تحليل اگزرژي‌اقتصادي يك سيستم توليد توان و گرمايش خورشيدي براي استفاده در دانشكده فني و مهندسي دانشگاه اروميه

Exergoeconomic Analysis of a Heating and Power Generation Solar System for Using at the Engineering Faculty of Urmia University

در اين مقاله، مطالعه اگزرژي و هزينه در چهارچوب تحليل اگزرژي‌ اقتصادي استفاده از يك سيستم توليد توان و گرمايش با محركه اوليه كلكتورهاي خورشيدي سهموي براي استفاده در دانشكده فني و مهندسي دانشگاه اروميه به‌عنوان يك مطالعه موردي بررسي شده است. اين سيستم تركيبي از زيرسيستم خورشيدي و سيكل ارگانيك رانكين است. اين مطالعه براساس سه حالت تابش خورشيدي كم‌تابش، پرتابش و بدون تابش در طول يك شبانه‌روز شكل گرفته است. در حالت اول شار دريافتي خورشيدي در سطح پايين بوده و ذخيره‌سازي انرژي وجود ندارد. در حالت دوم علاوه بر راه‌اندازي سيكل ارگانيك رانكين توسط كلكتورها، ذخيره‌سازي انرژي نيز صورت مي‌گيرد. در حالت سوم فقط از قسمت ذخيره‌ساز انرژي استفاده مي‌شود. نكته مهم اين مطالعه توجه به نياز واقعي انرژي يك مكان و تحليل مطابق با شار تابش متغير خورشيدي است. با توجه به شرايط اقليمي حاكم بر ساختمان مورد نظر، مقدار بار گرمايي آن 1253.2kW محاسبه شده است. همچنين مقدار توان الكتريكي مورد نياز آن 1500kW است. تحليل اگزرژي اقتصادي براساس سه پارامتر مهم طراحي كه عبارتند از طول روزهاي يك سال ميلادي، دماي ورودي پمپ ارگانيك رانكين و فشار ورودي توربين ارگانيك رانكين انجام شده است. مطابق با نتايج، در يك روز سرد مقدار هزينه بر واحد اگزرژي در سه حالت تابش خورشيدي ذكرشده به‌ترتيب در حدود GJ/$19، GJ/$16 و GJ/$20 به دست آمده است. همچنين بيشترين نرخ نابودي اگزرژي در كلكتورهاي خورشيدي سهموي و اواپراتورهاي سيكل ارگانيك رانكين اتفاق مي‌افتد.

In this paper, a study from the perspective of exergy and cost in the framework of exergoeconomic analysis of a heating and power generation system with parabolic trough solar collectors was carried out as a case study to be used at the engineering faculty of Urmia University. The system consists of a solar subsystem with an Organic Rankine Cycle (ORC). This study is based on three different solar radiation modes during a day, including solar mode, solar and storage mode, and storage mode. In the first mode, the solar flux is at a low level and there is no energy storage. In the second mode, there is energy storage in addition to running the ORC by collectors. In the third mode, only storage tank is used. Paying attention to the actual energy demand of the location and the analysis according to the variable solar radiation are the important points of this study. Due to the weather conditions prevailing on the building, its heating load is 1253.2kW. Also, the electric power required is about 1500kW. Exergoeconomic analysis is based on three important design parameters, including the number of the day through the year, ORC pump input temperature, and ORC turbine inlet pressure examined. The results indicate that in a cold day, the cost per unit of exergy in the three mentioned modes are about 19$/GJ, 16$/GJ, and 20$/GJ, respectively. Also, the highest exergy destruction rate occurs in parabolic trough solar collectors and ORC evaporators.