تحلیل اگزرژی‌اقتصادی یک سیستم تولید توان و گرمایش خورشیدی برای استفاده در دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه

در این مقاله، مطالعه اگزرژی و هزینه در چهارچوب تحلیل اگزرژی اقتصادی استفاده از یک سیستم تولید توان و گرمایش با محرکه اولیه کلکتورهای خورشیدی سهموی برای استفاده در دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه به عنوان یک مطالعه موردی بررسی شده است. این سیستم ترکیبی از زیرسیستم خورشیدی و سیکل ارگانیک رانکین است. این مطالعه براساس سه حالت تابش خورشیدی کم تابش، پرتابش و بدون تابش در طول یک شبانه روز شکل گرفته است. در حالت اول شار دریافتی خورشیدی در سطح پایین بوده و ذخیره سازی انرژی وجود ندارد. در حالت دوم علاوه بر راه اندازی سیکل ارگانیک رانکین توسط کلکتورها، ذخیره سازی انرژی نیز صورت می گیرد. در حالت سوم فقط از قسمت ذخیره ساز انرژی استفاده می شود. نکته مهم این مطالعه توجه به نیاز واقعی انرژی یک مکان و تحلیل مطابق با شار تابش متغیر خورشیدی است. با توجه به شرایط اقلیمی حاکم بر ساختمان مورد نظر، مقدار بار گرمایی آن 1253.2kw محاسبه شده است. همچنین مقدار توان الکتریکی مورد نیاز آن 1500kw است. تحلیل اگزرژی اقتصادی براساس سه پارامتر مهم طراحی که عبارتند از طول روزهای یک سال میلادی، دمای ورودی پمپ ارگانیک رانکین و فشار ورودی توربین ارگانیک رانکین انجام شده است. مطابق با نتایج، در یک روز سرد مقدار هزینه بر واحد اگزرژی در سه حالت تابش خورشیدی ذکرشده به ترتیب در حدود gj/$19، gj/$16 و gj/$20 به دست آمده است. همچنین بیشترین نرخ نابودی اگزرژی در کلکتورهای خورشیدی سهموی و اواپراتورهای سیکل ارگانیک رانکین اتفاق می افتد.

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

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.