مدلسازی عددی ذخیره‌سازی فصلی انرژی در اکیفر برای استفاده یک مجتمع مسکونی و بررسی اثرات اقتصادی و زیست محیطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

اکیفرها (سفره­های آب زیرزمینی) ساختارهای متخلخلی هستند که محتوی و انتقال­دهنده آب می­باشند. فراوانی و پراکندگی این ساختارها آنها را برای ذخیره­سازی انرژی جالب توجه می­نماید؛ بویژه سفره­های آب زیرزمینی محبوس که از بالا و پایین توسط لایه­های نفوذ­ناپذیر رسی محدود شده و از آب، اشباع می­باشند. یک اکیفر محبوس با سرعت آب زیرزمینی بسیار پایین جهت تأمین نیازهای سرمایشی و گرمایشی یک مجتمع مسکونی در تهران در نظر گرفته شده است. سه نوع بهره­برداری مختلف جهت استفاده از ذخیره­سازی فصلی انرژی حرارتی در اکیفر برای تامین نیاز گرمایشی و سرمایشی سالانه مجتمع بررسی شده است. این موارد شامل استفاده تنها از ذخیره­سازی انرژی در اکیفر برای سرمایش، تلفیق آن با کلکتورهای خورشیدی جهت گرمایش و تلفیق آن با پمپ حرارتی جهت سرمایش و گرمایش بوده است. برای ارزیابی اقتصادی از روش ارزیابی چرخه عمر استفاده شده است. نرم افزار Ret Screen برای ارزیابی زیست­محیطی بکار گرفته شده است. نتایج نشان دادند که از بین بهره­برداری­های مختلف، استفاده تنها از ذخیره­سازی انرژی در اکیفر برای سرمایش دارای کمترین بازگشت سرمایه(41/2 سال) و کمترین میزان هزینه چرخه عمر(16000 دلار) بوده است. همچنین تلفیق ذخیره­سازی انرژی در اکیفر با پمپ حرارتی برای تأمین نیاز سرمایشی و گرمایشی کمترین میزان تولید گاز دی­اکسید کربن(359 تن در سال) را داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] Gaine K., Duffy A., A life cycle cost analysis of large-scale thermal energy storage technologies for buildings using combined heat and power, zero emission buildings - proceedings of Renewable Energy Conference, Trondheim, Norway, 2010.
[2] Bakema G., Snijders A. L., Nordell B., Underground Thermal Energy Storage, State of the Art Report, Arnhem, Netherlands, pp.83-89, 1995.
[3] Sanner B., Karytsas C., Menfrinos D., Rybach L., Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy storage in Europe, Geothermics, Vol. 32, pp. 579–588, 2013.
[4] Dincer I., Rosen M. A., Thermal Energy Storage – Systems and Applications, Wiley, Chichester, 2002.
[5] Meyer C. F., Todd D. K., Heat storage wells” Water Well Journal, Vol. 10, pp. 35-41, 1973.
[6] Molz F. J., Warman J.C., Jones T.E., Aquifer storage of heated water: Part 1: A field experiment, Ground Water, Vol. 16, pp. 234-241, 1978.
[7] Papadopulos S. S., Larson S. P., Aquifer storage of heated water: Part 2: Numerical simulation of field results, Ground Water, Vol. 16, pp. 242-248, 1978.
[8] Parr D.A., Molz F.J., Melville J.G., Field determination of aquifer thermal energy storage parameters, Ground Water, Vol. 21, pp. 22-35, 1983.
[9] Andersson O., Hellstrom G., Nordell B., Heating and cooling with UTES in Sweden-current situation and potential market development, International Proceedings of the 9th international conference on thermal energy storage, Warsaw, Poland, vol. 1, pp. 359-366, 2003.
[10] Sanner B., Karytsas C., Mendrinos D., Rybach L., Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy storage in Europe, Geothermics, Vol. 32, pp. 579-588, 2003.
[11] H.O. Paksoy, O. Andersson, S. Abaci, H. Evliya, B. Turgut “Heating and cooling of a hospital using solar energy coupled with seasonal thermal energy storage in an aquifer” Renewable Energy, Vol. 19, pp. 117-122, 2000.
[12] J.S. Dickinson, N. Buik, M.C. Matthews, A. Snijders “Aquifer thermal energy: theoretical and operational analysis” Geotechnique, Vol. 59, pp. 249-260, 2009.
[13] Novo V.A., Bayon R.J., Castro-Fresno D., Rodriguez-Hernandez R., Review of seasonal heat storage in large basins: water tanks and gravel water pits, Applied Energy, Vol. 87, pp. 390-397, 2009.
[14] Preene M., Powrie W., Ground energy systems: delivering the potential, Energy, Vol. 34, pp. 77-84, 2009.
[15] Umemiya H., Satoh Y., A cogeneration system for a heavy-snow fall zone based on aquifer thermal energy storage, Japanese Society of Mechanical Engineering, Vol. 33, pp. 757-765, 1990.
[16] Gao Q., Li M., Yu M., Spitler J.D., Yan Y.Y., Review of development from GSHP to UTES in China and other countries, Renewable Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, pp. 1383-1394, 2009.
[17] Lee K.S., Performance of open borehole thermal energy storage system under cyclic flow regime, Journal of Geoscience, Vol. 12, pp. 169-175, 2008.
[18] Fan R., Jiang Y., Yao Y., Shiming D., Ma Z., A study on the performance of a geothermal heat exchanger under coupled heat conduction and groundwater advection, Energy, Vol. 32, pp. 2199-2209, 2007.
[19] Sethia V.P., Sharma S.K., Greenhouse heating and cooling using aquifer water”, Energy, Vol. 32, pp. 1414-1421, 2007.
[20] Sethia V.P., Sharma S.K., Experimental and economic study of a greenhouse thermal control system using aquifer water, Energy Conversion and Management, Vol. 48, pp. 306–319, 2007.
[21] Vanhoudt D., Desmedta J., Van Baela J., Robeynb N., Hoe H., An aquifer thermal storage system in a Belgian hospital: Long-term experimental evaluation of energy and cost savings, Energy and Buildings, Vol. 43, pp. 3657–3665, 2011.
[22] Zhua Y., Tao Y. and Rayegan R., A comparison of deterministic and probabilistic life cycle cost analyses of ground source heat pump (GSHP) applications in hot and humid climate, Energy and Buildings, Vol. 55, pp. 312–321, 2012.
[23] Hang Y., Qu M.and Zhao F., Economical- and environmental life cycle analysis of solar hot water systems in the United States, Energy and Buildings, Vol. 55, pp. 181–188, 2012.
[24] Kegel M., Sunye R.and Tamasauskas J., Life cycle cost comparison and optimization of different heat pump systems in the Canadian Climate, Proceedings of e-Sim: The Canadian Conference on Building Simulation, pp. 492-506, 2012.
[25] Bear J., Dynamics of fluids in porous media, pp. 450-510, Elsevier, Dover Publication, Inc., 1992.
[26] Bejan A., Convective Heat Transfer, Mc Graw Hill Press, New York, 1997.
[27] Hoffmann K.A., Chiang S.T., Computational Fluid Dynamic, Publication of Engineering education System, USA, 2000.
[28] Ghaebi H., Bahadori M.N. and Saidi M.H., Performance analysis and parametric study of thermal energy storage in an aquifer coupled with a heat pump and solar collectors, for a residential complex in Tehran, Iran, Applied Thermal Engineering, vol. 62, pp. 156-170, 2014.
[29] Schaetzle W.J., Thermal energy storage in aquifers, design and applications, Pergamon Press, 1980.
[30] Pehnt M., Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies, Renewable Energy, Vol. 31, pp. 55–71, 2005.
[31] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.watt.pl/en.
[32] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.saravel. (In Persian)
[33] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.York.com.
[344] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.nigc.ir. (In Persian)
[35] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.tavanir.org.ir. (In Persian)
[36] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.ssi.co.ir (In Persian)
[37] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.damavandac.com. (In Persian)
[38] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.pumpiran.com. (In Persian)
[39] Price List, Accessed 30 May 2015; http://portal.tehranmobaddel.com. (In Persian)
[40] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.damatazhiz.com. (In Persian)
[41] Price List, Accessed 30 May 2015; http://www.heatpumpsuppliers.com.Q