شبيه‌سازي و بررسي پارامتري چرخه تجميعي متمركز كننده‌هاي سهموي خورشيدي و چرخه آلي رانكين براي توليد توان الكتريكي

Simulation and Parametric Investigation of Combined Parabolic Through Collector (PTC) and Organic Rankine Cycle (ORC

خورشید به­ عنوان یكی از منبع­های پایان ناپذیر انرژی است كه امكان تولید برق و گرما از آن به راحتی وجود دارد. چرخه آلی رانكین همانند چرخه شناخته شده بخار رانكین است با این تفاوت كه در آن از یك سیال آلی به­ جای بخار استفاده می­ شود. این مطالعه به بررسی انتخاب سیال عامل مناسب برای چرخه آلی رانكین ، راهكاری برای بهبود عملكرد و افزایش راندمان، شناسایی پارامترها و متغیرهای تأثیرگذار بر راندمان چرخه آلی رانكین، بهره‌گیری از مبدل گرمایی مناسب در چرخه تجمیعی كلكتور‌های سهموی خورشیدی و چرخه آلی رانكین پرداخته است. توان خروجی سامانه 2140 كیلو وات و منبع گرمایی سامانه، انرژی استحصال شده توسط كلكتورهای سهموی خورشیدی است. چرخه در دمای 250 درجه سلسیوس كه متوسط دمای كلكتورهای سهموی لوله‌ای است، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در این مطالعه تهران به­عنوان شهر مورد نظر برای محاسبه­ های تابش خورشید و تغییرهای فصل، انتخاب شده است. بررسی سیال­ های كاری متفاوت به منظور یافتن بیشترین راندمان خالص در چرخه تجمیعی متمركز كننده‌های سهموی خورشیدی و چرخه آلی رانكین صورت پذیرفت و نشان داده شد كه سیال­ های R-123 ، R-141B ، R-113 و R-245ca به ترتیب دارای راندمان خالص چرخه 17/15، 83 /15، 21/14 و 87 /11 درصد می‌باشند و از آن میان، سیال R-141B بیشترین راندمان خالص و سیال R-245ca بیشترین توان الكتریكی را دارا می باشد. تأثیر تغییرهای دمای محیط برای تابستان و زمستان، ارتفاع محل نصب و ... مورد بررسی قرار گرفت.

Development of innovative thermodynamic cycles is important for the efficient utilization of low-temperature heat sources such as solar, geothermal, and waste heat sources. Binary mixtures exhibit variable boiling temperatures during the boiling process, which leads to a good thermal match between the heating fluid and working fluid for efficient heat source utilization. This study presents a theoretical analysis of a combined power cycle, which combines the organic Rankine cycle and parabolic through collectors cycle, uses different organic fluid as the working fluid and produces power. This cycle, also known as the ORC, can be used as a downstream cycle using heat source from a solar radiations, and it can using low to mid-temperature sources with concentrator or not. A thermodynamic analysis of power was presented. The performance of the cycle for a range of turbine pressure, ambient temperature, condenser pressure, altitude , and different working fluids were studied to find out the sensitivities of gross power, net power, electrical efficiency, net electrical efficiencies and plant auxiliary, effective efficiency. The thermodynamic analysis covered a broad of boiler temperatures, 250 °C and pressure 20 Bar.The first law efficiencies of 11.85 % are achievable at 250 °C and pressure 20 Bar with R-123 as working fluid. The cycle can reached to 19.64 %  net electrical efficiency with recuperate heat exchanger that works at 44 bar pressure 250 °C temperature and with R-141B as working fluid.