مدل‌سازی ترمودینامیکی و تحلیل جامع عملکرد یک چرخۀ واقعی ترکیبی خورشیدی در خارج از شرایط طراحی

نویسندگان

1 شرکت کیان توربوپارس

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در مقالۀ حاضر، مدل‌سازی ترمودینامیکی و تحلیل جامع عملکرد یک نیروگاه واقعی چرخۀ ترکیبی خورشیدی (ISCC) انجام شده است. ارزیابی عملکرد چرخۀ نیروگاه، در خارج از شرایط طراحی و در دو حالت عملکردی افزایش توان و صرفه‌جویی در سوخت، مورد بررسی قرار گرفته که تاکنون در پژوهش‌های قبلی، چنین رویکردی لحاظ نشده است. نیروگاه یزد به‌عنوان نیروگاه مورد مطالعه، شامل کلکتورهای سهموی بوده که به بخش بخار چرخۀ ترکیبی متصل شده‌اند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی چرخه، در ساعات مختلف روز طراحی و در دوازده ماه سال ارائه شده است. مطابق با این نتایج، در حالت افزایش توان (مصرف سوخت ثابت)، از ساعت 6 صبح تا ساعت 15 روز طراحی، میزان تولید بخار بخش فسیلی، kg/s 12 کاهش یافته اما میزان تولید بخار بخش خورشیدی، kg/s 36 افزایش داشته است. فلسفۀ کنترلی شروع تولید بخار در میدان خورشیدی، با تثبیت دمای روغن در مقدار C° 392 تحلیل شده است. در حالت صرفه‌جویی در سوخت (توان خروجی ثابت)، در صورت فعال بودن میدان خورشیدی، مصرف سوخت مشعل‌های کمکی به میزان 28 هزار کیلوگرم در روز طراحی کاهش داشته است. نتایج این مقاله، بیانگر پایداری بیشتر توان خروجی نیروگاه‌های ISCC نسبت به چرخه‌های ترکیبی متداول، در روزهای گرم سال است.

کلیدواژه‌ها


[1] Duffie, J. A. and Beckman, W. A., Solar Engineering of Ehermal Processes, John Wiley & Sons, 2013. [2] Allani, Y., Favrat, D. and Von Spakovsky, M. R., "CO2 Mitigation Through the Use of Hybrid Solar-Combined Cycles", Energy Conversion and Management, Vol. 38, pp. S661–S667, 1997. [3] Baghernejad, A. and Yaghoubi, M., "Exergoeconomic Analysis and Optimization of an Integrated Solar Combined Cycle System (ISCCS) Using Genetic Algorithm", Energy Conversion and Management, Vol. 52, pp. 2193–2203, 2011. [4] Bakos, G. C. and Parsa, D., "Technoeconomic Assessment of an Integrated Solar Combined Cycle Power Plant in Greece Using Line-Focus Parabolic Trough Collectors", Renewable Energy, Vol. 60, pp. 598–603, 2013. [5] Binamer, A. O., "Al-Abdaliya Integrated Solar Combined Cycle Power Plant: Case Study of Kuwait, Part I", Renewable Energy, Vol. 131, pp. 923–937, 2019. [6] Elmohlawy, A. E., Ochkov, V. F. and Kazandzhan, B. I., "Study and Prediction the Performance of an Integrated Solar Combined Cycle Power Plant", Energy Procedia, Vol. 156, pp. 72–78, 2019. [7] Ameri, M. and Mohammadzadeh, M., "Thermodynamic, Thermoeconomic and Life Cycle Assessment of a Novel Integrated Solar Combined Cycle (ISCC) Power Plant", Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 27, pp. 192–205, 2018. [8] Achour, L., Bouharkat, M. and Behar, O., "Performance Assessment of an Integrated Solar Combined Cycle in the Southern of Algeria", Energy Reports, Vol. 4, pp. 207–217, 2018. [9] Turchi, C. S. and Ma, Z., "Co-located Gas Turbine/Solar Thermal Hybrid Designs for Power Production", Renewable Energy, Vol. 64, pp. 172–179, 2014. [10] Montes, M. J., Rovira, A., Muñoz, M. and Martínez-Val, J. M., "Performance Analysis of an Integrated Solar Combined Cycle Using Direct Steam Generation in Parabolic Trough Collectors", Applied Energy, Vol. 88, pp. 3228–3238, 2011. [11] Baghernejad, A., Yaghoubi, M. and Jafarpur, K., "Exergoeconomic Comparison of Three Novel Trigeneration Systems Using SOFC, Biomass and Solar Energies", Applied Thermal Engineering, Vol. 104, pp. 534–555, 2016. [12] Abdelhafidi, N., Bachari, N. E. I., Abdelhafidi, Z., Cheknane, A., Mokhnache, A. and Castro, L., "Modeling of Integrated Solar Combined Cycle Power Plant (ISCC) of Hassi R’mel, Algeria", International Journal of Energy Sector Management, 2019. [13] Dayem, A. M. A., Metwally, M. N., Alghamdi, A. S. and Marzouk, E. M., "Numerical Simulation and Experimental Validation of Integrated Solar Combined Power Plant", Energy Procedia, Vol. 50, pp. 290–305, 2014. [14] Wang, S. and Fu, Z., "Thermodynamic Investigation of an Integrated Solar Combined Cycle with an ORC System", Entropy, Vol. 21, pp. 428, 2019. [15] Baghernejad, A. and Yaghoubi, M., "Exergy Analysis of an Integrated Solar Combined Cycle System", Renewable Energy, Vol. 35, pp. 2157–2164, 2010. [16] Mehrnia, V. and Khoshkhoo, R., "Solar Field Thermo-Economical Optimization of Yazd Integrated Solar Combined Cycle (ISCC)", Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, pp. 117–127, 2014. [17] Izadpanah, S., Haghighi-khoshkhoo, R. and Torabnejad, E., "Thermodynamic Analysis of Yazd Solar Combined Cycle Power Plant", 26th International Power System Conference, 2011. [18] Design Documents of Yazd Integrated Solar Combined cycle Power Plant, Prepared for Iran Power Plant Projects Management Co. (MAPNA). [19] Ehyaei, M. A., Mozafari, A. and Alibiglou, M. H., "Exergy, Economic & Environmental (3E) Analysis of Inlet Fogging for Gas Turbine Power Plant", Energy, Vol. 36, pp. 6851–6861, 2011. [20] Rovira, A., Valdés, M. and Durán, M. D., "A Model to Predict the Behaviour at Part Load Operation of Once-Through Heat Recovery Steam Generators Working with Water at Supercritical Pressure", Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 1652–1658, 2010. [21] Ganapathy, V., "Simplify Heat Recovery Steam Generator Evaluation", Hydrocarbon Processing, Vol. 69, 1990. [22] Smith, D. M., "Mean Temperature Difference in Cross Flow", Engineering, Vol. 138, pp. 479–481, 1934. [23] Weir, C. D., "Estimating the Performance of Gas Turbine Heat-Recovery Boilers Off-Design", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 202, pp. 269–277, 1988. [24] Lee, J. J. and Kim, T. S., "Development of a Gas Turbine Performance Analysis Program and its Application", Energy, Vol. 36, pp. 5274–5285, 2011. [25] García, I. L., Álvarez, J. L. and Blanco, D., "Performance Model for Parabolic Trough Solar Thermal Power Plants with Thermal Storage: Comparison to Operating Plant Data", Solar Energy, Vol. 85, pp. 2443–2460, 2011. [26] Romero-Alvarez, M. and Zarza, E., Concentrating Solar Thermal Power, CRC Press, 2007.