بررسی اثر دبی سیال بر عملکرد گرمایی و الکتریکی سامانه آب‌شیرین‌کن فوتوولتایی–گرمایی مجهز به ذخیره‌ساز انرژی هوای فشرده در دو اقلیم ساحلی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این پژوهش، عملکرد سامانه آب‏شیرین‏کن فوتوولتایی–گرمایی مجهز به سیستم ذخیره‏سازی انرژی، با تمرکز بر اثر دبی سیال عبوری در دو اقلیم ساحلی بندر بوشهر و بندرلنگه مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور ارزیابی دقت مدل، ابتدا دمای سیال به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی با داده‌های مرجع مقایسه شده و تطابق قابل‌قبولی مشاهده گردید. سپس اثر دبی سیال عبوری بر توان تولیدی، راندمان گرمایی، دمای سیال و دمای سطح گردآور تحلیل شد. نتایج نشان می‌دهد افزایش دبی موجب بهبود انتقال گرما، کاهش دمای سطح گردآور و افزایش راندمان گرمایی می‌شود، هرچند تأثیر آن بر توان بسیار ناچیز است. با افزایش دبی جرمی سیال از kg/h 005/0 تا kg/h 02/0، راندمان گردآورهای خورشیدی در هر دو شهر حدود 161 % افزایش پیدا می‏کند. همچنین دمای سیال و دمای سطح گردآور با افزایش دبی کاهش قابل‌توجهی نشان دادند. مقایسه دو اقلیم، بیانگر حساسیت بیشتر بوشهر نسبت به تغییر دبی است. یافته‌های این مطالعه می‌تواند در طراحی و بهینه‌سازی سامانه‌های خورشیدی هیبریدی در مناطق گرم و مرطوب کشور مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Cao Y, Dhahad HA, Togun H, Hussen HM, Rashid TA, Anqi AE, Farouk N, Issakhov A. Exergetic and financial parametric analyses and multi-objective optimization of a novel geothermal-driven cogeneration plant; adopting a modified dual binary technique. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2021;48:101442.
  • امیری ح، طراحی، ساخت و بررسی آزمایشگاهی عملکرد یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی شیب‌دار بهبودیافته. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د. 52، ش. 3، ص 237-246.
  • ستاره م، عصاری م، بصیرت تبریزی ح، سلیمانی عویضی ع. بررسی تجربی و آنالیز انرژی و اگزرژی آب شیرین کن صفحه تخت در شیب‌های مختلف با استفاده از مواد متخلخل و روغن جاذب گرما. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1402، د. 53، ش. 1، ص 141-142.
  • ادیبی طوسی س، گشایشی ح، زحمتکش ا، نجاتی و. ارزیابی آزمایشگاهی آب شیرین کن خورشیدی پلکانی همراه با نانو مواد تغییر فازدهنده هیبریدی تحت میدان مغناطیسی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1402، د. 53، ش. 1، ص 13-22.
  • گشایشی ح، ادیبی طوسی س، بررسی آزمایشگاهی آب شیرین کن خورشیدی پلکانی همراه با کندانسور خارجی و منبع ذخیره انرژی گرمایی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1399، د. 50، ش. 3، ص 195-203.
  • Samuel DGH, Nagarajan PK, Sathyamurthy R, El-Agouz SA, Kannan E. Improving the yield of fresh water in conventional solar still using low cost energy storage material. Energy Conversion and Management. 2016;112:125-134.
  • De Rosa M, Aliehyaei M. Techno-economic and environmental assessment of a solar-powered multi-generation system for a sustainable energy, hydrogen and fresh-water production. Thermal Science and Engineering Progress. 2025;65:103856.
  • Shahverdian MH, Sedayevatan S, Hosseini M, Sohani A, Javadijam R, Sayyaadi H. Multi-objective technoeconomic optimization of an off-grid solar-ground-source driven cycle with hydrogen storage for power and fresh water production. International Journal of Hydrogen Energy. 2023;48(52):19772-19791.
  • Zhou X, Wang W, Wang Y, Jiang T, Sun W, Huang A, Yun S, Guo T, Wang L, Chen J. A simple strategy toward cost-effective and scalable hydrogel/melamine foam evaporator for sustainable and stable fresh water generation. Surfaces and Interfaces. 2025;108172.
  • Ghorbani B, Mehrpooya M, Dadak A. Thermo-economic analysis of a solar-driven multi-stage desalination unit equipped with a phase change material storage system to provide heating and fresh water for a residential complex. Journal of Energy Storage. 2020;30:101555.
  • Dong M, Zhang Y, She C, Wang C, Yin X. Continuous 24-hour solar photothermal distillation enabled by energy storage. Next Energy. 2025;8:100378.
  • Almadhor A, Basem A, Dara RN, Shaban M, Ghandour R, Al Barakeh Z, Abduvalieva D, Alkhalaf S, Bayhan Z, Ali HE. Integrated solar energy-energy storage system for an electricity-freshwater multigeneration configuration: Exergo-economic assessment with multi-objective particle swarm optimization. Journal of Energy Storage. 2025;122:116750.
  • Shafaghat A, Eslami M, Baneshi M. Techno-enviro-economic study of a reverse osmosis desalination system equipped with photovoltaic-thermal collectors. Applied Thermal Engineering. 2023;218:119289.
  • Hadidi A. Thermodynamic design of the novel energy storage system based on liquid carbon dioxide for a 17 MW concentrated solar thermal power plant. Journal of Energy Storage. 2024;83:110761.
  • Yousef MS, Hassan H. Energy payback time, exergoeconomic and enviroeconomic analyses of using thermal energy storage system with a solar desalination system: an experimental study. Journal of Cleaner Production. 2020;270:122082.
  • Singh V, Kumar R, Sharma RK, Singh SP, Sinhmar H, Singh DB. An investigation on effect of variation of mass flow rate and number of collectors on yearly efficiency of single slope solar still by incorporating N similar photovoltaic thermal flat plate collectors. Water Supply. 2022;22(5):5126-5148.
  • Sharma GK, Mallick A, Sharma RK, Kumar N, Singh DB. A comprehensive study on the effect of variation of flow rate of fluid and N on energy metrics of N similar photovoltaic thermal flat plate collectors integrated single slope solar still. Desalination and Water Treatment. 2023;283:97-108.
  • Kabeel AE, Abdelgaied M, El-Said EMS. Study of a solar-driven membrane distillation system: Evaporative cooling effect on performance enhancement. Renewable Energy. 2017;106:192-200.
  • Gomaa MR, Ala’a K, Al-Dhaifallah M, Rezk H, Ahmed M. Optimal design and economic analysis of a hybrid renewable energy system for powering and desalinating seawater. Energy Reports. 2023;9:2473-2493.
  • Okampo EJ, Nwulu N. Optimisation of renewable energy powered reverse osmosis desalination systems: A state-of-the-art review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021;140:110712.
  • Elewa MM. Emerging and Conventional Water Desalination Technologies Powered by Renewable Energy and Energy Storage Systems toward Zero Liquid Discharge. Separations. 2024;11(10):291.
  • Aroussy Y, Saifaoui D, Lilane A, Tarfaoui M. Thermo-economic simulation and analysis of a solar thermal cycle combined with two desalination processes by multi-effect distillation (MED). Materials Today: Proceedings. 2020;30:1027-1032.
  • Çengel YA, Boles MA. Thermodynamics: An Engineering Approach. 8th ed. New York: McGraw-Hill; 2015.
  • Sharqawy MH, Lienhard JH, Zubair SM. Thermophysical properties of seawater: a review of existing correlations and data. Desalination and Water Treatment. 2010;16:354-380.
  • Reda M, Ali ME, Sharshir S, El-Kalla I. Novel fractional modeling based on CATTANEO heat flux for enhancing thermal performance of u-tube parabolic trough collectors. Journal of Contemporary Technology and Applied Engineering. 2024;3(1):75-87.
  • Salgado Conrado L, Rodriguez-Pulido A, Calderón G. Thermal performance of parabolic trough solar collectors. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017;67:1345-1359.
  • Bergman TL. Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons; 2011.
  • Duffie JA, Beckman WA. Solar engineering of thermal processes. 4th ed. John Wiley & Sons; 2013.
  • Razmi A, Soltani M, Torabi M. Investigation of an efficient and environmentally-friendly CCHP system based on CAES, ORC and compression-absorption refrigeration cycle: Energy and exergy analysis. Energy Conversion and Management. 2019;195:1199-1211.
  • Shah RK, Sekulic DP. Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons; 2003.
  • Chen J, Zhang Y, Li X. Modeling a hydrogen pressure regulator in a fuel cell system with Joule–Thomson effect. International Journal of Hydrogen Energy. 2018;43(25):11456-11467.
  • Incropera FP, DeWitt DP. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 7th ed. Wiley; 2011.
  • Boyce MP. Gas Turbine Engineering Handbook. 4th ed. Butterworth-Heinemann; 2012.
  • Hadidi A. Proposing a modified system based on recovery of preset pressurization energy in the integrated pumped-hydro and compressed gas energy storage system. Results in Engineering. 2025;27:106118.
  • Hadidi A. Performance comparison of water towers and combined pumped hydro and compressed gas system and proposing a novel hybrid system to energy storage with a case study of a 50 MW wind farm. Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics. 2025;50(2):313-333.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار