بهره‌برداری از سیستم‌های یکپارچه انرژی با در نظر گرفتن ماشین‌های برقی93
فهرست مطالب
2-7-1 انواع نیروگاههای خورشیدی.. 8
2-7-2 نیروگاههای سهموی خطی.. 9
2-7-3 نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی (CRS)10
2-7-4 نیروگاههای بشقابک سهموی 12
2-7-5 نیروگاههای دودکش خورشیدی.. 13
2-7-6 نیروگاه کلکتورهای فرنل 15
2-8-1 تولید همزمان برق و حرارت... 15
2-10 کاربردهای سیستم یکپارچه انرژی.. 25
4-4-1 هاب دارای یک ورودی و یک خروجی.. 49
4-4-2 هاب دارای چند ورودی و چند خروجی.. 50
4-6 ذخیره‌ساز در هاب انرژی.. 55
4-8 مدل2 : : بررسی هاب انرژی با در نظر گرفتن خودروهای برقی و ذخیره‌سازها59
5-2-1 نتایج شبیه‌سازی مدل 1. 65
5-3 مدل 2 : بررسی هاب انرژی با در نظر گرفتن خودروهای برقی و ذخیره‌سازها66
5-3-1 نتایج شبیه‌سازی مدل 2. 67
5-5 مدل 4 :هاب انرژی با در نظر گرفتن انرژی خورشیدی در ورودی و خودروهای برقی در خروجی.. 85
جدول 2‑1 - جدول مقایسه برخی خودروهای موجود [10]26
جدول5‑1- مقادیر اولیه و ضرایب حاملهای انرژی ورودی.. 66
جدول5‑2- ضرایب راندمان ماتریس کوپلینگ... 66
جدول 5‑3مقادیر اولیه و ضرایب حاملهای انرژی ورودی.. 68
جدول 5‑4ضرایب راندمان ماتریس کوپلینگ... 68
جدول 5‑5مقادیر و ضرایب ذخیره‌ساز. 69
جدول 5‑6مقایسه هزینه تولید توان در دو حالت با و بدون ماشین برقی.. 71
6 فهرست شکل‌ها
شکل2‑1- مثالی از یک هاب انرژی شامل ورودی، خروجی مبدل و ذخیره‌ساز [4]4
شکل2‑2- ساختار داخلی یک نیروگاه خورشیدی از نوع سهموی خطی [6]8
شکل2‑3- اجزای سازندهآینه نیروگاه خورشیدی سهموی خطی [6]8
شکل2‑4- نمای یک نیروگاهخورشیدی از نوع نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی (CRS) [6]9
شکل2‑5- ساختار یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی [6]10
شکل2‑6- نمای یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاههای بشقابک سهموی [6]12
شکل2‑7- ساختار یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاههای بشقابک سهموی [6]12
شکل2‑8- شماتیک عملکرد نیروگاههای حرارتی دودکش خورشیدی [6]13
شکل2‑9- شکل یک ماشین برقی ساخته‌شده در حال شارژ [10]20
شکل 2‑10- ساختار یک خودرو برقی [10]21
شکل3‑1-هاب انرژیموردمطالعه، شامل سه قسمت شبکه، هاب و بار. 29
شکل3‑2- هاب شبکه شامل چند ورودی و چند خروجی.. 31
شکل3‑3- مدل یک شبکه انتقال با کمپرسور (C) و خط لوله (P)32
شکل3‑4- مقایسه بهره‌برداریبهینه در دوحالت فقط الکتریسیته و بهره‌برداری چند حاملی.. 33
شکل3‑5- مدلکلی هاب انرژی.. 34
شکل3‑6- مدل هابانرژی با تمرکز بر انرژی‌های نو. 34
شکل3‑7- سیستمی از هابها و خطوط انتقال و گره‌ها35
شکل3‑8- مدل هاب انرژی خانگی.. 36
شکل3‑9- PHEV با سوختفسیلی مدلل شده به‌عنوان یک هاب... 37
شکل3‑12- هاب انرژی پیشنهادی.. 42
شکل4‑1- شکلپایهیکهابانرژی.. 48
شکل4‑2- نمادهایریاضیورودیوخروجی‌هاب... 48
شکل4‑3- شکلکلیهابانرژیبادر نظرگرفتنحاملهایانرژیورودیوخروجی [20]49
شکل4‑4- شیوهتقسیمیکحاملانرژیبینمبدل‌هایداخلهاب [20]51
شکل4‑5- یکهابنمونهشاملترانسفورمر،توربینگازی،کورهگازیومبدلحرارتی [20]52
شکل4‑6- مدلیک ذخیره‌ساز انرژی [20]54
شکل4‑7- وضعیتذخیره‌سازها در هاب انرژی [20]55
شکل4‑10- هاب انرژیمدل 2- استفاده از ذخیره‌ساز و ماشین برقی به‌عنوان خروجی.. 59
شکل4‑11- هاب مدل 3 (قیمت حامل انرژی الکتریسیته متغیر)60
شکل 5‑2- نمودار الگوی بار مصرفی در طول یک شبانه‌روز از سال. 63
شکل5‑3- نمودار توان تولیدی در حالاتیکه قیمت حاملهای انرژی ثابت فرض شود64
شکل5‑4- نمودار توان تولیدی در حالاتیکه قیمت حاملهای انرژی ثابت فرض شود65
شکل5‑5- هاب انرژی مدل 2- استفاده از ذخیره‌ساز و ماشین برقی به‌عنوان خروجی.. 65
شکل5‑6- نمودار تولید الکتریسیته و گاز طبیعی در حالت وجود ماشین‌های برقی.. 67
شکل5‑7- نمودار تولید الکتریسیته و گاز طبیعی در حالت وجود ماشین‌های برقی.. 67
شکل5‑8- نمودار شارژ و دشارژ ذخیره‌ساز در طول شبانه‌روز. 68
شکل5‑9-نمودار تغییرات حامل انرژی الکتریسیته با تغییرات ماشین برقی در طول یک شبانه‌روز. 70
شکل5‑10- نمودار تغییرات حامل گاز طبیعی با تغییرات ماشین برقی در طول یک شبانه‌روز. 71
شکل5‑11نمودار تغییرات هزینه کل انرژی تولیدی با افزایش تعداد ماشین‌های برقی.. 72
شکل5‑12نمودار میزان شارژ و دشارژ شدن ذخیره‌ساز در طول 24 ساعت باوجود ماشین‌های برقی مختلف... 73
شکل5‑13وضعیت ذخیره‌ساز شبکه در حالت‌های مختلف تعداد ماشین‌های برقی.. 74
شکل5‑14نمودار تولید توان برای حالت بدون ماشین برقی.. 75
شکل5‑15نمودار تولید توان برای حالت بدون ماشین برقی.. 75
شکل5‑16نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 12 دستگاه76
شکل5‑17نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 12 دستگاه76
شکل5‑18نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 36 دستگاه77
شکل5‑19نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 36 دستگاه77
شکل5‑20نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 61 دستگاه78
شکل5‑21نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 61 دستگاه78
شکل5‑22نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 183 دستگاه79
شکل5‑23نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 183 دستگاه79
شکل5‑24نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 244 دستگاه80
شکل5‑25نمودار توان تولیدی به ازای تعداد ماشین برقی 244 دستگاه80
شکل5‑26- هاب مدل 3 (قیمت حامل انرژی الکتریسیته متغیر)81
شکل5‑27نمودار تغییرات قیمت حاملهای انرژی ورودی در طول شبانه‌روز. 81
شکل5‑28بررسی وضعیت تولید توان الکتریکی در دو حالت قیمت ثابت و قیمت متغیر در طول 24 ساعت... 82
شکل5‑29مقایسه نمودارهای بار الکتریکی و توان تولیدی و قیمت حامل الکتریسیته. 82
شکل5‑30 بررسی وضعیت تولید گاز طبیعی در دو حالت قیمت ثابت و قیمت متغیر در طول 24 ساعت... 83
شکل5‑31 نمودار اختلاف قیمت توان تولیدی در دو حالت قیمت ثابت و قیمت متغیر. 83
شکل5‑32مقایسه شارژ و دشارژ توان در دو حالت قیمت ثابت و متغیر. 84
شکل5‑33- هاب مدل 4 با در نظر گرفتن ماشین‌های برقی و نیروگاه خورشیدی.. 85
شکل5‑34میزان و شدت تابش نور خورشید در طول شبانه‌روز. 86
شکل5‑40 کاهش قیمت کل تولید با افزایش تولید نیروگاه خورشیدی.. 90
شکل5‑41 بررسی وضعیت تولید برق با افزایش تولید نیروگاه خورشیدی.. 91
شکل5‑42 مقایسه تولید گاز طبیعی با افزایش تولید توان خورشیدی.. 92
شکل5‑43مقایسه توان ذخیره شده در باتری ماشین‌ها بر اساس افزایش تولید نیروگاه خورشیدی.. 93
شکل5‑44وضعیت شارژ و دشارژ توان در مبدل الکتریکی ذخیره‌ساز. 94
فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه
افزایش روزافزون بارهای الکتریکی و حرارتی و نیز کاهش منابع تجدید ناپذیر انرژی همچون زغال‌سنگ، نفت و گاز، بشریت را در تنگنای بحران انرژی قرار خواهد داد. بحرانی که چه‌بسا جنگ‌های خونینی را در پی به دست آوردن منابع جدید انرژی به دنبال خواهد داشت. همچنان که از لابلای تاریخ پیداست، قبایل اولیه جهت کشف منابع جدید غذایی همدیگر را از بین می‌بردند و این همان است که داروین از آن به‌عنوان بقای نسل قویی‌تر یاد می‌کند. امروزه از این قبایل به‌عنوان قبایل وحشی که بویی از تمدن نبرده‌اند یاد می‌شود، غافل از اینکه کشتارهایی که در زمان کنونی به‌منظور دستیابی به منابع انرژی کشورهای بی‌پناه صورت می‌گیرد به‌مراتب بیشتر و وحشیانه‌تر از قبایل ماقبل تاریخ است. امروزه بقای نسل در پی دستیابی به فنّاوری پیشرفته‌تر و استفاده بهینه‌تر از منابع انرژیِ موجود میباشد. لذا جوامعی که بتوانند قبل از رسیدن عصر یخبندان انرژی، خود را با شرایط نوین تولید و مصرف انرژی وفق دهند، از گزند انقراض مصون خواهند ماند. این مهم زمانی تحقق خواهد پذیرفت که بتوان راهکارهای نوین مصرف و تولید را شناخت. یکی از این راهکارها استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد و خورشید و ... میباشد. اما عدم قابلیت اطمینان و عدم پایداری این منابع انرژی در طول ساعات شبانه‌روز، مهندسان را وادار کرد شیوه‌ای نوین و کارآمد جهت استفاده از این منابع پیدا کنند، به‌گونه‌ای که هم قابلیت اطمینان این منابع را افزایش دهد و هم با بهینه‌ترین شکل ممکن از این منابع استفاده شود. تلاش‌ها و مطالعات فراوان چند سال اخیر مفهوم جدیدی را به میدان رقابت انرژی وارد ساخت. هاب انرژی، به‌عنوان یکی از راهکارهای نوین بهینه‌سازی مصرف انرژی است که با استفاده از قابلیت‌های خود می‌تواند جهت افزایش بهره‌وری، افزایش قابلیت اطمینان، ترکیب منابع مختلف انرژی (فسیلی و تجدید پذیر) با یکدیگر ، کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی و کاهش پیک‌بار مورداستفاده قرار گیرد. در این شیوه بجای تمرکز روی یک حامل انرژی (الکتریسیته به‌عنوان‌مثال)، از چندین حامل انرژی ( الکتریسیته، گاز و حرارت محلی) به‌عنوان ورودی استفاده می‌شود. داخل هاب شامل مبدل‌هایی همچون مبدل ترکیب همزمان حرارت و الکتریسیته (CHP)، ترانسفورماتور، کوره‌های گازی و ذخیره‌سازها میباشد که این منابع انرژی را به‌صورتی باهم تبدیل و ترکیب می‌نماید که با بهینه‌ترین شکل ممکن بتوان پاسخگوی تقاضای بار موردنظر در سمت مصرف‌کنندگان باشد. به‌عنوان‌مثال کوره گازی، مبدلی است که به‌صورت همزمان هم قابلیت تولید حرارت را دارد و هم الکتریسیته [1] . هاب انرژی به‌گونه‌ای طراحی و بهره‌برداری می‌شود که بیشترین بازده را هم برای مصرف‌کنندگان داشته باشد و هم برای تولیدکنندگان. در سمت مصرف‌کننده کاهش هزینه مصرفی و افزایش قابلیت اطمینان، و در سمت تولیدکننده افزایش سود، کاهش پیک‌بار ، هموارسازی شکل بار، کیفیت بهتر خدمات و ... را به ارمغان خواهد آورد. [2]
یکی دیگر از مواردی که به کاهش پیک‌بار و همچنین کاهش انتشار CO2 کمک شایانی خواهد کرد، استفاده گسترده از ماشین‌های برقی و هیبریدی میباشد. با توجه به ماهیت ماشین‌های برقی که هم توان الکتریکی مصرف می‌کنند و هم در خود ذخیره می‌نمایند، در ساعاتی از شبانه‌روز که با افزایش ناگهانی مصرف روبرو می‌شویم و نمودار بار به بالاترین حد خود می‌رسد، می‌توان از انرژی ذخیره شده در باطری این ماشین‌ها جهت تزریق به شبکه استفاده کرد و تا حد زیادی به کاهش پیک‌بار کمک نمود. [3]
در این پایان‌نامه ابتدا به معرفی هاب انرژی خواهیم پرداخت، کاربردهای آن را در مقیاس‌های کوچک و بزرگ خواهیم شناخت، انواع حاملهای مختلف انرژی ورودی را بررسی میکنیم. نگاهی اجمالی به درون هاب خواهیم کرد. انواع مبدل‌های درون هاب را مطالعه میکنیم. ذخیره‌سازی در داخل هاب را بررسی میکنیم. چگونگی تبدیل توان درون هاب را نشان خواهیم داد . از ماشین‌های برقی در سمت بار استفاده شایانی خواهیم کرد. در این پایان‌نامه به دنبال این مسئله هستیم که چگونه و با چه شیوه‌هایی می‌توان هزینه نهایی تولید را کم کرد و همچنین آیا این شیوه‌ها بر هموار کردن پیک توان مصرف تأثیر خواهند گذاشت؟ جهت یافتن این پاسخ ابتدا هاب موردنظر را بدون در نظر گرفتن ذخیره‌سازها بررسی میکنیم. در این حالت نمودار پیک توان و نیز هزینه کل تولید توان را در نظر می‌گیریم. در سناریو بعد ذخیره‌سازها را (ماشین‌های برقی در این پایان‌نامه) وارد هاب نمونه خواهیم کرد. جواب‌های به‌دست‌آمده در این قسمت را با حالت قبلی مقایسه خواهیم نمود. در سناریو آخر انرژی‌های نو را وارد معادلات خواهیم کرد و نتایج بدست آمده را برای پیک بار و همچنین نحوه بهینه سازی هزینه کل توان را بررسی خواهیم کرد.
در این تحقیق به دنبال بررسی تأثیر ماشین‌های برقی بر نمودار پیک توان هستیم. تاثیر افزایش تعداد ماشین‌های برقی در سمت مصرف‌کننده بر هزینه کل تولید را مورد کنکاش قرار خواهیم داد. اثرات استفاده از انرژی‌های نو (انرژی خورشیدی) بر نمودار پیک و همچنین هزینه کل تولید را شبیه سازی میکنیم. تأثیر استفاده همزمان انرژی‌های نو و ماشین‌های برقی بر هزینه کل تولید توان را بررسی می نماییم. جهت شبیه سازی کلیه موارد، از نرم افزار گمز استفاده شده است. روش حل بصورت برنامه ریزی غیر خطی عدد صحیح (minlp) میباشد.
در ادامه در فصل 2 سیستم‌های یکپارچه انرژی معرفی شده است. در فصل سوم به بررسی تعدادی از کارهای انجام شده در زمینه هاب انرژی و ماشین‌های الکتریکی پرداخته شده است. در فصل چهارم مدل‌سازی این‌گونه سیستم‌ها ارائه گردیده است و روابط ریاضی مربوط به سیستم‌های یکپارچه انرژی و ذخیره‌سازها بیان شده است. در فصل 5 نتایج عددی حاصل از شبیه‌سازی این‌گونه مدل‌سازی‌ها ارائه گردیده است و درنهایت در فصل آخر نتیجه‌گیری و پیشنهادات نگارنده این تحقیق آورده شده است.
معرفی سیستم های یکپارچه انرژی
2-1 مقدمه
هاب انرژی واحدی است که در آن حاملهای مختلف انرژی تبدیل، منتقل و ذخیره می‌شوند. درواقع این واحد به‌عنوان رابطی بین حاملهای ورودی و بار عمل می‌کند که در آن انواع مختلف انرژی (الکتریسیته، گاز، حرارت و ...) را دریافت کرده و پس‌ازآنجام عملیاتی که در خود انجام می‌دهد، بار موردنیاز طرف تقاضا را به‌صورت بهینه تأمین می‌نماید. [4]
شکل2‑1- مثالی از یک هاب انرژی شامل ورودی، خروجی مبدل و ذخیره‌ساز [4]
همان‌گونه که مشاهده می‌شود در سمت ورودی، حاملهای انرژی شامل الکتریسیته، گاز طبیعی، حرارت محلی و تراشه‌های چوبی وارد می‌شود. این حامل‌ها در داخل هاب انرژی به‌وسیله تجهیزات مناسب به شکلی از توان تبدیل می‌شوند که در سمت خروجیِ بار به آن‌ها نیاز است (الکتریسیته، گرمایش و سرمایش). در سمت خروجی نیز بار موردتقاضا قرار دارد که می‌تواند به اشکال مختلفی ازجمله الکتریسیته، گرما، سرما و غیره ظاهر شود. همان‌گونه که از شکل پیداست در داخل هاب، حاملهای انرژی به سه شیوه تبدیل و انتقال می‌یابند. [5]
1- انتقال مستقیم
2- تبدیل به شکل‌های دیگر انرژی
3- ذخیره
در انتقال مستقیم، حامل ورودی بدون هیچ‌گونه تغییر شکلی و مستقیماً به بار می‌رسد. تنها مسئله‌ای که وجود دارد این است که ممکن است در اندازه آن تفاوت ایجاد شود. (مثلاً تبدیل دامنه ولتاژ و یا شکل آن از AC به DC). در قسمت دوم، حامل ورودی در داخل هاب به اشکال دیگر انرژی تبدیل خواهند شد. به‌عنوان‌مثال کوره گازی، گاز را از سمت ورودی دریافت کرده و به الکتریسیته و گرما در سمت خروجی تبدیل می‌کند. مبدل همزمان حرارت و الکتریسیته (CHP) نیز این مهم را انجام می‌دهد. در قسمت سوم نیز همان‌گونه که از اسم آن پیدا است، حاملهای انرژی در ذخیره‌سازها ذخیره می‌شوند و در زمان‌هایی که به آن‌ها نیاز است ، از آن‌ها استفاده می‌شود.
هاب انرژی شامل سه بخش اصلی است: [6]
1- ورودی و خروجی
2- مبدل‌ها
3- ذخیره‌سازها
2-2 ورودی و خروجی
در سمت ورودی هاب اشکال مختلفی از حاملهای انرژی وارد می‌شوند. حامل الکتریسیته یکی از اشکال متداول و اصلی انرژی است که معمولاً در بیشتر هابهای انرژی به‌عنوان ورودی اصلی از آن استفاده می‌شود. در این حالت انرژی الکتریکی از شبکه اصلی گرفته شده و مستقیماً و یا پس از عبور از ترانسفورماتور به خروجی می‌رسد. در بعضی موارد می‌توان از نیروگاههای کوچکی که در اطراف هاب وجود دارند استفاده نمود. در حالاتی که بتوان هاب را با میکروگریدهای موجود ترکیب کرد، از شبکه اصلی استفاده کمتری می‌توان کرد. هرچند استفاده از شبکه برق، قابلیت اعتماد سیستم را بالاتر خواهد برد، زیرا در زمانی که هیچ‌کدام از حاملهای دیگر در دسترس نباشند، شبکه برق اصلی تنها گزینه برای تأمین توان خروجی‌هاب خواهد بود. علاوه بر شبکه اصلی، می‌توان از دیگر اشکال نیروگاههای برق نیز استفاده کرد. به‌عنوان‌مثال نیروگاه خورشیدی، بادی، آبی و ... البته در انتخاب نوع نیروگاههای تجدید پذیر باید شرایط محیطی ، اقتصادی و فرهنگی آن منطقه نیز توجه داشت. در مناطقی که دارای شدت باد مناسب و یکنواخت میباشد، استفاده وسیع از نیروگاههای بادی می‌تواند جایگزین مناسبی برای شبکه برق محلی باشد تا هم بتوان قیمت برق تحویلی به مشتریان را پایین آورد و هم در زمان‌های پیک شبکه اصلی، تا حدودی به پایین آوردن نمودار پیک کمک کرد. البته در نصب نیروگاههای بادی باید به مسئله هزینه بالای سرمایه‌گذاری این‌گونه نیروگاهها توجه کرد. نیروگاههای خورشیدی یکی دیگر از اشکال تولید الکتریسیته پاک میباشد که در سالیان اخیر توجه ویژه‌ای به ساختن این‌گونه نیروگاهها شده است.
2-3 نیروگاه خورشیدی
نیروگاههای خورشیدی وسایل و دستگاه‌هایی هستند که نور را به الکتریسیته تبدیل و برای استفاده در منازل ، مکان‌های اداری ، ساختمان‌ها ، خیابان‌ها و غیره بکار می‌روند .اصولاً نیروگاههای خورشیدی مرکب از تعدادی پانل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک ، اینورتر ، شارژ کنترلر و مجموعه باتری است .اساس کار نیروگاههای خورشیدی به این صورت است که نور به پانل‌های خورشیدی می‌تابد و در اثر آن انرژی فوتون به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود . جریان برق تولیدشده توسط پانل‌های خورشیدی مستقیم (DC) است که برای استفاده وسایل برقی معمول در منازل و نیاز روزمره بایستی مشابه برق شهر به جریان متناوب (AC) تبدیل شود . این کار توسط دستگاهی بنام اینورتر انجام می‌گیرد. وظیفه باتری‌ها در نیروگاههای خورشیدی ذخیره برق برای زمان‌هایی است که نور خورشید اصلاً وجود ندارد و یا شدت آن کافی نیست . اصولاً ظرفیت مجموعه باتری به میزان برق ذخیره مورد درخواست مشتری قابل‌محاسبه و تهیه میباشد .
نیروگاههای خورشیدی نیز مانند سایر نیروگاههای دیگر امکان اتصال به شبکه (On-Grid) و یا منفصل از شبکه (Off-Grid) را دارند .لازم به ذکر است میزان تابش خورشید در ایران بین 1800 الی 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده می‌شود بعلاوه ایران به‌طور متوسط 280 روز آفتابی دارد که به لحاظ دریافت انرژی خورشید در بالاترین رده‌های جهانی قرار دارد . استفاده از انرژی رایگان خورشید و به‌کارگیری آن در نیروگاههای خورشیدی برای تأمین برق پاک امروزه در سراسر جهان و به‌ویژه ایران در حال گسترش و بهره‌برداری میباشد[7]
2-3-1انواع نیروگاههای خورشیدی
نیروگاههای حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم‌بندی می‌گردند: [8]
- نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
- نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی (CRS)
- نیروگاههای بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
- نیروگاههای دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
- نیروگاه کلکتورهای فرنل Fresnel Collector))
- نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
2-3-2نیروگاههای سهموی خطی
نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیف‌های موازی و طولانی از متمرکز کننده¬ها می‌باشند. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه‌های شیشه‌ای تشکیل شده و روی یک مادۀ سازه نگهدارنده قرار می¬گیرند. دریافت‌کننده از لوله‌های جاذب با پوشش مخصوص تشکیل شده که به‌وسیله شیشه پیرکس پوشانده می‌شوند و در طول خط کانونی قرار می‌گیرند. بخش دریافت‌کننده در قسمت‌های انتهایی روی دو تکیه‌گاه، قرار گرفته‌اند که این مجموعه روی تیرک‌های اصلی سازه سوار است. سیستم ردیابی خورشید در این دستگاه‌ها تک‌محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب انجام می‌گیرد. به‌گونه‌ای که پرتورهای خورشید در تمام مدت ردیابی بر روی لوله‌های جاذب منعکس شوند. یک سیال انتقال حرارت روغن با دمای حدود 400 درجه سانتی‌گراد از میان لوله‌های جاذب در جریان میباشد و روغن داغ در مبدل‌های حرارتی آب را به بخار تبدیل و بخار سوپرهیت طی عبور از توربین ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می‌کند. این نوع نیروگاهها با ذخیره حرارت قابلیت تولید برق را حتی در مواقعی که خورشید غروب نموده است را دارا هستند.
2-3-2-1 اجزاء اصلی نیروگاههای سهموی خطی
- منعکس‌کننده از نوع آینه‌های سهموی
- دریافت‌کننده تابش خورشیدی که پرتوهای منعکس‌شده را جذب کرده و موجب گرمایش سیال انتقال‌دهنده گرما می‌شود
- مکانیزم حرکت دهنده (تک‌محوری) کلکتورهای سهموی به‌منظور ردیابی خورشید و کنترل‌کننده‌ها
- اسکلت فلزی نگهدارنده و فونداسیون
- سیستم‌های مربوط به تولید قدرت الکتریکی
- تجهیزات مربوط به انتقال گرما
- تجهیزات مربوط به تولید الکتریسیته و دفع گرمای تلف شده به محیط خارج
شکل2‑2- ساختار داخلی یک نیروگاه خورشیدی از نوع سهموی خطی [9]
شکل2‑3- اجزای سازنده آینه نیروگاه خورشیدی سهموی خطی [9]
2-3-3نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی (CRS)
این سیستم شامل مجموعه‌ای از آینه‌هایی است(هلیوستات) که هر یک به‌طور جداگانه انرژی خورشید را متمرکز و به برج دریافت‌کننده مرکزی منتقل می‌کنند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که درروی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می‌شود جذب می‌شود. در آنجا آب به بخار سوپر هیت تبدیل شده و این بخار توربین ژنراتور را که در پائین برج نصب شده به حرکت در آورده و تولید برق می‌نماید.
2-3-3-1 اجزاء اصلی نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی
- هلیوستات: سیستم گردآورنده پرتوهای خورشیدی شامل مزرعه‌ای از هلیوستات ها از نوع شیشه‌ای یا غشایی
- دریافت‌کننده مرکزی:که گرمای پرتوهای خورشیدی را جذب و قابل استفاده می‌نماید.
- سیستم انتقال انرژی گرمائی: که گرمای وارده به گیرنده را جذب نموده و به گردش وا می‌دارد. در طرح‌های اولیه از آب و بخار به‌عنوان سیال جذب‌کننده و انتقال‌دهنده انرژی گرمائی استفاده می‌گردید و در طرح‌های توسعه‌یافته‌تر از سیالاتی چون نمک‌های سدیم و پتاسیم مذاب استفاده می‌گردد.
- سیستم تبدیل قدرت
- سیستم ذخیره انرژی
شکل2‑4- نمای یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی (CRS) [9]
شکل2‑5- ساختار یک نیروگاه خورشیدی از نوع نیروگاههای دریافت‌کننده مرکزی[1] [9]
2-3-4نیروگاههای بشقابک سهموی [2]
پرتوهای خورشید تابیده شده بر روی سطح متمرکز کننده سهموی در کانون آن جمع می‌شود. برای اینکه چنین سیستمی پربازده باشد لازم است که این گردآورنده همواره به‌طرف خورشید ردیابی شود و درنتیجه به یک مکانیسم ردیابی دومحوره نیاز دارد. در این سیستم، نور خورشید در یک نقطه کانونی متمرکز می‌شود و یک موتور استرلینگ انرژی حرارتی این تشعشع تمرکزیافته را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و به کمک یک آلترناتور از این انرژی مکانیکی، الکتریسیته تولید می‌گردد.
2-3-4-1 اجزاء اصلی نیروگاههای بشقابک سهموی
- سطح متمرکز کننده : وظیفه آن متمرکز کردن شعاع‌های نور خورشید در نقطه کانونی است.
- موتور استرلینگ: انرژی گرمایی تمرکزیافته نور را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده که توسط یک آلترناتور از آن الکتریسیته تولید می‌گردد. این موتورها با سیستم‌های دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجی هستند که گاز هلیوم یا هیدروژن به‌عنوان سیال عامل آن‌ها عمل می‌کند. بهترین عملکرد انواع این موتورها در دماهای بالای 700 درجه سانتی‌گراد و فشارهایی تا 20 مگا پاسکال انجام می‌شود.
- ردیاب و سیستم کنترل : سیستم ردیاب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشید قرار می‌دهد تا نور دقیقاً در دریافت‌کننده موتور استرلینگ تمرکز یابد. بعلاوه سیستم کنترل با دریافت اطلاعات از حس‌گرهای مختلف و همچنین موتور استرلینگ، در هر وضعیت فرمان مناسبی برای کنترل سیستم ارسال می‌نماید.
- سازه و فونداسیون: برای نگه‌داشتن سطح متمرکز کننده، موتور استرلینگ و سایر اجزاء سیستم و تحمل بارهای اینرسی، باد و زلزله وجود یک فونداسیون و سازه‌ای سبک و با استحکام ضروری است.
[1] (CRS
[2] Parabolic Dish
