پایان نامه مکانیک: بهینهسازی سیکل ارگانیک رانکین ترکیبی
یکی از راه حل های آینده نگر برای پاسخگویی به افزایش چشمگیر تقاضای جهانی انرژی و مقابله با مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی؛ بهره گیری از انرژی حرارتی خورشیدی برای هدایت واحد تولید برق در مقیاس بزرگ و کوچک است. به منظور ارتقاء عملکرد این واحدها در تبدیل انرژی تجدید پذیر، لازم است تا فناوریهای نوین تبدیل انرژی ایجاد یا بهبود یابند. به دلیل توانایی سیکل ارگانیک رانکین (ORC) در بازیابی کارآمد منابع کم حرارت مانند انرژی خورشیدی؛ به عنوان یکی از فناوری های امیدوار کننده در زمینه سیستم های گرمایی و قدرت ترکیبی کوچک و متوسط در نظر گرفته شده است. در این تحقیق به ارزیابی عملکرد ترمودینامیکی و ارزیابی اقتصادی یک سیستم قدرت سیکل ارگانیک رانکین ترکیبی زیست توده- خورشیدی در مقیاس کوچک (10 کیلو وات) می پردازیم. این سیستم از دو مدار تشکیل شده است، یکی مدار سیال ارگانیک و دیگری مدار حرارت خورشیدی؛ که در آنها انرژی حرارتی توسط مجموعه ای از کلکتورهای لوله تخلیه خورشیدی (ETC) با تیوب های گرما تأمین می شود. یک بویلر زیست توده نیز برای جبران قطع انرژی خورشیدی ادغام شده است. برای شبیه سازی و پیش بینی رفتار سیستم در دوره روزانه برای فصول مختلف؛ یک مدل دینامیک برای سیستم قدرت سیکل ارگانیک رانکین ترکیبی ارائه شده است. در بررسی ترمودینامیکی، یک مدل ریاضی ترمودینامیکی کلی در سیستم قدرت پیشنهادی ارائه گردیده است. مدل محاسبه نیروگاه سیکل ارگانیک رانکین شامل تعدادی حجم کنترل است و در هر حجم؛ معادلات ذخیره جرم و انرژی برای توصیف فرآیندهای انتقال انرژی به کار رفتند. مجموعه معادلات با استفاده از تولباکس بنام Thermolib در محیط سیمولینک MATLAB حل شدند. نتایج عددی به دست آمده در عملکرد نیروگاه سیکل ارگانیک رانکین؛ با داده های نظری و آزمایشی موجود در ادبیات مقایسه گردید. نتایج پیش بینی شده با داده های منتشر شده در ادبیات مطابقت بسیار خوبی داشتند. مقایسه نشان داد که مدل شبیه سازی توسعه یافته نیروگاه ORC با دقت بسیار زیادی عملکرد را با حداکثر انحراف کمتر از 7٪ پیش بینی می کند. از مدل ریاضی توسعه یافته برای انجام تحلیل پارامتری برای بررسی تأثیر شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد سیستم استفاده شده است. تجزیه و تحلیل اقتصادی با استفاده از تکنیک هزینه یابی تجهیزات برای برآورد کل هزینه سرمایه گذاری سیستم انجام شده است. این رویکرد با توجه به تمامی هزینه های مستقیم و غیرمستقیم مؤلفه های پیشنهادی، براساس همبستگی هزینه یابی هر یک از مؤلفه های موجود در سیستم است. محاسبات هزینه سیستم برای طیف وسیعی از پارامترهای عملیاتی و سیالات کارکن متفاوت برای یک مقدار ثابت از توان خروجی خالص انجام شده است. در مرحله آخر تحقیق، یک روش بهینه سازی ترمودینامیک با استفاده از رویکرد الگوریتم گرگ های خاکستری برای انتخاب مجموعه منطقی پارامترهای طراحی و شرایط عملیاتی برای عملکرد بهینه سیستم ایجاد شده است.