عملکرد نیروگاه‌‌های ترکیبی توربین گاز- خورشیدی به همراه فرآیند آب‌‌شیرین‌‌کن رطوبت‌‌زنی-رطوبت‌‌زدایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک، برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی هوا فضا، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق برای نخستین بار شبیه‌‌سازی عملکرد یک نیروگاه ترکیبی توربین گاز-خورشیدی به همراه آب‌‌شیرین‌‌کن رطوبت‌‌زنی-رطوبت‌‌زدایی (HD) با استفاده از نرم‌‌افزار ترنسیس انجام شده است. سیستم انتخابی شامل توربین گاز با ظرفیت 6/4 مگاوات، برج خورشیدی و آب‌‌شیرین‌‌کن با گرمایش هوا و جریان باز برای آب و هوا است. نتایج شبیه‌‌سازی نشان می‌‌دهند که در نیروگاه ترکیبی توربین گاز-خورشیدی، حدود 35 تا 45 درصد انرژی مورد نیاز توسط انرژی خورشیدی تامین شده و مصرف سوخت فسیلی کاهش یافته است. همچنین کاهش 40 درصدی در میزان انتشار گاز دی‌‌اکسید‌‌کربن مشاهده گردید. مقدار توان تولیدی و راندمان در حالت ترکیبی از حالت توربین گاز تنها به مقدار جزیی کم‌‌تر بوده که به دلیل افت فشار ناشی از افزایش طول پایپینگ با توجه به حضور سیستم خورشیدی است. نتایج مربوط به سیستم آب‌‌شیرین‌‌کن نشان می‌‌دهند که افزایش دما و رطوبت هوای ورودی به سیستم موجب افزایش میزان آب شیرین و افزایش دمای آب شور ورودی موجب کاهش تولید آن می‌‌گردد. علاوه بر آن میزان تولید آب شیرین بر اساس دبی جرمی هوا دارای یک مقدار بهینه است و با افزایش دبی هوا، میزان تولید آب شیرین ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌‌یابد. همچنین در صورتی‌‌که نسبت دبی جریان‌‌های ورودی معادل 8/1 باشد، نسبت خروجی (GOR) آب‌‌شیرین‌‌کن دارای مقدار حداکثری 2 است. تغییرات میزان نسبت خروجی بر حسب میزان هوای برگشتی نیز در دماهای مختلف هوای ورودی بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] A. Shahsavari, M. Akbari, Potential of solar energy in developing countries for reducing energy-related emissions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 90, pp. 275-291, 2018.
[2] J. Peng, L. Lu, H. Yang, Review on life cycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 19, pp. 255-274, 2013.
[3] U. Pelay, L. Luo, Y. Fan, D. Stitou, Mark Rood, Thermal energy storage systems for concentrated solar power plants, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 79, pp. 82-100, 2017.
[4] P. G. V. Sampaio, M. O. A. González, Photovoltaic solar energy: Conceptual framework, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 74, pp. 590-601, 2017.
[5] E. Okoroigwe, A. Madhlopa, An integrated combined cycle system driven by a solar tower: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 57, pp. 337-350, 2016.
[6] International Energy Agency, Technology roadmap-solar thermal electricity, 2014.
[7] H. L. Zhang, J. Baeyens, J. Degrève, G. Cacèresc, Concentrated solar power plants: Review and design methodology, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 22, pp. 466-481, 2013.
[8] A. Giglio, A. Lanzini, P. Leone, M. M. R. García, E. Z. Moya, Direct steam generation in parabolic-trough collectors: A review about the technology and a thermo-economic analysis of a hybrid system, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 74, pp. 453-473, 2017.
[9] O. Behar, Solar thermal power plants-A review of configurations and performance comparison, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 92, pp. 608-627, 2018.
[10] D. O- León, A. Medina, A. C. Hernández, Thermodynamic modeling of a hybrid solar gas-turbine power plant, Energy Conversion and Management,  Vol. 93, pp. 435-447, 2015.
[11] N. Lior, Advances in water desalination, pp. 1.3-1.5, First Edition, New York, USA, Wiley, 2012.
[12] A. Ali, R. A. Tufa, F. Macedonio, E. Curcio, E. Drioli, Membrane technology in renewable-energy-driven desalination, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 81, pp. 1-21, 2018. 
[13] S. Liyanaarachchi, L. Shu, S. Muthukumaran, V. Jegatheesan, K. Baskaran, Problems in seawater industrial desalination processes and potential sustainable solutions: a review, Reviews in Environmental Science and Biotechnology, Vol. 13, pp. 203-214, 2014.
[14] Z. R. Ahar, M. S. Hatamipour, L.R. Ahar, Air humidification-dehumidification process for desalination: A review, Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 80, pp. 100850, 2020.
[15] R. Santosh,T. Arunkumar, R. Velraj, G. Kumaresan, Technological advancements in solar energy driven humidification-dehumidification desalination systems-A review, Journal of Cleaner Production, Vol.  207, pp. 826-845, 2019.
[16] W. L. Roux, T. Bello-Ochende, J. P. Meyer, Thermodynamic optimisation of the integrated design of a small-scale solar thermal Brayton cycle, International Journal of Energy Research, Vol. 36, pp. 1088-1104, 2012.
[17] W. L. Roux W, Bello-Ochende, The efficiency of an open-cavity tubular solar receiver for a small-scale solar thermal Brayton cycle, Energy Conversion and Management, Vol. 84, pp. 457-470, 2014.
[18] R. P. Merchán, M. J. Santos, A. Medina, A. C. Hernández, Thermodynamic model of a hybrid Brayton thermosolar plant, Renewable Energy, Vol. 128, pp. 473-483, 2018.
[19] M. Zamen, S. M. Soufari, S. A. Vahdat, M. Amidpour, M. A. Zeinali, H. Izanloo, H. Aghababbaie, Experimental of investigation of a two-stage solar humidification- dehumidification desalination process, Desalination, Vol. 332, pp. 1-6, 2014.
[20] A. Nafey, H. E. Fath, S. El-Helaby, A. Soliman, Solar desalination using humidification-dehumidification processes. Part II. An experimental investigation, Energy Conversion and Management, Vol. 45, pp. 1263-1277, 2004.
[21] L. Li, M. Qu, S. Peng, Performance evaluation of building integrated solar thermal shading system: Active solar energy usage, Renewable Energy, Vol. 109, pp. 576-585, 2017.
[22] Meteorological information related to Yazd city in TRNSYS software library.