بررسی عددی پارامترهای مختلف روی کارایی یک نیروگاه خورشیدی

با توجه به موقعیت جغرافیایی کشورمان ایران که یکی ازکشورهایی است که از تابش نور خورشید با قدرت و توان مطلوب برخوردار می باشد؛ از مناطق بسیار مستعد برای بهره گیری از انرژی خورشیدی است. با توجه به ذخایر محدود انرژی فسیلی و افزایش سطح مصرف انرژی لزوم توجه به انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشید امری بدیهی است. در تحقیق حاضر کارایی و عملکرد نیروگاه خورشیدی در ابعاد و شرایط محیطی متفاوت به تفصیل بررسی شده و نتایج مربوطه در هر قسمت ارائه گردیده است. بدین منظور جریان مغشوش در نظر گرفته شده و معادلات پیچیده ناویر استوکس با متوسط گیری رینولدز(rans) همراه با معادلاتk-? شامل مدل توربین ساده و فرضیات جریان پایدار و فرضیه بوزینسک برای مدل کردن چگالی در مدل سه بعدی نیروگاه با استفاده از نرم افزار تجاری fluent حل شده اند. تاثیر تشعشع خورشید با توجه به موقعیت جغرافیایی و زمان شبیه سازی اعمال شده است. با توجه به تقارن و برای کاهش حجم محاسباتی معادلات برای پنج درجه از نیروگاه حل شده اند. علی رغم این ساده سازی ها حجم محاسباتی برای حالت غیر دائم خیلی بالا و با کامپیوتر های معمولی تقریبا غیر ممکن می باشد. ولی با استفاده از تحلیل حالت دائم نیز می توان به نتایج قابل قبولی در خصوص عملکرد نیروگاه دست یافت. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل های نیروگاه با ابعاد مختلف در می یابیم: 1- با افزایش ارتفاع دودکش، دمای روی سطح و اعماق زمین، خروجی کلکتور، مقطع توربین و خروجی دودکش کاهش می یابد. 2- با افزایش قطر کلکتور دما روی سطح و اعماق زمین، خروجی کلکتور، مقطع توربین و خروجی دودکش (نیروگاه) افزایش یافته و بیشترین مقدار را نسبت حالات دیگر به خود اختصاص می دهد. 3- در حالتی که ارتفاع دودکش کاهش یابد، دما روی سطح و اعماق زمین کاهش یافته و کمترین مقدار را نسبت به حالات دیگر به خود اختصاص می دهد. در این حالت دما در خروجی کلکتور، مقطع توربین و خروجی دودکش نیز نسبت به حالت مرجع کاهش می یابد. 4- در حالتی که قطر کلکتور کاهش می یابد، دمای سطح و اعماق زمین نسبت به حالت مرجع کاهش می یابد. دما در مقاطع خروجی کلکتور، مقطع توربین و خروجی نیروگاه (خروجی دودکش) نیز کاهش یافته و کمترین مقدار را نسبت به حالات دیگر به خود اختصاص می دهند. 5- دما در ورودی کلکتور در تمام حالات ابعادی بررسی شده مقداری تقریبا برابر دارد. 6- با افزایش ارتفاع دودکش سرعت در ورودی نیروگاه (ورودی کلکتور)، خروجی کلکتور، خروجی نیروگاه (خروجی دودکش) و دبی جرمی در مقطع توربین افزایش می یابند. 7- با افزایش قطر کلکتور، سرعت در ورودی نیروگاه (ورودی کلکتور) نسبت به حالت مرجع کاهش اما سرعت در مقاطع خروجی کلکتور، خروجی نیروگاه( خروجی دودکش) و دبی جرمی در مقطع توربین افزایش می یابند و نسبت به سایر حالات ابعادی مورد بررسی ماکزیمم مقدار خود را به دست می آورند. 8- با کاهش ارتفاع دودکش، سرعت در خروجی کلکتور، خروجی نیروگاه (خروجی دودکش) و دبی جرمی در مقطع توربین کاهش یافته و نسبت به سایر حالات ابعادی کمترین مقدار را به خود اختصاص می دهند. سرعت در ورودی کلکتور نیز در این حالت نسبت به حالت مرجع کاهش می یابد. 9- با کاهش قطر کلکتور مقادیر سرعت و دبی جرمی نسبت به حالت مرجع کاهش می یابند اما از مقادیر متناظر خود در نیروگاه با دودکش کوتاه بالاترند. 10- افت فشار در مقطع توربین با افزایش ازتفاع کلکتور نسبت به حالت مرجع افزایش می یابد. این افزایش نسبت به حالتی که قطر کلکتور افزایش یابد بیشتر خواهد بود و با کاهش ارتفاع دودکش به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در حالتی که قطر کلکتور کاهش یافته باشد نیز مقدار افت فشار نسبت به حالت مرجع کمتر است اما از حالتی که از دودکش کوتاه استفاده شده باشد بیشتر خواهد بود. 11- میزان قدرت الکتریکی تولیدی در حالتی که قطر کلکتور افزایش یابد ماکزیمم مقدار و با دودکش کوتاه مینیمم مقدار را خواهد داشت. 12- بازدهی کلی نیروگاه ماکزیمم مقدار خود را با افزایش ارتفاع دودکش و کمترین مقدار خود را با کاهش ارتفاع دودکش پیدا خواهد نمود با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی نیروگاه در ماه های مختلف سال در می یابیم: 1- مقادیر دمای روی سطح و اعماق زمین، در ورودی نیروگاه (ورودی کلکتور)، خروجی کلکتور و خروجی نیروگاه در شش ماه اول سال بالاتر است تا در فاصله مرداد تا شهریور به ماکزیمم خود می رسد و بعد کاهش می یابد و کمترین مقدار را در فاصله آبان تا آذر خواهد داشت و بعد دوباره روند صعودی پیدا می کند. 2- روند تغییرات سرعت در خروجی کلکتور و دودکش همچنین دبی جرمی در مقطع توربین به گونه ای است که در شش ماه اول سال مقادیر مذکور بالاتر است طوری که در فاصله مرداد تا شهریور به ماکزیمم خود می رسد و بعد کاهش می یابد و کمترین مقدار را در فاصله آبان تا آذر خواهد داشت و بعد دوباره روند صعودی پیدا می کند. 3- قدرت تولیدی و بازدهی کلی نیز در شش ماه اول سال روند افزایشی دارند که در فاصله تیر تا مرداد به ماکزیمم مقدار خود می رسند؛ و بعد کاهش می یابند و کمترین مقدار را در فاصله آبان تا آذر خواهند داشت و بعد دوباره روند صعودی پیدا می کنند.