیلهای سوختی امروزه به‌عنوان یکی از سامانه‌های نوظهور در CHP به‌خوبی شناخته شده‌اند و انتظار می‌رود در آینده‌ای نزدیک به تولید تجاری برسند. [۶]
فرایند تولید همزمان برق و حرارت
یک سامانه CHP از اجزای مختلفی تشکیل شده است: مولد قدرت اولیه[۷] ، مبدل‌های حرارتی بازیافت حرارت، ژنراتور، لوله‌ها و اتصالات و سایر تجهیزات جانبی از قبیل پمپ‌ها، عایق‌بندی‌ها و …. . همچنین در سامانه‌هایی که از حرارت بازیافت شده جهت مصارف سرمایشی بهره‌برداری می‌شود، از یک چیلر تراکمی یا جذبی نیز در کنار سایر تجهیزات استفاده می‌شود به این سامانه‌ها که به‌طور همزمان برق، حرارت و سرما تولید می‌کنند، اصطلاحاً Trigeneration یا CCHP[8]گفته می‌شود. [۱۱]
مولد قدرت اولیه در سامانه‌های CHP معمولاً موتورهای احتراقی، توربین گاز، میکرو توربین و پیل سوختی است. کیفیت حرارتی خروجی از هر یک از این فناوری‌ها متفاوت بوده و با توجه به کاربردهای مختلف و نیاز حرارتیش می‌توان یکی از این فناوری‌ها را بکار برد. ازنظر هزینه نصب و راه‌اندازی امروزه موتورهای احتراقی، پایین‌ترین قیمت را دارند و سامانه‌های پیل سوختی با توجه به آنکه هنوز به مرحله تجاری نرسیده‌اند، لذا هزینه نصب اولیه آن‌ها بسیار زیاد است. [۵]
مزایای CHP
افزایش بازده انرژی
در سامانه‌های CHP بازده انرژی به‌طور فراوان ای افزایش می‌یابد. در سامانه‌های متداول امروزی معمولاً از کل انرژی ورودی به سامانه‌تنها یک‌پنجم یعنی معادل ۲۰% به انرژی مفید تبدیل می‌شود. البته بازده ترمودینامیکی نیروگاه‌های چرخه ترکیبی پیشرفته تا حدود زیادی افزایش یافته و به ۴۰ تا ۵۰% می‌رسد. بااین‌حال تلفات زیادی در خطوط انتقال نیرو و مصارف داخلی نیروگاه‌ها وجود دارد که تقریباً اجتناب‌ناپذیر است. [۵]. ولی در سامانه‌های CHP حدود چهارپنجم انرژی ورودی به انرژی مفید تبدیل می‌شود. چنانچه از سامانه‌های نوظهوری مانند پیل سوختی استفاده شود، بازده انرژی تا حد ۹۰% افزایش می‌یابد. بازده انرژی یکی از مهم‌ترین مزایای CHP در کاربردهای صنعتی آن است.
کاهش هزینه‌های تأمین انرژی اولیه برای مصرف‌کننده
در CHP ازآنجایی‌که انرژی اولیه مصرفی (برق و حرارت) از طریق یک سامانه واحد با ورودی سوخت معین تأمین می‌گردد، لذا هزینه‌های تأمین انرژی به‌طور فراوان ای از سامانه‌های امروزی کمتر است. در سامانه‌های متداول که برق و حرارت به‌صورت جداگانه تأمین می‌شود، مصرف‌کننده مجبور است برق موردنیاز خود را از طریق شبکه‌های محلی خریداری کرده از سوی دیگر برای مصارف گرمایشی خود نیز باید گاز طبیعی یا سایر سوخت‌های فسیلی را به‌طور جداگانه خریداری نماید. ولی در سامانه‌های CHP مصرف‌کننده از شبکه برق مستقل شده و از سوی دیگر چون از محتوای انرژی سوخت ورودی در حد بالایی استفاده می‌شود لذا هزینه‌های مربوطه بسیار کاهش می‌یابد. [۵]
تأمین انرژی الکتریسیته باکیفیت بسیار بالاتر: در سامانه‌های CHP معمولاً از یک مبدل در خروجی ژنراتور برای تبدیل برق DC به AC استفاده می‌شود. خروجی این مبدل بسیار یکنواخت و بدون نوسان ولتاژ یا فرکانس می‌باشد. از سوی دیگر مولدهای CHP دارای فناوری بسیار پیشرفته‌تری نسبت به سامانه‌های متداول هستند و برق را با یکنواختی بیشتری تولید می‌کنند.از این گذشته برقی که از شبکه‌های محلی خریداری می‌شود دارای نوسان ولتاژ و افت فرکانس بسیار زیادی خصوصاً در نقاط انتهایی شبکه است که این امر می‌تواند آسیب‌های جدی به دستگاه‌ها و تجهیزات برقی وارد آورد. علاوه بر این مقدار زیادی از انرژی الکتریسیته از طریق خطوط انتقال نیرو به هدر می‌رود که در سامانه‌های CHP چون برق در محل مصرف تولید می‌شود، عملاً این بخش از تلفات، صفر است. [۱۱]
امکان فروش برق تولید شده اضافی به شبکه: در سامانه‌های CHP مصرف‌کنندگان قادر خواهند بود علاوه بر تأمین نیازهای الکتریسیته خود در ساعات اوج مصرف، برق تولیدی اضافی را به شبکه‌های محلی بفروشند. از دیگر مبدل‌هایی که در یک هاب شبکه مورداستفاده قرار می‌گیرد، توربین گازی[۹] ، مبدل حرارتی[۱۰] و کوره گازی[۱۱] و … می‌باشد. [۶]
توربین گازی
یک ماشین دوار است که بر اساس انرژی گازهای ناشی از احتراق کار می‌کند. هر توربین گاز شامل یک کمپرسور برای فشرده کردن هوا، یک محفظه احتراق برای مخلوط کردن هوا با سوخت و محترق‌کردن آن و یک توربین برای تبدیل کردن انرژی گازهای داغ و فشرده به انرژی مکانیکی است. بخشی از انرژی مکانیکی تولید شده در توربین، صرف چرخاندن کمپرسور خود توربین شده و باقی انرژی، بسته به کاربرد توربین گاز، ممکن است ژنراتور برق را بچرخاند (توربوژنراتور)، به هوا سرعت دهد (توربوجت و توربوفن)و یا مستقیماً یا بعد از تغییر سرعت چرخش توسط جعبه دنده به همان صورت مصرف شود (توربوشفت، توربوپراپ و توربوفن). [۱۲]
مبدل گرمایی
فرایند تبادل گرما بین دو سیال با دماهای متفاوت که توسط دیواره جامدی از هم جداشده‌اند در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی می‌دهد . وسیله‌ای را که برای این تبادل به کار می‌رود مبدل گرمایی می‌گویند ، و موارد کاربرد آن را در سیستم‌های گرمایش ساختمان‌ها ، تهویه مطبوع ، تولید قدرت ، بازیابی گرمای هدر رفته ، و فرآوری شیمیایی می‌توان یافت . ما در فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی نیاز به گرم کردن و یا سرد کردن سیالاتی داریم که مورداستفاده قرار می‌گیرند. برای تبادل گرمای دو سیال بدون آنکه باهم آمیخته شوند ، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم. امروزه در سراسر دنیا کارخانه‌های فراوانی یافت می‌شوند که در زمینه ساخت مبدل‌های حرارتی فعالیت می‌کنند . آن‌ها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدل‌های حرارتی در سایزها و گونه‌های مختلف مبادرت می‌ورزند. [۱۲]
ذخیره‌سازها
ذخیره‌سازها به دو منظور عمده استفاده می‌شوند. یکی در زمان پیک‌بار و دیگری به‌منظور نوعی انرژی رزرو در زمان قطع ناگهانی برق. هر دو حالت تأثیر مثبتی بر قابلیت اطمینان سیستم دارد. [۱۳] ذخیره‌سازها به اشکال مختلفی در یک هاب انرژی مورداستفاده قرار می‌گیرند و حاملهای متفاوتی را در خود ذخیره می‌نمایند.مانند الکتریسیته، گاز، آب، سوخت‌های فسیلی دیگر و … که در همه این موارد در زمان‌هایی که به آن‌ها نیاز باشد وارد مدار شده و بسته به وضعیت موجود مورداستفاده قرار می‌گیرند.
همان‌گونه که اشاره شد، ذخیره‌سازها انواع مختلفی دارند که در حالاتیکه از ذخیره‌ساز الکتریسیته در هاب استفاده شود، معمولاً بحث باتری‌ها به میان می‌آید. باتری‌ها انرژی الکتریکی را در زمان‌هایی که پیک شبکه پایین است در خود ذخیره می‌نمایند و در مواقع لازم، مثلاً در زمان قطعی و یا پیک‌بار، وارد شبکه می‌شوند. ذخیره‌سازها تنها شامل ذخیره‌ساز الکتریکی نبوده و انواع دیگر حاملهای انرژی را شامل می‌شود. ذخیره‌ساز گاز طبیعی و یا دیگر سوخت‌های فسیلی از این‌گونه‌اند و به‌صورت مخازن بزرگ در داخل هاب مورداستفاده قرار می‌گیرند. که البته ذخیره‌این‌گونه حامل‌ها به‌مراتب بیشتر از الکتریسیته است. زیرا همان‌گونه که میدانیم یکی از بزرگ‌ترین مشکلات صنعت برق، عدم ذخیره‌سازی آن به‌صورت انبوه می‌باشد. اما درهرصورت راه‌های مختلفی جهت ذخیره آن در طول سالیان پیشنهاد شده است که هرکدام در زمان و مکان خاص مورداستفاده قرار می‌گیرد.
در زیر تعدادی از این ذخیره‌سازهای انرژی را نام خواهیم برد.
نکته: با توجه به اینکه بحث ذخیره‌سازها خود نیازمند دقت و زمان زیادی است از برسی آن‌ها به‌صورت جزیی اجتناب خواهیم کرد.
باتری‌ها
SMES
چرخ طیار
ذخیره‌سازهای هوای فشرده
فرم در حال بارگذاری ...
|
[دوشنبه 1400-09-29] [ 12:50:00 ق.ظ ]
|
