رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی
1400/09/16
پنجره‌ایرانیان؛ 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 به‌صرفه و قابل‌رقابت با فناوری‌های تولید توان سوخت‌های فسیلی است.
رفتار دینامیکی نیروگاه دودکش خورشیدی

به گزارش ایسنا، امیر عارفیان دانش‌آموخته دکترای 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 بین‌المللی از یک‌سو 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.

وی افزود: فناوری نیروگاهی دودکش خورشیدی (Solar Chimney Power Plant) یکی از فناوری‌های امیدبخش و قابل‌اعتماد 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 شناخته‌شده آن دارای فناوری سطح بالایی نبوده و تمامی زیرسامانه‌ها و اجزای آن قابلیت بومی‌سازی و ساخت داخل را دارا است.

وی با بیان اینکه با اجرای این پژوهش و به‌کارگیری نتایج آن در خصوص استفاده از انباره‌های گرمایی طبیعی و مصنوعی برای این نوع نیروگاه، علاوه بر عواید فنی و زیست‌محیطی، هزینه تراز شده انرژی (LCOE) به‌طور محسوس کاهش می‌یابد، خاطرنشان کرد: پژوهش حاضر گام مهمی در راستای تجاری‌سازی و استفاده بزرگ‌مقیاس از این فناوری برداشته است.

وی افزود: هزینه تراز شده انرژی در نیروگاه دودکش خورشیدی بهینه‌شده با راهکاری‌های موردبحث 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 موردتوجه طیف وسیعی از پژوهشگران پیشین بوده است، نوآوری ممتاز و منحصربه‌فردی را برای توسعه استفاده از انباره‌های گرمایی چه در سطح طراحی، چه در سطح تأمین مواد و تجهیزات و چه در سطح اجرا در بزرگ‌مقیاس به همراه داشته است.

به گفته دانش‌آموخته 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 ازجمله 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 بهبودیافته منتج از پژوهش حاضر برای نیروگاه دودکش خورشیدی بوده است.

وی با بیان این‌که هدایت و راهنمایی این پژوهش توسط دکتر رضا حسینی ابرده، استاد و عضو هیئت‌علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام شده است، 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 ازجمله 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 ایجادشده در جمع‌کننده خورشیدی، سرعت هوای بالارونده و توان خروجی از توربین-مولد برقرار شده است. دستگاه معادلات دیفرانسیل-جبری (DAE) کاملاً غیرخطی و جفت شده منتج از این مدل‌سازی با 251 معادله-251 مجهول حل شده است.

عارفیان افزود: همچنین به‌منظور اعتبارسنجی نتایج مدل‌سازی نیمه-تحلیلی، یک پایلوت کوچک‌مقیاس از نیروگاه دودکش خورشیدی (با ارتفاع دودکش 8 متر و شعاع جمع‌کننده 4 متر) ساخته شده و پس از تجهیز به ابزار اندازه‌گیری شامل تابش‌سنج، دماسنج، سرعت‌سنج و غیره در شرایط محیط واقعی مورد آزمون قرار گرفته است. داده‌های تجربی پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی امیرکبیر علاوه بر اعتبارسنجی نتایج مدل‌سازی نظری، به‌منظور ارزیابی عملی راهکارهای بهبود عملکرد و همچنین تدوین بانک اطلاعات عملکرد تجربی نمونه پایلوت این نیروگاه مورداستفاده قرار گرفته است.

این محقق با اشاره به کاربرد پروژه گفت: کاربرد اصلی این پروژه در صنعت نیروگاهی (متوسط مقیاس و بزرگ‌مقیاس) و نیروگاه‌های انرژی‌های تجدیرپذیر است.

وی افزود: بااین‌حال 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 به‌طور خاص خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال (Passive) استفاده کرد.

وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت: نیروگاه دودکش خورشیدی به‌عنوان یکی از جدیدترین فناوری‌های انرژی خورشیدی، می‌تواند مناسب‌ترین گزینه برای رقابت با نیروگاه‌های تولید توان رایج ازنظر اقتصادی و صیانت از محیط‌زیست در عدم مصرف آب و عدم تولید آلاینده باشد.

وی تاکید کرد: بر این اساس و با توجه به پتانسیل بالقوه کشور ایران ازنظر 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 شمال آفریقا، در پژوهش حاضر به مطالعه و بهبود رفتار زمانی این نوع نیروگاه پرداخته شده است.

پایلوت‌های آزمایشگاهی کوچک‌مقیاس از پیکربندی پایه نیروگاه دودکش خورشیدی در سطح جهان و در داخل کشور و با اهداف از پیش تعیین‌شده مختلف، طراحی، ساخته و به اجرا رسیده است. بااین‌حال پایلوت نیروگاه دودکش خورشیدی ثابت دانشگاه صنعتی امیرکبیر از حیث مقیاس و پارامترهای موردمطالعه 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 81592 در اداره کل مالکیت صنعتی سازمان ثبت‌اسناد و املاک کشور به ثبت رسیده است.

اولین نیروگاه متوسط مقیاس بهره‌برداری شده از این فناوری مربوط به مانزانارس اسپانیا بوده که در دهه 1980 میلادی به مدت هشت سال موردمطالعه قرار گرفته است. همچنین در حال حاضر یک نیروگاه متوسط مقیاس 200 کیلوواتی در ووهای چین مورد بهره‌برداری قرار دارد. نیروگاه‌های تجاری بزرگ‌مقیاس در کشورهایی نظیر ایالات‌متحده، چین، استرالیا، آفریقای جنوبی و غیره در دست طراحی و برنامه‌ریزی جهت احداث هستند.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: این فناوری دارای مزیت‌های مطلق و نسبی فناوری است توسعه و به‌کارگیری آن را در مقایسه با سایر نیروگاه‌های سنتی فسیلی و حتی نیروگاه‌های تجدیدپذیر را ممتاز می‌کند.

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 به‌عنوان 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 به‌عنوان یکی از غنی‌ترین کشورها از حیث تابش خورشید و با توجه به خاص بودن اقلیم و ناهمواری‌های سرزمینی به‌عنوان یکی از قطب‌های مستعد توسعه و بهره‌برداری از این نوع نیروگاه‌ها امکان‌سنجی شده است.

طبق اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، وی با اشاره به کاربردهای پروژه گفت: نیروگاه‌های متوسط مقیاس و بزرگ‌مقیاس 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 کوچک‌مقیاس و متوسط مقیاس صنعتی از کاربردهای این پروژه هستند.

تلاش برای ورود انرژی خورشیدی به ساختمان‌ها
تلاش برای ورود انرژی خورشیدی به ساختمان‌ها

پنجره‌ایرانیان؛ بحث به‌کارگیری از انرژ‌ی‌های نو به‌قدری که در دیگر کشورها جاافتاده، در کشور ما همچنان به‌عنوان یک موضوع گنگ و ناشناخته مطرح است و به دلیل نبود آشنایی و فرهنگ‌سازی و همچنین عدم توجه ویژه به این موضوع، جایگاه انرژی‌های نو در ایران تاسف بار تلقی می‌شود.

مطالب بیشتر
علت خزان زودرس ساختمان‌های ایرانی
علت خزان زودرس ساختمان‌های ایرانی

پنجره‌ایرانیان؛ عمر مفید ساختمان در ایران همانند قیمتش خوش‌اقبال نیست که هرروز بالا و بالاتر رود چراکه ساختمان‌ها در ایران خیلی زود فرسوده شده، نامشان با کلنگی بودن گره‌خورده و درنتیجه خزان زودرس ساختمان‌ها شروع می‌شود.

مطالب بیشتر
دولت از بخش خصوصی در تجدیدپذیر‌ها حمایت نمی‌کند
دولت از بخش خصوصی در تجدیدپذیر‌ها حمایت نمی‌کند

پنجره‌ایرانیان؛ عضو کمیسیون انرژی مجلس با بیان اینکه بخش خصوصی در جریان تولید برق از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر مورد حمایت دولت قرار نمی‌گیرد، گفت: برخی از کاستی‌ها و اشکالات در کار دولت برای جذب سرمایه‌گذار بخش خصوصی وجود دارد؛ نخست آنکه برنامه مدون و رگلاتوری (مقررات‌گذار) هدف‌گذاری شده‌ای برای شناسایی و احصاء بازار‌های انرژی‌های تجدیدپذیر در استان‌های مختلف وجود ندارد تا بر اساس آن برای ایجاد سایت‌ها یا همان مرکز تولیدی بزرگ، متوسط و خرد انرژی فراخوان داده و سرمایه‌گذاری شود.

مطالب بیشتر
بازار مسکن، پول‌های بورس را جذب می‌کند؟
بازار مسکن، پول‌های بورس را جذب می‌کند؟

پنجره‌ایرانیان؛ یک کارشناس بازار مسکن گفت: رکود این بازار در ماه‌های اخیر از سه عامل ثبات قیمت نهاده‌های ساختمانی، ورود به فصل سرما و افت ساخت‌وساز نشأت می‌گیرد، اما بازار ملک این ظرفیت را دارد که پول‌های خارج‌شده‌ اخیر از بورس و سپرده‌های بانکی را جذب کند.

مطالب بیشتر
بررسی عملکرد دولت در بخش مسکن و شهرسازی و عمران شهری
بررسی عملکرد دولت در بخش مسکن و شهرسازی و عمران شهری

پنجره‌ایرانیان؛ مرکز پژوهش‌های مجلس در گزارشی به بررسی عملکرد دولت در بخش مسکن و شهرسازی و عمران شهری پرداخت.

مطالب بیشتر
هزینه وام مسکن دوباره افزایش یافت
هزینه وام مسکن دوباره افزایش یافت

پنجره‌ایرانیان؛ درحالی‌که ترمز افزایش هزینه وام مسکن در سال جدید کشیده شده و هفته قبل هر برگ از تسهیلات مسکن حدودا ۷۸ هزار تومان قیمت داشت، قیمت این اوراق اکنون به بیش از ۹۰ هزار تومان نیز رسیده است.

مطالب بیشتر
روزانه پنچ نفر درکارگاه های ساختمانی جان می بازند
روزانه پنچ نفر درکارگاه های ساختمانی جان می بازند

پنجره ایرانیان: رییس سازمان نظام مهندسی و ساختمان کشور گفت:روزانه پنج نفر در کارگاه های ساختمانی کشور جان خود را از دست می دهند، یعنی در کنار مصرف مصالح ساختمانی، در ساخت و سازها جان انسان هم مصرف می شود.

مطالب بیشتر
جدیدترین پیش‌بینی بانک جهانی از وضعیت اقتصاد ایران
جدیدترین پیش‌بینی بانک جهانی از وضعیت اقتصاد ایران

پنجره‌ایرانیان؛ بانک جهانی در جدیدترین گزارش خود از احتمال افزایش رشد منفی اقتصاد ایران در سال‌های پیش‌رو خبر داده است.

مطالب بیشتر
نصف معاملات مسکن در پنج منطقه پایتخت
نصف معاملات مسکن در پنج منطقه پایتخت

پنجره‌ایرانیان؛ حدود ۴۸ درصد خریدوفروش‌های بازار مسکن تهران در پنج منطقه انجام می‌شود که در شهریورماه با رشد تا ۶۰ درصدی معاملات نسبت به مرداد مواجه بودند؛ از دلایل تحرک بازار در این ماه می‌توان به آخرین‌مهلت جابه‌جایی، انتظارات تورمی و افزایش خریدهای سرمایه‌ای اشاره کرد.

مطالب بیشتر
سامانه سادا چه تاثیری بر بازار مسکن می‌گذارد؟
سامانه سادا چه تاثیری بر بازار مسکن می‌گذارد؟

پنجره‌ایرانیان؛ یک عضو کمیسیون عمران مجلس شورای اسلامی تاکید کرد: مجلس در طرح ساماندهی بازار اجاره‌بهای املاک مسکونی مصوبات خوبی برای تکمیل سامانه‌های حوزه مسکن به‌ویژه سامانه املاک و اسکان و سامانه سادا پیش‌بینی کرده است و قطعا تکمیل این سامانه‌ها دست دولت را برای برنامه‌ریزی دقیق در حوزه مسکن بازخواهد کرد.

مطالب بیشتر
کاهش اتلاف انرژی با اصلاح تجهیزات مصرف گاز
کاهش اتلاف انرژی با اصلاح تجهیزات مصرف گاز

پنجره ایرانیان: مدیر برنامه‌ریزی شرکت ملی گاز ایران از اجرای طرحهایی برای کاهش مصرف گاز در سال جاری خبر داد و گفت: اصلاح تجهیزات مصرف کننده گاز مهمترین راهکار برای کاهش مصرف گاز است.

مطالب بیشتر
دولت واحدهای مسکن بدون متقاضی را به کمیته امداد واگذار کند
دولت واحدهای مسکن بدون متقاضی را به کمیته امداد واگذار کند

پنجره ایرانیان؛ رئیس کمیته امداد با اعضای فراکسیون مستقلان ولایی مجلس شورای اسلامی دیدار و گفت‌وگو کرد.

مطالب بیشتر