بررسی مقایسه ای آرایش های مختلف چرخه ی orc (چرخه ی رانکین آلی) در تولید توان از منابع حرارتی خورشیدی

در این پایان نامه تولید توان از انرژی حرارتی تأمین شده توسط گردآورنده های خورشیدی لوله خلأ مورد بررسی قرار گرفته است. گردآورنده های خورشیدی لوله خلأ توانایی تولید گرما تا دمای °c150 را دارند. با توجه به دمای پایین منبع حرارتی، چرخه ی orc به عنوان چرخه ی تولید توان انتخاب شده است. شش آرایش مختلف چرخه ی orc به همراه دو نوع آرایش اتصال گردآورنده ی خورشیدی به چرخه ی تولید توان که در مجموع دوازده آرایش مختلف را ایجاد می کنند، مورد بررسی قرار گرفته اند. مدل سازی ترمودینامیکی چرخه های مذکور توسط نرم افزار ees انجام شده است. از میان سیال های موجود در بانک اطلاعاتی نرم افزار ees، با در نظر گرفتن معیارهای مختلفی مانند ایمنی، سازگاری با محیط زیست و خواص ترمودینامیکی سیال ها، هجده سیال به عنوان سیال عامل چرخه ی orc برای تحلیل انتخاب شده اند. در مجموع با در نظر گرفتن چرخه ها و سیال عامل های مختلف، 178 چرخه ی مختلف مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی برای تولید توان خالص بیشینه در هر مورد انجام گرفته است. نتایج این پایان نامه نشان می دهند که افزودن مبدل حرارتی داخلی موجب بهبود عملکرد سیستم شده و توان تولیدی خالص را افزایش می دهد. البته این تأثیر، شدیداً وابسته به نوع سیال عامل مورد استفاده است، به طوری که کمترین تأثیر مربوط به سیال های تر و بیش ترین تأثیر مربوط به سیال های خشک است. افزودن گرمکن باز تغذیه هم، توان خالص سیستم را افزایش می دهد. البته برخلاف مبدل حرارتی داخلی، این تأثیر وابستگی چندانی به نوع سیال ندارد و برای همه ی سیال ها تقریباً یکسان است. افزودن گرمکن بسته ی تغذیه تأثیر تقریباً مشابهی با گرمکن باز تغذیه دارد. با توجه به تأثیر مثبت افزودن مبدل حرارتی داخلی و گرمکن باز یا بسته ی تغذیه، آرایش های orc با گرمکن تغذیه (باز یا بسته) و مبدل حرارتی داخلی بیش ترین توان تولیدی را در بین شش آرایش مورد بررسی orc دارند. برای آرایش اتصال htf با توجه به جمیع جوانب، isopentane به عنوان سیال عامل انتخاب شده است. بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال htf، توسط چرخه ی orc با گرمکن بسته ی تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می شود. همچنین برای آرایش اتصال dvg با توجه به جمیع جوانب، acetone به عنوان سیال عامل انتخاب شده است. بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال dvg، توسط چرخه ی orc با گرمکن باز تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می شود. این انتخاب ها با در نظر گرفتن معیارهایی از جمله توان خالص بیشتر، دبی حجمی کمتر، نسبت حجمی انبساط کمتر در توربین، دمای خود اشتعالی بیش تر و سازگاری بیش تر با محیط زیست انجام گرفته اند. چرخه های انتخاب شده از نظر نسبت حجمی انبساط در توربین وضعیت تقریباً مشابهی دارند. چرخه با آرایش اتصال dvg و سیال عامل acetone توان بیشتری تولید می کند، در حالی که چرخه با آرایش اتصال htf و سیال عامل isopentane دارای دبی حجمی کمتری در خروجی توربین است. مقادیر بازده سیستم که نسبت توان خالص تولیدی به توان تابشی ورودی به گردآورنده است، برای چرخه های منتخب برای آرایش اتصال dvg و htf به ترتیب برابر %696/9 و %27/9 است. تأثیر فوق گرم کردن سیال عامل در ورودی توربین می تواند در دو حالت کلی مورد بررسی قرار گیرد. برای چرخه هایی که دارای مبدل حرارتی داخلی هستند، فوق گرم کردن با هر سیال عاملی، تأثیر مثبتی در توان خالص چرخه دارد (البته میزان این تأثیر در سیالات تر، بیش تر و در سیالات خشک، کم تر است). اگر چرخه، بدون مبدل حرارتی داخلی باشد، سه حالت متفاوت وجود دارد. اگر سیال عامل تر باشد، باز هم باید ورودی توربین را تا حد امکان فوق گرم کرد. اگر سیال آیزنتروپیک باشد، تأثیر فوق گرم کردن ناچیز خواهد بود و اگر سیال خشک باشد، فوق گرم کردن تأثیر منفی بر توان خالص چرخه خواهد داشت و بهتر است ورودی توربین به صورت بخار اشباع باشد. تحلیل اگزرژی انجام شده نشان می دهد که بیش ترین برگشت ناپذیری سیستم در گردآورنده ی خورشیدی رخ می دهد. بعد از گردآورنده، توربین بیش ترین مقدار برگشت ناپذیری را دارد.