تحليل انرژي، اگزرژي، اقتصادي و زيست محيطي (4E) يك چرخه‌ي رانكين آلي خورشيدي با توليد همزمان توان و گرما

Energy, exergy, economic, environmental (4E) analyses of a solar organic Rankine cycle to produce combined heat and power

در اين پژوهش با رويكردي همه جانبه، تحليل انرژي، اگزرژي، اقتصادي و زيست محيطي (4E) يك چرخه رانكين آلي با هدف توليد همزمان توان و گرما با منبع انرژي خورشيدي انجام‌شده‌است. به منظور بررسي جامع بخشهاي مختلف سيستم طراحي شده در كنار يكديگر، پس از مدلسازي و طراحي ترموديناميكي چرخه رانكين آلي، به كارگيري كلكلتورهاي خورشيدي تخت و سهموي و همچنين بويلر گازسوز به عنوان تجهيزات تامين كننده انرژي در حالت‌هاي مختلف مستقل و يا تركيبي و همچنين در دو حالت جريان منبع گرمايي باز و يا بسته، مورد بررسي قرار گرفته‌اند. با اين هدف كه در حالت جريان منبع گرمايي باز، از جريان خروجي با دماي oC 80 براي تامين گرماي مورد نياز در بخش‌هاي مختلف استفاده شود؛ هر چند كه در حالت جريان بسته مقدار انرژي اوليه‌ي مورد نياز كمتر خواهد بود. همچنين استفاده از پنل‌هاي فتوولتاييك، جهت تامين انرژي مورد نياز سيستم پمپاژ چرخه مورد بررسي قرار گرفته است. محاسبات نشان مي‌دهد كه براي مقياس مورد مطالعه در ايران، هزينه توان توليدي از كمترين به بيشترين به ترتيب مربوط به استفاده از بويلر گازسوز، كلكتور خورشيدي سهموي، پنل‌هاي فتوولتاييك و كلكتورهاي خورشيدي تخت مي‌باشد. همچنين با استفاده بهينه از منابع انرژي در حالت توليد همزمان توان و گرما (جريان باز) نسبت به حالت توليد توان (جريان بسته)، از ديدگاه انرژي 8.61% و از ديدگاه اگزرژي 8.11%، افزايش بهره-وري حاصل مي‌شود؛ هر چند كه حالت جريان منبع حرارتي باز نسبت به حالت جريان بسته نيازمند هزينه‌ي سرمايه گذاري بالاتري مي باشد

In this paper, with a comprehensive approach the energy, exergy, economic and environmental (4E) analyses of an organic Rankine cycle (ORC) to produce combined heat and power (CHP) based on solar energy have been performed. In order to perform a plenary survey, after thermodynamic modeling of the ORC, the study of the flat plate solar collectors (FPC), parabolic through solar collectors (PTC) and gas-fired boiler as the energy supplier equipment in the independent or combination models, as well as in the open or circulated state of the heat source flow have been done. In the open heat source flow state, the outlet flow of heat source at temperature of 80 °C is used to provide required heat in different sectors; however, in the circulated flow state, the amount of required primary energy is less than the open heat source flow state. Also, the use of photovoltaic panels to provide the pumping power of cycle is studied. The calculations show that the cost of produced power from lowest to highest is related to the use of gas-fired boiler, parabolic trough solar collector, photovoltaic panels and flat plate solar collectors respectively. Also, because of the efficient use of energy resources in the combined heat and power generation (open heat source flow) compared to power generation (circulated heat source flow), the energy and exergy efficiencies are increased %8.61 and %8.11 respectively; although the open heat source flow system compared to circulated flow system require higher investment cost.