پتانسیل سنجی اقلیم‌های آب و هوایی به منظور استفاده بهینه از کلکتور‌های سهموی خورشیدی: مطالعه موردی کشور ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه سیستم‌های انرژی، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 استادیار، گروه سیستم‌های انرژی، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

افزایش تقاضا در مصرف سوخت‌های فسیلی منجر به تغییرات اقلیمی، گرمایش زمین و کاهش ذخایر منابع انرژی گردیده است. در این میان استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر، نظیر انرژی خورشیدی، رهیافتی مناسب برای تولید انرژی الکتریکی و گرمایی شناخته می‌‌شود. یکی از سیستم‌های مرسوم در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی کلکتور‌های سهموی هستند که با تبدیل تابش ورودی به انرژی گرمایی، امکان استفاده از این انرژی پاک را فراهم می‌‌کنند. در مقاله حاضر با هدف پتانسیل سنجی اقلیم‌های آب و هوایی به منظور استفاده بهینه از کلکتور‌های سهموی خورشیدی، نسبت به توسعه یک مدل عددی در نرم افزار متلب اقدام گردیده و سپس ضمن اعتبار سنجی مدل مذکور با نتایج تجربی موجود، اثر تغییرات اقلیمی در حوزه‌‌های انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست محیطی مطالعه گردیده است. بدین منظور پنج شهر: رشت، شیراز، تهران، آبادان و سنندج به عنوان نمایندگان اقلیم‌های کشور ایران انتخاب شده و راندمان انرژی و اگزرژی، هزینه واحد انرژی و مقدار کربن دی اکسید تولیدی در طول چرخه حیات سیستم، بدست آمده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که شهر شیراز با اقلیم سرد نیمه خشک و راندمان حرارتی72 درصد و هزینه واحد انرژی 035/0 دلار بر کیلووات ساعت، به عنوان اقلیم بهینه در حوزه‌های انرژی و اقتصادی و شهر سنندج با اقلیم قاره‌ای مرطوب و راندمان اگزرژی 7/17 درصد به عنوان اقلیم بهینه در حوزه اگزرژی می‌‌باشند. در حوزه زیست محیطی نیز، شهر رشت با اقلیم معتدل مرطوب به عنوان اقلیم بهینه معرفی گردیده ‌است.

کلیدواژه‌ها


[1] S. K. Sansaniwal, V. Sharma, and J. Mathur, Energy and exergy analyses of various typical solar energy applications: A comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 82, pp. 1576-1601, 2018.
[2] R. Zahedi, A. Ahmadi, and M. Sadeh, Investigation of the load management and environmental impact of the hybrid cogeneration of the wind power plant and fuel cell, Energy Reports, Vol. 7, pp. 2930-2939, 2021.
[3] D. Borzuei, S. F. Moosavian, and M. Farajollahi, On the Performance Enhancement of the Three-Blade Savonius Wind Turbine Implementing Opening Valve, Journal of Energy Resources Technology, Vol. 143, No. 5, 2021.
[4] R. Zahedi, A. Ahmadi, and R. Dashti, Energy, exergy, exergoeconomic and exergoenvironmental analysis and optimization of quadruple combined solar, biogas, SRC and ORC cycles with methane system, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 150, p. 111420, 2021.
[5] D. Borzuei, S. F. Moosavian, A. Ahmadi, R. Ahmadi, and K. Bagherzadeh, An Experimental and Analytical Study of Influential Parameters of Parabolic Trough Solar Collector, Journal of Renewable Energy and Environment, 2021.
[6] S. F. Moosavian, D. Borzuei, and A. Ahmadi, Energy, exergy, environmental and economic analysis of the parabolic solar collector with life cycle assessment for different climate conditions, Renewable Energy, Vol. 165, pp. 301-320, 2021.
[7] M. Marefati, M. Mehrpooya, and M. B. Shafii, Optical and thermal analysis of a parabolic trough solar collector for production of thermal energy in different climates in Iran with comparison between the conventional nanofluids, Journal of Cleaner Production, Vol. 175, pp. 294-313, 2018.
[8] O. Kizilkan, A. Kabul, and I. Dincer, Development and performance assessment of a parabolic trough solar collector-based integrated system for an ice-cream factory, Energy, Vol. 100, pp. 167-176, 2016.
[9] K. Yaman and G. Arslan, Modeling, simulation, and optimization of a solar water heating system in different climate regions, Journal of Renewable and Sustainable Energy, Vol. 10, No. 2, p. 023703, 2018.
[10] H. Caliskan, Energy, exergy, environmental, enviroeconomic, exergoenvironmental (EXEN) and exergoenviroeconomic (EXENEC) analyses of solar collectors, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 69, pp. 488-492, 2017.
[11] S. F. Moosavian, R. Zahedi, and A. Hajinezhad, Economic, environmental and social impact of carbon tax for Iran: A computable general equilibrium analysis, Energy Science & Engineering, Vol. 10, No. 1, pp. 13-29, 2022.
[12] J. Macedo-Valencia, J. Ramírez-Ávila, R. Acosta, O. Jaramillo, and J. Aguilar, Design, construction and evaluation of parabolic trough collector as demonstrative prototype, Energy procedia, Vol. 57, pp. 989-998, 2014.
[13] A. M. de Oliveira Siqueira, P. E. N. Gomes, L. Torrezani, E. O. Lucas, and G. M. da Cruz Pereira, Heat transfer analysis and modeling of a parabolic trough solar collector: an analysis, Energy Procedia, Vol. 57, pp. 401-410, 2014.
[14] R. Battisti and A. Corrado, Environmental assessment of solar thermal collectors with integrated water storage, Journal of Cleaner Production, Vol. 13, No. 13-14, pp. 1295-1300, 2005.
[15] S. Chamoli, Exergy analysis of a flat plate solar collector, Journal of Energy in Southern Africa, Vol. 24, No. 3, pp. 08-13, 2013.
[16] H. Caliskan, Novel approaches to exergy and economy based enhanced environmental analyses for energy systems, Energy conversion and management, Vol. 89, pp. 156-161, 2015.
[17] H. Caliskan, Thermodynamic and environmental analyses of biomass, solar and electrical energy options based building heating applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 43, pp. 1016-1034, 2015.
[18] M. Ehyaei, A. Ahmadi, M. E. H. Assad, and T. Salameh, Optimization of parabolic through collector (PTC) with multi objective swarm optimization (MOPSO) and energy, exergy and economic analyses, Journal of Cleaner Production, 2019.
[19] E. Bellos and C. Tzivanidis, A detailed exergetic analysis of parabolic trough collectors, Energy Conversion and Management, Vol. 149, pp. 275-292, 2017.
[20] P. Alamdari, O. Nematollahi, and A. A. Alemrajabi, Solar energy potentials in Iran: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 21, pp. 778-788, 2013.
[21] T. Raziei, Koppen-Geiger Climate Classification of Iran and Investigation of Its Changes during 20th Century, 2017.
[22] V. E. Dudley et al., Test results: SEGS LS-2 solar collector, Nasa Sti/recon Technical Report N, Vol. 96, 1994.
[23] S. A. Kalogirou, "Solar thermal collectors and applications, Progress in energy and combustion science, Vol. 30, No. 3, pp. 231-295, 2004.
[24] O. Behar, A. Khellaf, and K. Mohammedi, A novel parabolic trough solar collector model–Validation with experimental data and comparison to Engineering Equation Solver (EES), Energy Conversion and Management, Vol. 106, pp. 268-281, 2015.
[25] L. Valenzuela, R. López-Martín, and E. Zarza, Optical and thermal performance of large-size parabolic-trough solar collectors from outdoor experiments: A test method and a case study, Energy, Vol. 70, pp. 456-464, 2014.
[26] M. Ehyaei, A. Ahmadi, and M. A. Rosen, Energy, exergy, economic and advanced and extended exergy analyses of a wind turbine, Energy conversion management, Vol. 183, pp. 369-381, 2019.
[27] A. Saiffodin, S. F. Moosavian, and A. hajinezhad, Impact of Climate Change on Economic and Environmental Performance of Wind Turbine Based on Life Cycle Assessment Method, mdrsjrns, Vol. 21, No. 12, pp. 835-848, 2021.
[28] M. Ehyaei, A. Ahmadi, M. E. H. Assad, A. Hachicha, and Z. Said, Energy, exergy and economic analyses for the selection of working fluid and metal oxide nanofluids in a parabolic trough collector, Solar Energy, Vol. 187, pp. 175-184, 2019.
[29] P. Palenzuela, D.-C. Alarcón-Padilla, and G. Zaragoza, Large-scale solar desalination by combination with CSP: Techno-economic analysis of different options for the Mediterranean Sea and the Arabian Gulf, Desalination, Vol. 366, pp. 130-138, 2015.
[30] M. Faizal, R. Saidur, S. Mekhilef, A. Hepbasli, and I. Mahbubul, Energy, economic, and environmental analysis of a flat-plate solar collector operated with SiO 2 nanofluid, Clean Technologies and Environmental Policy, Vol. 17, No. 6, pp. 1457-1473, 2015.
[31] M. Yaghoubirad, N. Azizi, A. Ahmadi, Z. Zarei, and S. F. Moosavian, Performance assessment of a solar PV module for different climate classifications based on energy, exergy, economic and environmental parameters, Energy Reports, Vol. 8, pp. 68-84, 2022.
[32] M. Mohseni, S. F. Moosavian, and A. Hajinezhad, Feasibility evaluation of an off‐grid solar‐biomass system for remote area electrification considering various economic factors, Energy Science & Engineering, 2022.
[33] D. Borzuei, S. F. Moosavian, and A. Ahmadi, Investigating the dependence of energy prices and economic growth rates with emphasis on the development of renewable energy for sustainable development in Iran, Sustainable Development, 2022.