چکیده

فن آوری تولید برق بر پایه منابع انرژیهای برگشتپذیر یک روند جدید استفاده از انرژی در آینده میباشـد کـه بـا افـزایش الودگیهای زیستی تکنولوژیهای تبدیل انرژیهای پاک به انرژیهای در دسترس بیشتر اهمیت مـییابـد. در ایـن مطالعـه جذب انرژی تابشی، جریان هوا و انرژی هدر رفته در نیروگاه دودکش خورشیدی مستقر در اسپانیا توسط روشهای عددی بـا استفاده از نرم افزار (اپن فوم) شبیهسازی شده است. ابتدا با مقایسه حل عددی با مطالعات پیشین اعتبار سنجی حـل بررسـی میگردد. با استفاده از نتایج تاثیر میزان تابش بر روی انرژی هدر رفته از سطح کلکتور و هوای خروجی دودکـش نشـان داده شده است و نتیجه میشود افزایش میزان تابش ،افزایش دمای سیال را در پی داردکه باعث میشود دبی هـوای گـرم خـارج شده از دودکش و گرمای انتقال یافته از سطح کلکتور افزایش یابد. نسبت انرژی هدر رفته از خروجـی دودکـش بـه گرمـای انتقال یافته از سطح کلکتور با افزایش میزان تابش افزایش مییابد و در میزان تابشهای زیاد پارامتر مهم در طراحی دودکش انرژی هدر رفته از خروجی دودکش میباشد.

کلمات کلیدی: دودکش خورشیدی، مدل سازی عددی،جرین توربولانس،جابجایی ازاد،اتلاف انرژی

.۱ مقدمه

در سالهای اخیر افزایش گازهای گلخانهای به دلیل استفاده بیش از حد از سوخت های فسیلی مشکلات زیادی را پدید اورده است. امار روز افزون مرگ و میر به سبب افزایش گازهای الاینده و از طرف دیگر گرم شدن زمین و بازگشت ناپذیری سوخت های فسیلی عواملی است که استفاده از این سوخت ها را برای تولید انرژی محدود مینماید. از این رو در سال های اخیر توجه زیادی به استفاده از انرژی های برگشت پذیر نظیر باد و خورشید شده است.

اساسا اگر بخواهید انرژی های تجدید پذیر از کاربرد وسیعی برخوردار شوند باید که تکنولوژی های ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای کشورهای کمتر توسعه یافته نیز مشکلات فنی به همراه نداشته باشد. تکنولوژی دودکش خورشیدی دارای این شرایط میباشد. نیروگاه دودکش خورشیدی یک نیروگاه تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته میباشد. این نیروگاه دارای سه قسمت اصلی می باشد : کلکتور، توربین و ژنراتور و دود کش(شکل شماره(۱ نیروگاه دودکش خورشیدی اولین بار در سال ۱۹۷۰ توسط پروفسور المانی به نام یورگ اسکلایچ۱ پیشنهاد گردید[۲]در سال

۱۹۸۰ اولین نمونه این نیروگاه با همکاری دو کشور المان و اسپانیا در منطقه مانزانرس اسپانیا ساخته شد. هاف۱ و همکاران

۱ Jorg Schlaich

۱

اولین همایش سـراسـری محیط زیست، انـرژی و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

مطالعات انجام شده برای این نمونه را بر عهده داشتند و معیارهای طراحی براورد هزینه و نتایج ازمایشات اولیه را ارایه دادند.[۲] پاسومارتی۲ و شریف۳ یک مدل ریاضی برای بررسی اثرات شرایط مختلف محیط ارایه دادند.[۳] بیگلن۴ به بررسی عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی در مناطق با عرض جغرافیایی بالا پرداختند.[۴] پرتوریس۵ تاثیر کیفیت سقف شیشه ای کلکتور و جنس ماده جذب کننده در کف کلکتور بر توان خروجی نیروگاه را مورد مطالعه قرار دادند.[۵] پاستور۶ و همکاران به شبیه سازی مدل دو بعدی نیروگاه با مشخصات نیروگاه ساخته شده در اسپانیا پرداختند .[۶] در این شبیه سازی افت فشار توربین مقداری ثابت در نظر گرفته شد و نتایج میزان تابش بر روی سرعت و دمای هوا و توان خروجی سیستم نشان داده شد.

تحقیقات زیادی در زمینه بهینه کردن هندسه ابعادی نیروگاه انجام شده است.همچنین با ساخت نمونه های ازمایشگاهی کوچک عملکرد نیروگاه در مناطق مختلف جهان بررسی شده است.شرایط شهر های مختلف ایران برای احداث نیروگاه نیز بررسی شده است.[۷]

تحقیق بر روی تاثیر توربین هایی با سه پره همانند نمونه ساخته شده در اسپانیاو توربین هایی با تعداد پره بیشتر توسط مینگ و همکاران صورت گرفت. مقاله ارایه شده در راستای این تحقیقات و برای کاهش انرژی هدر رفته از نیروگاه صورت گرفته است.[۸]

شکل شماره :۱ اجزای نیروگاه دودکش خورشیدی[۱]

.۲ مدل تئوری مشخصات هندسی مدل

ابتدا به معرفی اجزای نیروگاه دود کش خورشیدی ساخته شده در اسپانیا میپردازیم. مدل به صورت دو بعدی متقارن میباشد که در شکل شماره ۲ نشان داده شده است. ارتفاع برج ۲۰۰ متر،قطر دودکش ۱۰ متر،شعاع کلکتور ۱۲۲ متر و ارتفاع ورودی

۱ Haaf 2 Pasumarthi 3 Sherif 4 Bilgen 5 pretorius 6 pastohr

۲

اولین همایش سـراسـری محیط زیست، انـرژی و پدافند زیستی

The 1st National Conference on Environment, Energy and Biodefense

کلکتور تا مرکز نیروگاه ۲-۶ متر میباشد. ضخامت لایه های ذخیره انرژی نیز ۵ متر میباشد.بدنه دودکش و کلکتور با شیب نرمی به یکدیگر متصل شده اند که کاهش انرژی هدر رفته در دودکش را به همراه دارد. مواد به کار رفته در سطح کلکتور شیشه شفاف میباشد.[۲]