پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
مهندسی تبدیل انرژی
استاد راهنما:
جناب آقای دکتر احمد فصیح فر
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
متن پایان نامه :
(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
فصل۱ . مقدمه. ۱
۱-۱٫ اهمیت و ضرورت انجام طرح ۱
۱-۲٫ نیروگاههای حرارتی خورشیدی ۸
۱-۳٫ معرفی نیروگاه برج مرکزی و سابقهی آن ۱۰
۱-۴٫ کارهای انجام شده. ۱۴
۱-۵٫ هدف و روش ۱۶
فصل۲ . طراحی بخش های مختلف نیروگاه ۱۸
۲-۱٫ بررسی شرایط محیطی و آب و هوا ۱۸
۲-۱-۲٫ فشار محیط ۱۹
۲-۱-۳٫ دمای محیط ۱۹
۲-۱-۴٫ شدت تابش خورشید. ۲۰
۲-۲٫ مدل سازی هوای محیط. ۲۰
۲-۲-۲٫ خواص ترمودینامیکی و فیزیکی هوا ۲۱
۲-۲-۲-۱٫ ظرفیت گرمایی [۱۷] ۲۱
۲-۲-۲-۲٫ ویسکوزیته. ۲۲
۲-۲-۲-۲-۱٫ مدل سادرلند با دو ثابت ۲۲
۲-۲-۲-۲-۲٫ قانون سادرلند با سه ثابت ۲۳
۲-۲-۲-۲-۳٫ قانون توانی ۲۳
۲-۲-۲-۳٫ هدایت حرارتی ۲۳
۲-۲-۲-۴٫ چگالی هوا ۲۴
۲-۳٫ مزرعهی خورشیدی ۲۴
۲-۳-۱٫ راندمان مزرعهی خورشیدی ۲۵
۲-۳-۱-۱٫ بلاک و شادو. ۲۶
۲-۳-۱-۲٫ اثر کسینوسی ۲۷
۲-۳-۱-۳٫ راندمان بازتابش . ۲۹
۲۹
۲۹
۲۹
۳۰
۳۲
۳۴
۳۵
۳۵
۳۹
۴۰
۴۰
۴۲
۴۲
۴۴
. ۴۸
۴۸
۴۸
۵۱
۵۱
۵۳
۵۴
. ۵۶
۵۷
۵۷
۵۷
۵۷
۶۱
. ۶۲
۷۳
۷۳
۷۷
. ۷۸
- اهمیت و ضرورت انجام طرح
در جهان امروز که مصرف انرژی سیر صعودی دارد و نیاز به انرژی در کشور و جهان رو به افزایش است(شکل۱-۱)،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( شکل۱- ۲). 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(شکل۱-۱) و این در حالی است که این منابع جزء سرمایههای 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 ۱-۱). 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 ۱۳۸۴ تا ۱۳۹۰ درجدول ۱-۱مشاهده نمود.
شکل ۱-۱٫ میزان کل مصرف گاز سالانهی کشور در سال های مختلف [۱]
شکل ۱-۲٫ نوسانات قیمت گاز طبیعی بر حسب دلار بر هزار فوت مکعب تا سال ۲۰۱۲ [۲]
- مصرف گاز طبیعی در بخش های مختلف به تفکیک نوع مصرف طی سالهای ۱۳۸۴-۱۳۹۰ (میلیون متر مکعب) [۱]
- درصد مصرف گاز طبیعی در بخش های مختلف به تفکیک نوع مصرف طی سالهای ۱۳۸۴-۱۳۹۰ (میلیون متر مکعب)[۱]
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 (شکل۱-۳). 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 جدول۱-۳ کارکرد نیروگاههای بخار با عمر بالای ۳۰ سال با رنگ قرمز نشان داده شده است که نزدیک به ۶۲/۵۲ % از نیروگاههای بخار کل کشور را به خود اختصاص دادهاند و نیروگاههای با عمر بین ۲۵ الی ۳۰ سال در این جدول با رنگ زرد مشخص شده است در مجموع نیروگاههای بخار بالای ۲۵ سال کارکرد ۴۲/۶۸% 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 ۱-۳٫ سهم نیروگاه های مختلف در تولید برق ایران در سال ۱۳۸۳ [۳]
شکل ۱-۴٫ سهم نیروگاه های مختلف در تولید برق ایران در سال ۱۳۹۰ [۱]
- مشخصات نیروگاه بخار ایران مرتب شده بر اساس سال بهره برداری [۳]
| نام نیروگاه | محل احداث | سال بهره برداری | تعداد واحد | ظرفیت هر واحد | مجموع | راندمان (%) | کارخانه سازنده |
| طرشت | تهران | ۱۳۳۸ | ۴ | ۵/۱۲ | ۵۰ | ۷/۲۱ | آلستوم |
| بعثت | تهران | ۱۳۴۶-۱۳۴۷ | ۳ | ۵/۸۲ | ۵/۲۴۷ | ۱/۲۹ | جنرال الکتریک |
| اسلام آباد | اصقهان |
۱۳۴۸ ۱۳۵۳ ۱۳۵۹-۱۳۶۷ مجموع |
۲ ۱ ۲ ۵ |
۵/۳۷ ۱۲۰ ۳۲۰ – |
۷۵ ۱۲۰ ۶۴۰ ۸۲۵ |
۲/۳۶ |
جی.ای.ئی |
| شهید منتظر قائم | کرج | ۵۲-۱۳۵۰ | ۴ | ۴۷/۱۵۶ | ۸۸/۶۳۵ | ۴/۳۴ | جنرال الکتریک |
| لوشان (شهید بهشتی) | گیلان | ۱۳۵۲ | ۲ | ۱۲۰ | ۲۴۰ | ۶/۳۶ | ک.و.یونیون |
| زرند | کرمان | ۱۳۵۲ | ۲ | ۳۰ | ۶۰ | ۸/۲۴ | اسپی باتین یول |
| مشهد | مشهد | ۵۳-۱۳۵۲ | ۲ | ۶۰ | ۱۲۰ | ۹/۲۸ | اشکودا |
| نکا (شهید سلیمی) | نکا | ۶۰-۱۳۵۸ | ۴ | ۴۴۰ | ۱۷۴۰ | ۵/۳۵ | براون باوری |
| اهواز (رامین) | اهواز | ۷۸-۱۳۵۸ | ۶ | ۳۲۰ | ۱۲۸۰ | ۴/۴۲ | تکنوبروم اکسپورت |
| بندرعباس | بندرعباس | ۶۴-۱۳۵۹ | ۴ | ۳۲۰ | ۱۲۸۰ | ۰/۳۴ | جی.ای.ئی |
| شهید منتظری | اصفهان | ۷۸-۱۳۶۳ | ۸ | ۲۰۰ | ۱۶۰۰ | ۷/۳۵ | تکنوبروم اکسپورت |
| توس | مشهد | ۶۶-۱۳۶۴ | ۴ | ۱۵۰ | ۶۰۰ | ۰/۳۵ | برائن باوری |
| تبریز | تبریز | ۶۸-۱۳۶۵ | ۲ | ۳۶۸ | ۷۳۶ | ۸/۳۵ | آلستوم |
| شهید رجائی | قزوین | ۱۳۷۱ | ۴ | ۲۵۰ | ۱۰۰۰ | ۵/۳۰ | میتسوبیشی |
| بیستون | کرمانشاه | ۱۳۷۳ | ۲ | ۳۲۰ | ۶۴۰ | ۷/۳۶ | جی.ای.ئی |
| شهید مفتح (غرب) | همدان | ۱۳۷۳ | ۴ | ۲۵۰ | ۱۰۰۰ | ۵/۳۵ | میتسوبیشی |
| ایرانشهر | ایرانشهر | ۸۲-۱۳۷۴ | ۴ | ۶۴ | ۲۵۶ | ۷/۲۹ | اشکودا |
| شازند | اراک | ۸۰-۱۳۷۹ | ۴ | ۳۲۵ | ۱۳۰۰ | ۵/۴۲ | دی.ای.سی |
| سهند | تبریز | ۸۴-۱۳۸۳ | ۲ | ۳۲۵ | ۶۵۰ |
| حجم: | 2.53 MB |
| فایل‌ها: | 65 |
- حذف کش
