تحليل ترموديناميكي يك توربين كوچك گازي خورشيدي 30 كيلوواتي بر اساس شرايط تابش در استان قم

Thermodynamic analysis of a 30 kW gas-solar hybrid microturbine system based on radiation conditions in Qom province

در اين مقاله، يك توربين گازي كوچك 30 كيلوواتي كه با يك متمركز كننده سهموي خورشيدي تركيب شده است در سه شرايط تابش مختلف در استان قم به صورت ترموديناميكي تحليل شده است. در سيستم فوق از يك بازياب حرارت نيز به منظور افزايش كارايي چرخه استفاده گرديده است. برنامه مربوط به مدل‌سازي ترموديناميكي در محيط نرم‌افزار "حلگر معادلات مهندسي" نوشته شده است. اثر پارامترهاي تاثيرگذار مانند دماي محيط، نسبت فشار كمپرسور، دماي گاز ورودي به توربين، شدت تابش خورشيد، مساحت دريافت كننده و وجود بازياب حرارتي بر عملكرد سيستم مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش نسبت فشار كمپرسور، بازده الكتريكي و مكانيكي سيستم ابتدا افزايش و سپس كاهش مي‌يابد و براي اينكه راندمان كلي سيستم مقدار حداكثر خود را داشته باشد، لازم است نسبت فشار كمپرسور در محدوده 3 الي 4 باشد. همچنين، توربين گازي-خورشيدي در ماه مرداد مصرف ويژه سوخت را تا حدود 58 درصد نسبت به توربين گازي كوچك ساده كاهش و همزمان راندمان الكتريكي و مكانيكي سيستم را حدود 20 درصد افزايش مي‌دهد. علاوه بر اين با افزايش مساحت دريافت كننده به ازاي هر 20 متر مربع، مصرف ويژه سوخت 38 درصد كاهش مي‌يابد.

In this paper, the thermodynamic analysis of a 30 kW gas microturbine combined with a solar parabolic concentrator has been performed under three different radiation conditions in Qom province. In the above system, a heat recovery, recuperator, is also used to increase the efficiency of the cycle. The programming is written in EES software. The effect of influential parameters such as ambient temperature, compressor pressure ratio, inlet gas temperature to the turbine, solar radiation intensity, receiver area and the presence of recuperator on the system performance have been investigated. The results show that with increasing the compressor pressure ratio, the electrical and mechanical efficiency of the system first increases and then decreases so that the overall efficiency of the system has its maximum value in the compressor pressure ratio in the range of 3 to 4. Also, the gas-solar turbine in August reduces the specific fuel consumption by about 58% compared to simple gas microturbines and at the same time increases the electrical and mechanical efficiency of the system by about 20%. In addition, by increasing the area of the receiver per 20 m2, the specific fuel consumption is reduced by about 38%.