چکیده

هدف از این تحقیق بررسی نحوه عملکرد نمونه کوچک نیروگاه دودکش خورشیدي به منظور طراحی یک نیروگاه با توان خروجی ۱۰هکیلو وات استگهشرایط آب و هوایی در نظر گرفته شده، مربوط به شهر کرمان می باشدگهبراي مدلسازي نیروگاه، ابتدا معادلات حاکم به صورت یک بعدي توصیف شده و سپس براي بیشینه توان خروجی نیروگاه در یک زمان خاص،هنتایج شبیهسازي عددي نمونه کوچک این نیروگاهها ارائه گردیده استگه نتایج بدست آمده اثر تغییر ابعاد برج و کلکتور را بر توان خروجی نیروگاه نشان می دهدگ

هه
واژههاي کلیدي:انرژي تجدیدپذیر، توان خروجی، کلکتور خورشیدي، نیروگاه دودکش خورشیدي
هه
مقدمهه ه
هه

براي استفاده وسیع از انرژیهاي تجدیدهپذیر، باید تکنولوژيههاي ارائه شده ساده و قابل اعتماد بوده و مشکلات فنی کمی به همراه داشته باشدگههمچنین نیاز به آب زیاد نیز نداشته باشدگهتکنولوژي نیروگاه دودکش خورشیدي داراي این شرایط استگهنمونه اولیه این نیروگاه اولین بار در سال ۱۹۸۲هدر مانزانارس اسپانیا ساخته شدگهارتفاع برج این نیروگاه ۱۹۵همتر، قطر برج ۱۰همتر و شعاع کلکتور آن ۱۲۲همتر استگهتوان خروجی این نیروگاه ۵۰هکیلووات استگه بطورکلی نیروگاه دودکش خورشیدي از سه قسمت اصلی تشکیل شده استث

ه۱آهکلکتور خورشیدي ه ه ۲آهدودکش یا برج مرتفع که در مرکز کلکتور خورشیدي قرار می گیردگه ه

۳آهتوربین بادي که در پایه برج قرار می گیردگه ه شکل ۱هشکل شماتیک یک نیروگاه دودکش خورشیدي را نشان می دهدگسقف شیشه اي که به وسیله قاببندي

و ستونهاي مناسب در ارتفاع مناسبی نسبت به سطح زمین نصب میگردد، همراه با زمین یک کلکتور خورشیديه ه

۱

شکل -۱ شکل شماتیک یک نیروگاه دودکش خورشیدي
اولین کنفرانس سالانه انرژي پاك

مرکز بین المللی علوم و تکنولوژي پیشرفته و علوم محیطی ۴ و ۵ اسفند ماه ۱۳۸۹ کرمان

The First Annual Clean Energy Conference on International Center for Science, High Technology & Environmental Sciences

راهتشکیل میهدهندگدر واقعهزمین نقش سطح جذب کننده انـرژيهخورشـید و سـقف شیشـه ایـاثر گلخانـهايهرا در جلوگیريهاز تلفات تشعشعیهزمین ایفا میهکندگهبنابراینهسطح زمین بخشیهاز انرژيهخود را بـه جریـان هوایـدرون کلکتورهمنتقل میکند و بخشهدیگر انرژيهدر عمق نزدیکیهاز سطح زمین ذخیره میگرددگهه ه

å ه

å ه
å ه
å ه
å ه
å ه
å ه
å ه
ه ه
ه ه

هوايهدریافت کننده انرژي حرارتی، گرم و سبک شده و در نهایت به علت اختلاف فشار دو سـتون هـواي گـرم و سرد موجود در برج و بیرون، جریانههوا به سمت بالاي برج حرکت می کندگهبا نصب توربین بـادي در محـل ورود هوا به برج، بخشی از انرژي جنبشی جریان هوا به کار مکانیکی تبدیل می شود و در نهایـت کـار مکـانیکی توسـط ژنراتور به انرژي الکتریکی تبدیل می گرددگهتوربین هاي بکار رفته در نیروگاه هاي دودکش خورشیدي با تـوربین هاي بادي جریان آزاد متفاوت بوده و به صورت یک توربین داخل محفظه است که بر مبناي اخـتلاف فشـار عمـل می نمایدگهجریان در این توربین ها محوري بوده و توان آنها در مقایسه با توربین هـاي بـادي جریـان آزاد بـا همـان ابعاد، از مرتبه بالاتري می باشدگه ه نحوه عملکرد و نتایج تجربی مربوط به نیروگاه دودکش خورشیدي ساخته شده در مانزانارس اسپانیا، اولین بار

توسط هاف در سال ۱۹۸۴هارائه شدص۱شگ هقوانین حاکم بر نیروگاه دودکش خورشیدي توسط اشلایش در سال ۱۹۹۵مورد بازبینی قرار گرفتص۲شگهپس از آن روشهاي مختلفی در زمینه تحلیل این نوع نیروگاه مطرح گردیدگه در سال ۲۰۰۳،برناردس و وینرِبه یک مدل تحلیلی و عددي براي محاسبه توان خروجی ارائه دادندص۳شگهدر سال ۲۰۰۶، پریتریوس و کروگر نیز، مدل یک بعدي دیگري براي معادلات بقاي انرژي و روابط جدیدي براي ضریب انتقال حرارت جابجایی درون کلکتور ارائه دادندص۴شگ هسپس درسال ۲۰۰۹برناردهس، وان باکستروم وکروگر ضرایب انتقال حرارت مطرح شده کلکتور را با هم مقایسه کردندص۵شگهدر سال ۲۰۱۰نیزِتیکه وکلارین سرعت بهینه جریان هوا در ورودي برج را براي حداکثر راندمان، با توجه به افزایش درجه حرارت جریان هواي کلکتور بدست آوردندص۶شگه ه

در این تحقیق براي تحلیل جامع نمونه کوچک نیروگاه دودکش خورشیدي، جریان هواي شعاعی درون کلکتور به صورت یک بعدي مدل شده و معادله بقاي انرژي براي یک حجم کنترل دیفرانسیلی حل شده استص۵شگه

۲

اولین کنفرانس سالانه انرژي پاك

مرکز بین المللی علوم و تکنولوژي پیشرفته و علوم محیطی ۴ و ۵ اسفند ماه ۱۳۸۹ کرمان

The First Annual Clean Energy Conference on International Center for Science, High Technology & Environmental Sciences

با استفاده از دبی جرمی هوا در حداکثر راندمان نیروگاه، سرعت جریان از معادله پیوستگی بدست آمده استص۶شگه نهایتا براي محاسبه توان، ازروابط حاکم بر راندمان کلی نیروگاه دودکش خورشیدي استفاده شده استص۲شگهه
هه
معادلات حاکم بر جریان هواي کلکتورثه ه

با این فرض که پروفیـل دمـايهجریـان هـوا در بـرج و کلکتـور بصـورت مـوازي حرکـت کننـد و سـرعت هـوايه خروجیکلکتور و وروديهبرج یکسان در نظر گرفته شود، سرعت بهینه جریان هوايهخروجـیهاز کلکتـور هورودي برجاهدره ه راندمان بیشینه نیروگاه از رابطه زیر بدست میهآید ثه ه

هه۱ا T 2
gHC VCopt 
T 3
a
که دراین رابطه ΔTههمان افزایش دما بین محیط و خروجی کلکتور هورودي برجاهاستگه ه
بنابراین میهتوان دبیهجرمیهجریان درون کلکتور را از رابطه زیر محاسبه کرد ث
ه۲ا m  VCopt AC
تخمین خطیهتغییرات چگالیههوايهکرمان بر حسب دما در محدوده ۳۵۰ هآ ه۳۰۰ هکلوین از رابطههزیر قابل محاسبه میهباشد ثه ه