Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời tập trung tiên tiến vì lợi ích môi trường: phân tích năng lượng và exergy
International Journal of Environmental Science and Technology - Trang 1-18 - 2024
Tóm tắt
Trong công trình nghiên cứu này, hệ thống chéo tuyến tính, một công nghệ năng lượng mặt trời tập trung mới phát triển, được khảo sát để ứng dụng nhiệt cho quy trình nhằm giảm thiểu nhược điểm của tổn thất cosin ở các vĩ độ cao trong các công nghệ năng lượng mặt trời tập trung hiện tại. Mô hình toán học để phân tích năng lượng và exergy đã được phát triển và xác thực bằng cách sử dụng phân tích tính toán và công việc thí nghiệm đã được thực hiện trước đó. Việc mô phỏng được thực hiện dưới bức xạ trực tiếp bình quân là 756,47 W/m2 trong 8 giờ (giờ nắng) cho tháng 4 năm 2017. Mục tiêu chính của cuộc điều tra nhiệt là xác định các thông số đầu vào tối ưu cho chất lỏng truyền nhiệt (HTF) trong khi xem xét giá trị đáng kể của nhiệt độ đầu ra của HTF, năng lượng và hiệu suất exergy của bộ thu. Mô hình toán học được phát triển và mô phỏng bằng phần mềm Engineering Equation Solver. Sau khi xem xét kỹ lưỡng kết quả, nhiệt độ HTF đầu vào và lưu lượng khối lượng tối ưu được thiết lập với hiệu suất năng lượng và exergy đáng chú ý. Phân tích cho thấy việc sử dụng hệ thống chéo tuyến tính cho các ứng dụng nhiệt ở các vị trí vĩ độ cao (> 30°N) để vượt qua điểm yếu của các công nghệ năng lượng mặt trời tập trung hiện có do dải nhiệt độ hoạt động rộng rãi của không khí với vai trò là HTF. Các kết quả quan sát cho thấy hệ thống này cung cấp không khí nóng từ 180 °C đến 200 °C với hiệu suất nhiệt từ 45% đến 50% và hiệu suất exergy từ 25% đến 30% cho nhiệt độ đầu vào thấp từ 60 °C đến 100 °C. Ngay cả ở các vĩ độ cao (> 30°N), hiệu ứng cosin 0.9 trong thời gian 4 giờ là một lợi thế độc đáo của hệ thống này.
Từ khóa
#năng lượng mặt trời tập trung #hệ thống chéo tuyến tính #hiệu suất nhiệt #nhiệt độ đầu vào #phân tích exergyTài liệu tham khảo
Aiba T, Tamaura Y, Tsuzuki N, Kikura H (2015) Improvement of image processing control accuracy for cross linear heliostat. Energy Proc 69:1859–1867
Aiba T, Kanatani K, Tamaura Y, Kikura H (2016) Feasibility study on 20 MWe cross linear concentrated solar power plant. APRN J Eng Appl Sci 11:4074–4078
Ala A, Mahmoudi A, Mirjalili S, Simic V, Pamucar D (2023) Evaluating the performance of various algorithms for wind energy optimization: a hybrid decision making model. Expert Syst Appl 221:119731. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2023.119731
Attari MYN, Ala A, Khalilpourshiraz Z (2022) The electric power supply chain network design and emission reduction policy: a comprehensive review. Environ Sci Pollut Res 29:55541–55567. https://doi.org/10.1007/s11356-022-21373-w
Basem A, Moawed M, Abbood MH, El-Maghlany WM (2022) The energy and exergy analysis of a combined parabolic solar dish–steam power plant. Renew Energy Focus 41:55–68. https://doi.org/10.1016/j.ref.2022.01.003
Bellos E (2019) Progress in the design and the applications of linear Fresnel reflectors–a critical review. Therm Sci Eng Prog 10:112–137. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2019.01.014
Bellos E, Tzivanidis C (2017) A detailed exergetic analysis of parabolic trough collectors. Energy Convers Manag 149:275–292
Bellos E, Tzivanidis C, Papadopoulos A (2018) Optical and thermal analysis of a linear Fresnel reflector operating with thermal oil, molten salt and liquid sodium. Appl Therm Eng 133:70–80. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.01.038
Calise F, Figaj RD, Massarotti N, Mauro A, Vanoli L (2017) Polygeneration system based on EMC, CPVT and electrolyser: dynamic simulation and energetic and economic analysis. Appl Energy 92:530–542
Dincer I (2018) Comprehensive energy systems. Elsevier, Amsterdam
Ebrahimpour Z, Sheikholeslami M, Farshad SA, Shafee A (2020) Heat transfer intensification in a LFR unit considering exergy analysis of radiative and convective mechanism. Chem Eng Process Process Intensif 157:108141. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108141
Evangelisti L, Vollaro RDL, Asdrubali F (2019) Latest advances on solar thermal collectors: a comprehensive review. Renew Sustain Energy Rev 114:109318. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109318
Jan K, Jaideep M (2020) Solar heat for industry in India, solar payback. Available at: https://www.solar-payback.com/solar-heat-for-industry-in-india/
Javadzadeh E, Baghernejad A (2022) Development of a hybrid solar thermal power plant with new collector field, and its thermal and exergy analyses. J Braz Soc Mech Sci Eng 44:91. https://doi.org/10.1007/s40430-022-03359-4
Kalogirou SA, Karellas S, Braimakis K, Stanciu C, Badescu V (2016) Exergy analysis of solar thermal collectors and processes. Prog Energy Combust Sci 56:106–137. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2016.05.002
Kasaeian A, Kouravand A, Rad MAV, Maniee S, Pourfayaz F (2021) Cavity receivers in solar dish collectors: a geometric overview. Renew Energy 169:53–79. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.12.106
Kikura H, Kanatani K, Hamdani A, Tamaura Y (2017) Fundamental study of cross linear concentration system and solar power system in Tokyo Tech. In: Conference: international conference recent trends on energy storage & hydrogen energy at: Bhopal, India
Kumar KR, Chaitanya NVVK, Kumar NS (2021) Solar thermal energy technologies and its applications for process heating and power generation–a review. J Clean Prod 282:125296. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125296
Kurkute N, Priyam A (2022) A thorough review of the existing concentrated solar power technologies and various performance enhancing techniques. J Therm Anal Calorim 147:14713–14737. https://doi.org/10.1007/s10973-022-11634-8)
Larsen SF, Altamirano M, Hernández A (2012) Heat loss of a trapezoidal cavity absorber for a linear Fresnel reflecting solar concentrator. Renew Energy 39:198–206. https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.08.003
Lemmon EW, Jacobsen RT, Penoncello SG, Friend DG (2000) Thermodynamic properties of air and mixtures of nitrogen, argon, and oxygen from 60 to 2000 K at pressures to 2000 MPa. J Phys Chem Ref Data 29(3):331–385
Manikumar R, Valan AA (2014) An mathematical and experimental study of the linear fresnel reflector solar concentrator system. Distrib Gener Altern Energy J 29(2):52–80. https://doi.org/10.1080/21563306.2014.10823174
Mishra P, Pandey M, Tamaura Y, Tiwari S (2021) Numerical analysis of cavity receiver with parallel pipes for cross-linear concentrated solar system. Energy 220:119609. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119609
Mokhtar G, Boussad B, Noureddine S (2016) A linear Fresnel reflector as a solar system for heating water: theoretical and experimental study. Case Stud Therm Eng 8:176–186. https://doi.org/10.1016/j.csite.2016.06.006
Montes MJ, Abbas R, Barbero R, Rovira A (2022) A new design of multi-pipe receiver for Fresnel technology to increase the thermal performance. Appl Therm Eng 204:117970
Ordóñez F, Jaramillo D (2018) Thermal performance model and parametric studies of a trapezoidal Fresnel solar receiver. In: AIP Conference proceedings, vol 2033, pp 050003. https://doi.org/10.1063/1.5067083
Padilla RV, Fontalvo A, Demirkaya G, Martinez A, Quiroga AG (2014) Exergy analysis of parabolic trough solar receiver. Appl Therm Eng 67(1–2):579–586. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.03.053
Patel A, Soni A, Baredar P et al (2022) Analysis of temperature distribution over pipe surfaces of air-based cavity linear receiver for cross-linear concentration solar power system. Environ Sci Pollut Res. https://doi.org/10.1007/s11356-022-24036-y
Pavlovic S, Daabo AM, Bellos E, Stefanovic V, Mahmoud S, Al-Dadah RK (2017) Experimental and numerical investigation on the optical and thermal performance of solar parabolic dish and corrugated spiral cavity receiver. J Clean Prod 150:75–92. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.201
Pazarlıoğlu HK, Ekiciler R, Arslan K, Mohammed NAM (2023) Exergetic, energetic, and entropy production evaluations of parabolic trough collector retrofitted with elliptical dimpled receiver pipe filled with hybrid nanofluid. Appl Therm Eng 223:120004. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120004
Petela R (2003) Exergy of undiluted thermal radiation. Sol Energy 74(6):469–488. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(03)00226-3
Rashidi MM, Mahariq I, Alhuyi Nazari M et al (2022) Comprehensive review on exergy analysis of shell and pipe heat exchangers. J Therm Anal Calorim 147:12301–12311. https://doi.org/10.1007/s10973-022-11478-2
Renata R, Kanatani K, Takahashi H, Tamaura Y, Kikura H (2018) Optimization of solar cavity receiver for cross linear concentrated solar power system–a numerical study. pp 7953–7960. https://doi.org/10.1615/IHTC16.nee.024318
Sahoo U, Kumar R, Pant PC, Chaudhary R (2017) Development of innovative polygeneration process in hybrid solar-biomass system for combined power, cooling and desalination. Appl Therm Eng 120:560–567
Sanchez D, Bortkiewicz A, Rodríguez JM, Martínez GS, Gavagnin G, Sanchez T (2016) A methodology to identify potential markets for small-scale solar thermal power generators. Appl Energy 169:287–300
Sharifi A, Ahmadi M, Ala A (2021) The impact of artificial intelligence and digital style on industry and energy post-COVID-19 pandemic. Environ Sci Pollut Res 28:46964–46984. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15292-5
Singh PL, Sarviya RM, Bhagoria JL (2010) Thermal performance of linear Fresnel reflecting solar concentrator with trapezoidal cavity absorbers. Appl Energy 87(2):541–550. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.08.019
Soni A, Patel A, Pandey M, Gour A (2017) Overview of different solar receiver on basis of its configuration and heat transfer fluid. Int J Creat Res Thoughts 5(3):522–528
Suzuki A (1988) General theory of exergy-balance analysis and application to solar collectors. Energy 13(2):153–160. https://doi.org/10.1016/0360-5442(88)90040-0
Taler D (2016) Determining velocity and friction factor for turbulent flow in smooth pipes. Int J Therm Sci 105:109–122. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2016.02.011
Tamaura Y, Shigeta S, Meng Q, Aiba T, Kikura H (2014) Cross linear solar concentration system for CSP and CPV. Energy Procedia 49:249–256. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.027
Tyagi SK, Wang S, Singhal MK, Kaushik SC, Park SR (2007) Exergy analysis and parametric study of concentrating type solar collectors. Int J Therm Sci 46(12):1304–1310. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.11.010
Vakilabadi MA, Bidi M, Najafi AF, Ahmadi MH (2019) Exergy analysis of a hybrid solar-fossil fuel power plant. Energy Sci Eng 7:146–161. https://doi.org/10.1002/ese3.265
Wang S, Singhal MK, Kaushik SC, Park SR (2007) Exergy analysis and parametric study of concentrating type solar collectors. Int J Therm Sci 46(12):1304–1310. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.11.010