به نقل از «خبرگزاری دانشجو»

بررسی رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی/ رقابت با نیروگاه‌های فسیلی و صیانت از محیط زیست

تاریخ انتشار: ۱۰ خرداد ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۷۸۷۱۰۳۴

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.

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 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 می‌یابد، 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 دانش آموخته 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 ... 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 خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال (Passive) استفاده نمود. وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت: نیروگاه دودکش خورشیدی به عنوان یکی از جدیدترین فناوری‌های انرژی خورشیدی، می‌تواند 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 ... 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.

منبع: خبرگزاری دانشجو

کلیدواژه: دانشگاه امیرکبیر نیروگاه برق دانشگاه صنعتی امیرکبیر نیروگاه دودکش خورشیدی نوع نیروگاه رفتار دینامیکی تولید توان بهره برداری متوسط مقیاس نیروگاه ها بزرگ مقیاس پژوهش حاضر جمع کننده

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت snn.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «خبرگزاری دانشجو» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۸۷۱۰۳۴ 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:

تاکید رئیس جمهور بر مردمی‌سازی و به کارگیری فناوری‌های روز در حفاظت محیط زیست

به گزارش حوزه جامعه خبرگزاری تقریب، در جلسه شورای‌عالی حفاظت محیط زیست که عصر پنجشنبه به ریاست سید ابراهیم رئیسی تشکیل شد، 6 دستور کار این جلسه، شامل رفع تعارضات محیط زیستی دستگاه‌های مختلف در استان‌های فارس، زنجان، خراسان شمالی، مازندران و اصفهان، ارتقای 5 عرصه حفاظت شده، اصلاح، بازنگری و انتزاع در حدود و شمولیت 5 منطقه حفاظت شده، تعدیل بهای مطالبه ضرر و زیان تلف شدن جانوران وحشی و تعیین تعرفه‌های آزمایشگاه‌های معتمد به تصویب رسید.

در این جلسه رئیس جمهور در سخنانی، مردمی کردن حفاظت از محیط زیست از طریق ایجاد حس مسئولیت و دغدغه‌مندی در عموم مردم نسبت به حفاظت از محیط زندگی خود را از مهمترین ماموریت‌های سازمان و شورای‌عالی حفاظت محیط زیست دانست و تصریح کرد: تحقق این هدف نیازمند تهیه و تدوین طرحی جامع شامل تعریف دقیق ملاحظات زیست محیطی همراه با زمانبندی مشخص است.

رئیسی تلاش برای تحقق عدالت محیط زیستی و بهره‌گیری از روش‌ها و دستاوردهای دانش‌بنیان در راستای ارتقای سیاست‌ها و راهکارهای حفاظتی از محیط زیست را از دیگر مسئولیت‌ها و مأموریت‌های مهم سازمان و شورای حفاظت محیط زیست برشمرد و سازمان محیط زیست را موظف کرد علاوه بر به کارگیری فناوری‌های روز، با تعریف دقیق شاخص‌های زیست محیطی برای بهره‌برداران صنعتی، کشاورزی و عمرانی از عرصه‌های طبیعی و همچنین کمک گرفتن از ظرفیت‌ دستگاه‌های مختلف مثل ظرفیت نیروهای نظامی و انتظامی که اشراف کاملی بر همه مناطق کشور دارند، ظرفیت و اثرگذاری اقدامات حفاظتی از محیط زیست کشور را ارتقا دهد.

رئیسی از همه کارشناسان ادارات محیط زیست خواست که در تعیین سیاست‌ها، بررسی درخواست‌های بهره‌برداران صنعتی، معدنی و کشاورزی و اقدامات حفاظتی از محیط زیست بر مبنای شاخص‌ها و مبانی قابل دفاع و اقناع‌کننده و نه صرفا سوابق آن مناطق اعمال نظر کنند و اجازه ندهند بهره‌برداری و استفاده از ثروت‌های ملی و عمومی با دلایل غیرقابل دفاع متوقف شده یا با مشکل مواجه شود.

رئیس جمهور با اشاره به برخورداری کشور از بدنه کارشناسی ارزشمند، بر بهره‌گیری شایسته از نظرات کارشناسی و تخصصی در زمینه پاسخگویی به درخواست‌های بهره‌برداری از عرصه‌های طبیعی تاکید کرد و اظهار داشت: پس از اعمال دقیق قوانین و مقررات در ارائه مجوزها با رویکرد حل مسئله، قدم بعدی نظارت و پایش دقیق اجرای سیاست‌ها و چارچوب‌های حفاظتی از سوی بهره‌برداران و اعمال قاطع و جدی قانون علیه خاطیان و متخلفان است.