بررسي انرژتيك چرخه رانكين آلي براي توليد توان از حرارت هاي باز يافتي دما پايين كلكتور سهموي خطي خورشيدي با در نظر گرفتن ملاحظات زيست محيطي

Energetic Investigation of Organic Rankine Cycle for Low Temperature Waste Heat Recovery Power Generation by Parabolic Trough Collector with Environmental Consideration

سيستم هاي توليد توان از انرژي هاي تجديد پذير باعث كاهش مصرف انرژي اوليه و انتشار آلاينده ها مي شوند. چرخه رانكين آلي با استفاده از انرژي خورشيدي مي تواند راه حلي مناسب براي توليد توان باشد. در اين چرخه ها، سيالات عامل آلي جايگزين آب مي شود. مطالعه فوق با استفاده از شبيه سازي ترموديناميكي به تحليل عملكرد چرخه رانكين آلي، انتخاب سيال عامل مناسب براي اين چرخه ها مي پردازد. در اين مطالعه، منبع گرما كلكتور سهموي خطي خورشيدي با دماي °C260 در نظر گرفته شده است و سيستم 10 كيلو وات توان الكتريكي توليد مي كند. تاثير خواص دوازده سيال عامل مختلف بر بازده كلي چرخه بررسي شده است. خواص ترموديناميكي و فيزيكي، اثرات زيست محيطي، ايمني، در دسترس بودن و هزينه همگي ملاحظاتي هستند كه براي انتخاب سيال عامل مهم مي باشند. سيال نرمال دكين بالاترين بازده در چرخه ارايه مي دهد و در نتيجه، باعث كمينه شدن سطح كلكتور مي شود، ولي اين سيال بالاترين حجم مخصوص بخار اشباع (چگالنده در مقياس بزرگ) و پايين ترين فشار اشباع را در چگالنده (نفوذ گازهاي غير قابل چگالش) دارد. مناسب ترين سيالات براي اين سيستم با توجه به تمام جنبه ها به ترتيب عبارتند از: R113 ،R123و ايزوپنتان. در مقايسه سه سيال، R113 بالاترين بازده و بيشترين اثرات مخرب را بر محيط زيست دارد، ولي سيال مناسبي از نظر ايمني مي باشد. ايزوپنتان كمترين بازده را دارد و بالاترين حجم مخصوص بخار، اما سيالي با فشار اشباع بالاتر از فشار جَو و اشتعال پذيري بالا مي باشد. R123 سيالي با بازده گرمايي بالا و اثرات مخرب زيست محيطي پايين مي باشد.

Power generation systems by renewable energy can reduce primary energy consumption and harmful emissions. Organic Rankine Cycles (ORC), together with solar energy as a heat source, is a possible solution for producing power. In these cycles water is replaced with organic working ?uids. This study uses a thermodynamic simulation for performance analysis of ORC, choosing a suitable working fluid for these Cycles. In this study, Parabolic Trough collector as a heat source with temperature of 260°C has been considered. The system defined generated 10kW of electrical power. The effects of the properties of twelve different working fluids, on the overall cycle efficiency have been investigated. The thermodynamic and physical properties, environmental impacts, safety, availability and cost are among the important considerations when selecting a working ?uid. N-decane presents the best cycle efficiency, resulting in the minimum collector surface area. However, this fluid has the highest saturated vapor specific volume (resulting in a larger condenser) and the lowest condenser saturation pressure (higher infiltration of non-condensable gases). The best candidates for the cycle regarding all the considered aspects considered are: R113, R123 and Isopentane. Comparing these three fluids, R113 presents the highest efficiency and with highest impact in environment but good fluid from safety point of view. Isopentane presents the smallest cycle efficiency and biggest vapor specific volume, but is the fluid with super-atmospheric saturation pressure and higher flammability. R123 presents the high efficiency and with low impact in environment.