چکیده

سیکل هاي تولید هم زمان به عنوان یک راه حل بهینه جهت دست یابی به بازده بالا در سیکل هاي ترمودینامیکی می باشد. در نوعی از تقسیم بندي این سیکل ها، به دو دسته تولید هم زمان نیرو و حرارت ۶CHP و نیرو،حرارت و سرما ۷CCHP تقسیم می شوند.سیکل هاي تولید هم زمان از نظر منابع انرژي اولیه،خود به دو دسته تقسیم می شوند. در دسته اول منبع اولیه سوخت هاي فسیلی بوده و دسته دوم از منابع تجدید پذیر انرژي استفاده می کنند.در منابع تجدید پذیر استفاده از خورشید به عنوان منبع اولیه بیشتر از دیگر منابع می باشد که به دلیل گسترده بودن این منبع انرژي در کل سطح زمین می باشد.براي استفاده از انرژي خورشید از کلکتور هاي مختلفی استفاده می شود.در این مقاله از کلکتورهاي ترکیبی براي نیل به حداکثرمیزان انرژي قابل دریافت از خورشید در سیکل هاي تولید هم زمان استفاده گشته و مزایا و معایب این طرح به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است.این کلکتور هاي ترکیبی که ۸PVT نام دارند توانایی تولید هم زمان آب گرم از طریق لوله هاي کلکتور و انرژي الکتریکی از طریق سلول هاي فتو ولتاییک را دارا می باشند.

کلید واژه:سیکل تولید هم زمان، CHP،CCHP،منابع تجدید پذیر،کلکتور هاي PVT، سلول فتوولتاییک.

.۱نوید تنکابنی،دانشجومهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژي،کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان.

.۲حسین شکوهمند،دکتراي مهندسی مکانیک تبدیل انرژي،استادیار دانشگاه تهران.

۳ .نیما تنکابنی،دانشجومهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژي،کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور.

۶٫Combined Heat and Power

۷٫Combined Cooling ,Heating and Power

۸٫Photovoltaic Thermal

۱ صفحه

همایش ملی پژوهش هاي کاربردي در علوم و مهندسی

مقدمه

در تمام زمان ها و در کلیه نقاط دنیا انسان ها به فکر استفاده از حداکثر انرژي از منابع اولیه می باشند. براي حصول به این هدف استفاده از سیکل هاي تولید هم زمان راه کاري نوین به اندیشه اي همیشگی می باشد.سیکل هاي تولید هم زمان به دو دسته تولید هم زمان نیرو و حرارت CHPو نیرو،حرارت و سرما CCHPتقسیم می شوند. تولید نیرو در این سیکل ها عمدتا به شکل انرژي الکتریکی می باشد. این انرژي جهت استفاده در منازل مسکونی، اداري،کارگاهی و…

استفاده می شوند.سیکل هاي تولید هم زمان از نظر منبع انرژي اولیه به دو دسته تقسیم می شوند.دسته اول با سوخت هاي فسیلی کار می کنند، مانند گازوییل، گاز، بنزین و … .دسته دوم بر اساس منابع اولیه تجدید پذیر کار می کنند۱]
.[

در دسته اول عمدتا از موتورهاي درون سوز استفاده می شود. براي تولید نیروي الکتریسیته از یک ژنراتور که به میل لنگ موتور کوپل شده است استفاده کرده و انرژي الکتریسیته را تامین می نماید. موتور هاي درون سوز پس از احتراق، حرارت ناشی از احتراق را به آب در جریان از دیواره سیلندر داده و خنک می شوند.در موتور هاي معمولی این آب گرم در درون رادیاتور خنک شده و انرژي گرمایی آن به هدر می رود.در سیکل هاي تولید هم زمان این آب گرم که دمایی بین ۸۰ تا ۹۵ درجه داشته وارد مبدل جهت تامین آب گرم بهداشتی و بعد از آن بسته به فصل مورد نظر وارد چیلر جذبی و یا هواساز ها و یا دیگر وسایل گرمایشی و سرمایشی می شود. بسته به نوع نیاز اگر سیستم فاقد چیلر بوده و فقط وظیفه تامین گرمایش را داشته،سیستم تولید هم زمان نیرو و الکتریسیته CHPمی گویند.در غیر این صورت سیکل تولید هم زمان نیرو، سرمایش و گرما CCHP نامیده می شود.

دسته دوم از سیکل هاي تولید هم زمان بر پایه منابع تجدید پذیر بوده که از این منایع می توان به انرژي خورشید، نیروي باد، انرژي زمین گرمایی و… اشاره نمود. در بین موارد مذکورعمدتا انرژي خورشیدي به دلیل در دسترس بودن در این سیستم ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. از مزایاي این منبع می توان به پاك و در دسترس بودن آن و از معایب آن به دائمی نبودن، پتانسیل کم و نیاز به سطوح جذب بالا اشاره نمود.در سیکل هاي تولید هم زمان بر پایه انرژي خورشید،ابتدا آب در درون کلکتورها گرم شده سپس در صورت داشتن دماي کم تر از حد مجاز وارد هیتر هاي کمکی شده و تا دماي مورد نیازگرم می شود.بخار خارج شده از هیتر هاي کمکی به منظور تامین نیاز الکتریکی وارد توربین شده و پس از برخورد با پره هاي توربین کار تولید نموده و انرژي خود را از دست داده و به حالت آب گرم می رسد. این آب گرم ابتدا وارد مبدل حرارتی شده و جهت تامین نیاز آب گرم بهداشتی و نیزبه منظور تامین سرمایش یا گرمایش بسته به فصل و نیاز مصرفی وارد چیلر و یا رادیاتور ها می شود.در صورت تامین بار گرمایشی و الکتریکی سیکل فوق را سیکل تولید هم زمان نیرو وحرارت خورشیدي (Solar CHP) می گویند و در صورت تامین هر سه نیاز سرمایشی،گرمایشی و الکتریسیته به سیکل فوق سیکل تولید هم زمان نیرو، حرارت و سرما خورشیدي (Solar CCHP) گفته می شود.

۲ صفحه

همایش ملی پژوهش هاي کاربردي در علوم و مهندسی

در تامین کلیه نیاز هاي فوق ابتدا باید دماي آب را افزایش داده و اّب گرم تولید نمود.در سیکل هاي خورشیدي این تامین دمایی بر عهده کلکتورها می باشد،کلکتورهاي خورشیدي انواع مختلفی داشته و جهت تامین نیاز هاي متفاوت استفاده می شود. بسته به نیاز هاي دمایی و میزان بودجه اولیه کلکتور مناسب انتخاب و در سیکل استفاده می شود. با توجه به ثابت نبودن مقدار تابش خورشید در طول شبانه روز و نیز در طول سال استفاده از هیتر هاي کمکی جهت تامین آب گرم و حتی در طول روز جهت تامین بخار براي ورود به توربین ضروري می باشد. این هیترها عمدتا گازسوز بوده ونیازمند سرویس و نگهداري می باشند. در بهینه سازي صورت گرفته از کلکتورهاي PVT جهت تامین گرما و برق استفاده شده و هیترهاي کمکی با هیتر هاي برقی تعویض شده است. در قسمت هاي بعدي به طور کامل به ضرورت ایجاد این تغییرات در سیکل و مزایا و معایب آن اشاره می شود. استفاده از کلکتور هاي PVT تکنولوژي نوینی بوده و از ۲۵سال گذشته تا کنون آغاز شده و روبه گسترش است۲ ]و. [۳

ایده اولیه استفاده از این نوع از کلکتور ها توسط زونداگ۱ ارائه شده[۴] وپس از او پارکاش۲ فعالیت هاي وي را ادامه داده [۵] .بر طبق نظریات آن ها این کلکتورها از دو بخش کاملا مجزا تشکیل می گردد. قسمت فتولتاییک که وظیفه تبدیل انرژي خورشید به نیروي الکتریسیته را بر عهده دارد و قسمت گرمایی که وظیفه جذب حرارت خورشید و انتقال آن به سیال را انجام می دهد. بارگاوا ۳و همکارانش تحقیقات در زمینه انواع کلکتورها را گسترش داده و مقادیر جذب تابش آن ها مورد بررسی قرار دادند.[۶]

طرح مساله

در این بهینه سازي تعویض کلکتور هاي مورد استفاده در سیکل هاي تولید هم زمان خورشیدي با کلکتور هاي PVT انجام گرفته است و هیتر هاي کمکی گازسوز با هیتر هاي برقی تعویض شده اند. در این روش وظیفه تامین آب گرم بر عهده قسمت گرمایشی((Thermal کلکتور می باشد و تامین نیاز الکتریکی بر عهده سلول هاي فتوولتاییک می باشد. در زیر نمایی از یک کلکتور PVT نشان داده شده است.

شکل :۱نمایی از یک کلکتور ترکیبی[۴] PVT

۱٫Zondag

۲٫Parkash

۳٫Bhargava

۳ صفحه