دانشگاه شهید بهشتی
پردیس فنی شهید عباسپور
دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی
طراحی نیروگاه خورشیدی برج مرکزی به همراه ذخیره سازی انرژی برای شهر اهواز
پایاننامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
مهندسی تبدیل انرژی
استاد راهنما:
جناب آقای دکتر احمد فصیح فر
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
این پایان نامه در ابتدا به توجیه و الزامات پرداختن به نیروگاههای پاک با انرژیهای تجدیدپذیر می پردازد و در این جهت و با توجه به پتانسیل انرژی خورشیدی موجود در کشور به معرفی انواع نیروگاههای خورشیدی پرداخته است. در این تلاش پس از مطالعه و بررسی خصوصیت و توانایی نیروگاههای خورشیدی به واسطهی قابلیت بالا در تولید توان و ذخیره سازی انرژی در نیروگاه برج مرکزی به طراحی این نیروگاه با سیال عامل مایع (مذاب نمک نیترات) پرداخته شده است. در گام اول، شرایط محیطی مرتبط بررسی شده است، چرا که تابش و موقعیت خورشید در طول زمان، و همچنین درجه حرارت محیط، سرعت باد و جهت آن از عوامل تأثیر گذار بر روی طراحی این نیروگاه میباشد. لذا در ابتدا به بررسی شرایط آب و هوایی منطقهی مورد نظر پرداخته شده است. سپس آرایش آینهها به لطف یک الگوریتم که با ملاحظهی مصالحه بین تراکم آینه و تداخل آنها نوشته شده، تعیین شده است. سپس با بررسی شار هر آیینه و تاثیر آن بر دریافت کننده مرکزی خصوصیات فیزیکی این دریافت کننده و توزیع شار روی آن و تلفات تشعشعی و جابجایی و همچنین دبی سیال ورودی به رسیور تعیین شده است. سپس بخش نیروگاهی و مخازن ذخیرهی انرژی متناسب با ظرفیت مزرعهی خورشیدی و دریافت کننده مرکزی طراحی شده است. در پایان با بهره گرفتن از اطلاعات موجود از نیروگاه جماسولار که در نزدیکی سویا در اسپانیا ساخته شده و به بهره برداری رسیده است، به اعتبار سنجی کار و آنالیز اقتصادی پرداخته شده است و با نیروگاه گازی و فتوولتاییک مقایسه شده است.
فهرست مطالب
1-1. اهمیت و ضرورت انجام طرح.. 1
1-2. نیروگاههای حرارتی خورشیدی.. 8
1-3. معرفی نیروگاه برج مرکزی و سابقهی آن.. 10
فصل2 . طراحی بخش های مختلف نیروگاه 18
2-1. بررسی شرایط محیطی و آب و هوا 18
2-2-2. خواص ترمودینامیکی و فیزیکی هوا 21
2-2-2-2-1. مدل سادرلند با دو ثابت.. 22
2-2-2-2-2. قانون سادرلند با سه ثابت.. 23
2-3-1. راندمان مزرعهی خورشیدی.. 25
2-3-1-4. راندمان تمیزی سطح هلیوستات .. 29
2-3-1-5. راندمان اتلافات جوی .. 29
2-3-2. طراحی مزرعهی خورشیدی.. 29
2-3-2-1. نیروگاههای سایز کوچک (<10 MWel) 30
2-3-2-2. نیروگاه های سایز متوسط و بزرگ ( >10MWel ) 32
2-3-2-3. تفسیر چینش هلیوستاتها 34
2-4-1. انواع رسیور و خصوصیات آنها : 35
2-4-2. اصول حرارتی و ترمودینامیکی برای طراحی رسیور 39
2-5. طراحی نیروگاه بخار برای نیروگاه خورشیدی.. 48
2-5-1. نیروگاه های برج خورشیدی با سیکل مولتن سالت.. 51
2-5-1-2. مدل سازی توربین بخار 53
2-5-2. مدل سازی کندانسور و پمپ.. 54
2-6. طراحی سیستم ذخیره ساز. 56
3-1-1. هزینه های مربوط به زمین[4] 57
3-1-4. هزینه بخش نیروگاهی شامل ذخیره ساز، توربین بخار، ژنراتور و بخش کنترل. 62
فصل4 . نتیجه گیری و پیشنهادات.. 73
در جهان امروز که مصرف انرژی سیر صعودی دارد و نیاز به انرژی در کشور و جهان رو به افزایش است(شکل1-1)،تغییر رویکرد در تأمین انرژی از منابع تجدیدناپذیر مانند سوختهای فسیلی و هستهای، به منابع تجدیدپذیر یک ضرورت میباشد.
در سالهای اخیر قیمت جهانی سوخت گاز رو به افزایش بوده است( شکل1- 2). این افزایش سوخت با توجه به بحرانهای جهانی اقتصادی در حال نوسان میباشد.
امروزه در یک نگاه سطحی به دلیل وفور و ارزانی منابع تجدیدناپذیر مانند گاز طبیعی در کشور، پرداختن جدی به انرژیهای تجدیدپذیر و سرمایه گذاری در این بخش غیر منطقی به نظر میرسد، اما با بررسی عمیقتر این موضوع و همچنین نگاه به گذشته و آینده متوجه میشویم که اولاً رو به پایان بودن انرژیهای فسیلی یک واقعیت انکار ناشدنی است و در آیندهی نهچندان دور سوختهای فسیلی نمیتوانند تأمین کننده نیاز انرژی بشر باشند. پس حرکت به سوی استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر اجتنابناپذیر است و دیر یا زود مجبور خواهیم بود که جایگزینی مناسب برای سوختهای فسیلی پیدا کنیم از این رو باید روند جایگزین کردن انرژیهای فسیلی با منابع انرژیهای پاک و قابل اطمینان هر چه سریعتر آغاز شود. ثانیاً همانطور که اشاره شد همواره در دهههای اخیر بهای سوختهای فسیلی با افزایش میزان تقاضا و با توجه به محدود بودن آنها در حال افزایش بوده و این روند با شدت بیشتر در آینده نیز برقرار خواهد بود(شکل1-1) و این در حالی است که این منابع جزء سرمایه های ملی و تاثیر گذار در زمینه های گوناگون هستند از اینرو مصرف داخلی سوختهای فسیلی به شکل کنونی و با این روند افزایشی به معنای به هدر دادن آنهاست (جدول 1-1). از نگاهی دیگر استفاده از سوختهای فسیلی بحران جدی گرمایش زمین که یک خطر جهانی است و ناشی از افزایش گازهای گلخانهای در جو میباشد را بوجود آورده است. لذا ضرورت تغییر این روند بیش از پیش احساس میشود. مجموعهی این عوامل باعث شده است که کشورهای پیشرفته و حتی کشورهای در حال توسعهی جهان با توجه به شرایط و پتانسیلهای موجود در کشور خود در حال سرمایه گذاری در بخش انرژیهای تجدیدپذیر مانند نیروگاههای خورشیدی، بادی، زمین گرمایی و … میباشند. میتوان مصرف سوخت گاز در کشور را از سال 1384 تا 1390 درجدول 1-1مشاهده نمود.
شکل 1-1. میزان کل مصرف گاز سالانهی کشور در سال های مختلف [1]
شکل 1-2. نوسانات قیمت گاز طبیعی بر حسب دلار بر هزار فوت مکعب تا سال 2012 [2]
- مصرف گاز طبیعی در بخش های مختلف به تفکیک نوع مصرف طی سالهای 1384-1390 (میلیون متر مکعب) [1]
- درصد مصرف گاز طبیعی در بخش های مختلف به تفکیک نوع مصرف طی سالهای 1384-1390 (میلیون متر مکعب)[1]
با توجه به جداول بیان شده میتوان نرخ افزایش مصرف سوخت در نیروگاههای ایران را با توجه به درخواست افزایش تولید برق مشاهده نمود. استفاده از نیروگاههای تجدیدپذیر در شبکهی برق کشور بسیار ناچیز میباشد (شکل1-3). روند پیش رو روندی مطلوبی نخواهد بود و با افزایش تولید گازطبیعی در ایران باز هم نخواهیم توانست شاهد رشد سود ناشی از صادرات باشیم. همچنین فرسوده بودن نیروگاههای کشور در تولید توان موجب افزایش مصرف سوخت شده است در جدول1-3 کارکرد نیروگاههای بخار با عمر بالای 30 سال با رنگ قرمز نشان داده شده است که نزدیک به 62/52 % از نیروگاههای بخار کل کشور را به خود اختصاص دادهاند و نیروگاههای با عمر بین 25 الی 30 سال در این جدول با رنگ زرد مشخص شده است در مجموع نیروگاههای بخار بالای 25 سال کارکرد 42/68% از کل نیروگاههای بخار را تشکیل می دهند که نشان از فرسوده بودن نیروگاههای بخار کل کشور است که این امر موجب بالا رفتن مصرف سوخت نیروگاهها میشود و میزان تولید توان را نیز به واسطهی فرسوده بودن کاهش میدهد.
شکل 1-3. سهم نیروگاه های مختلف در تولید برق ایران در سال 1383 [3]
شکل 1-4. سهم نیروگاه های مختلف در تولید برق ایران در سال 1390 [1]
نام نیروگاه | محل احداث | سال بهره برداری | تعداد واحد | ظرفیت هر واحد | مجموع | راندمان (%) | کارخانه سازنده |
طرشت | تهران | 1338 | 4 | 5/12 | 50 | 7/21 | آلستوم |
بعثت | تهران | 1346-1347 | 3 | 5/82 | 5/247 | 1/29 | جنرال الکتریک |
اسلام آباد | اصقهان | 1348 1353 1359-1367 مجموع | 2 1 2 5 | 5/37 120 320 – | 75 120 640 825 | 2/36 | جی.ای.ئی |
شهید منتظر قائم | کرج | 52-1350 | 4 | 47/156 | 88/635 | 4/34 | جنرال الکتریک |
لوشان (شهید بهشتی) | گیلان | 1352 | 2 | 120 | 240 | 6/36 | ک.و.یونیون |
زرند | کرمان | 1352 | 2 | 30 | 60 | 8/24 | اسپی باتین یول |
مشهد | مشهد | 53-1352 | 2 | 60 | 120 | 9/28 | اشکودا |
نکا (شهید سلیمی) | نکا | 60-1358 | 4 | 440 | 1740 | 5/35 | براون باوری |
اهواز (رامین) | اهواز | 78-1358 | 6 | 320 | 1280 | 4/42 | تکنوبروم اکسپورت |
بندرعباس | بندرعباس | 64-1359 | 4 | 320 | 1280 | 0/34 | جی.ای.ئی |
شهید منتظری | اصفهان | 78-1363 | 8 | 200 | 1600 | 7/35 | تکنوبروم اکسپورت |
توس | مشهد | 66-1364 | 4 | 150 | 600 | 0/35 | برائن باوری |
تبریز | تبریز | 68-1365 | 2 | 368 | 736 | 8/35 | آلستوم |
شهید رجائی | قزوین | 1371 | 4 | 250 | 1000 | 5/30 | میتسوبیشی |
بیستون | کرمانشاه | 1373 | 2 | 320 | 640 | 7/36 | جی.ای.ئی |
شهید مفتح (غرب) | همدان | 1373 | 4 | 250 | 1000 | 5/35 | میتسوبیشی |
ایرانشهر | ایرانشهر | 82-1374 | 4 | 64 | 256 | 7/29 | اشکودا |
شازند | اراک | 80-1379 | 4 | 325 | 1300 | 5/42 | دی.ای.سی |
سهند | تبریز | 84-1383 | 2 | 325 | 650 | 8/34 | اس.ئی.سی |
میزان بالا و ثبات انرژی خورشیدی این منبع انرژی را در حال حاضر به یکی از اصلیترین و مناسبترین انرژیهای تجدیدپذیر جهت استفاده تبدیل کرده است. باید توجه داشت که میزان انرژی تابشی خورشید در تمام نقاط جهان یکسان نیست و استفادهی وسیع از این منبع لایزال مشروط به شدت تابش مناسب انرژی خورشیدی در منطقهی مورد استفاده است. با توجه به موقعیت جغرافیایی و شرایط محیطی، خوشبختانه انرژی خورشید با شدت بالایی در کشور وجود دارد (شکل1-5). و این امر ایران را به یکی از مستعدترین نقاط دنیا برای بهره برداری از انرژی خورشید تبدیل کرده است. البته بهره برداری از انرژی خورشیدی در ایران در حال انجام است، اما این میزان در مقایسه با بهره گرفتن از انرژی حاصل از سوختهای فسیلی بسیار ناچیز است. در زمینه تولید برق در کشور تا کنون از نیروگاههای آیینه سهموی مانند نیروگاه 250 کیلوواتی شیراز و صفحات فتوولتاییک استفاده شده است. این تناسب تولید توان در کشورهایی مانند آلمان که از شدت تابش خورشیدی به مراتب کمتر از ایران برخوردار هستند کاملا متفاوت بوده به گونهای که تا پایان سال 2020، 30% کل برق این کشور از انرژی تجدیدپذیر و عمدتا انرژی خورشیدی تأمین میشود[29] شکل1-5 نقشهی مقدار تابش خورشید در کشور ایران و شکل1-6 میزان تابش خورشید در اروپا را نشان میدهد.
تعداد صفحه : 98
قیمت :14700 تومان