درخت حوزه‌های تخصصی

با وجودِ پتانسیل بالای انرژی زمین گرمایی در ایران، تنها 100 مگاوات برق زمین گرمایی در سال 1396 بهره برداری خواهد شد، زیرا هزینه سوخت که حدود 70 تا90 درصدِ هزینه تمام شده مرسوم(غیر واقعی) نیروگاه های حرارتی را تشکیل می دهد، یارانه های بالایی در چند سال اخیر به آن اختصاص یافته است و هزینه آثار خارجی در هزینه تمام شده برق لحاظ نمی شود. در این پژوهش برآنیم تا هزینه تمام شده واقعی برق زمین گرمایی را به تفکیک اجزاء با نیروگاه های متداول در ایران مقایسه نماییم. روش هزینه همترازشده شامل هزینه های سرمایه گذاری، تعمیرات و نگهداری، سوخت و آلایندگی هر یک از فناوری های تولید برق می باشد. مقایسه هزینه های تمام شده برق مفروض بر قیمت صادراتی سوخت و هزینه آثار خارجی نشان می دهد که ضریب ظرفیت بالا، عدم نیاز به سوخت های فسیلی و هزینه آلایندگی ناچیز، نیروگاه های زمین گرمایی را با سایر نیروگاه های مرسوم در ایران رقابت پذیر می سازد، در حالی که مقایسه هزینه تمام شده برق مفروض بر قیمت فعلی سوخت و عدم ملاحظات زیست محیطی نشان می دهد که نیروگاه زمین گرمایی در مقایسه با سایر نیروگاه های متداول در اولویت آخرِ اقتصادی قرار دارد. این پژوهش پیشنهاد می دهد که آزادسازی قیمت تمام شده انرژی و لحاظ هزینه آثار خارجی، اثر قابل توجهی بر توسعه صنعت برق زمین گرمایی در ایران دارد و امکان صادرات بیشتر گاز طبیعی را فراهم می آورد.

همواره در فرآیند خشک کردن محصولات کشاورزی انرژی زیادی مصرف می شود. برای صرفه جویی در مصرف انرژی های فسیلی، استفاده مستقل و یا ترکیبی از انرژی خورشیدی، از روش های معمول در خشک کردن محصولات کشاورزی می باشد. در تحقیق حاضر، عملکرد گرمائی یک خشک کن خورشیدی فعال مجهز به سامانه بازیافت انرژی در سه سطح دمای هوای خشک کننده بررسی شده است. نتایج تحقیق نشان داد که در دماهای هوای خشک کننده 55، 65 و 75 درجه سلسیوس، سامانه بازیافت انرژی قادر است به ترتیب 8/16، 5/18 و 9/18درجه سلسیوس دمای هوای ورودی به خشک کن را افزایش دهد. در این شرایط 8/47، 9/42 و 5/40 درصد از انرژی هوای خروجی از خشک کن بازیافت می گردد که انرژی مورد نیاز گرم کن الکتریکی را 7/30، 2/19 و 7/14 درصد کاهش می دهد.

میزان تابش رسیده از جوّ به سطح زمین به عنوان اصلی ترین ورودی در مسیر استفاده از انرژی خورشیدی در طراحی و مدلسازی تجهیزات مربوطه می باشد. همچنین شدت تابش خورشیدی بر سایر پدیده های موجود در طبیعت مانند تبخیر سطحی، سیلاب، بارندگی، آلودگی زیست محیطی و ... نیز اثری مستقیم دارد. به دلیل اهمیت این موضوع مدل های بسیاری برای محاسبه ی کمّی این پارامتر ابداع شده است که متناسب با جغرافیا و اقلیم هر منطقه تفاوت هایی با یکدیگر دارند. در این پژوهش با استفاده از داده های اندازه گیری شده در بین سال های 1957 تا 2005 در شهرستان بم واقع در استان کرمان، میزان تابش آفتاب رسیده به زمین بر اساس مدل های ارائه شده از قبیل آنگستروم و پیج واسنجی شدند. رابطه های مورد نظر برای منطقه بم تعمیم یافت و منحنی تغییرات شدت تابش برای هریک از آنها نسبت به تابش های واقعی اندازه گیری شده که از سایت سازمان هواشناسی ایران استخراج گشته اند، ترسیم شد. پس از آن مقدار اندازه گیری شده با میزان محاسباتی توسط مدل ها با هم مقایسه گردید و مدلی که بیشترین همخوانی را با مقادیر ثبت شده برای ایستگاه مورد بحث داشت، به عنوان مدل بهینه برای منطقه بم انتخاب گردید. بررسی دقت رابطه ها و برآورد میزان خطای هریک از آنها، با انجام آزمون های متعارف و با استفاده از کمیت هایی نظیر درصد متوسط خطا، متوسط خطای مبنا، جذر میانگین مربعات خطا، خطای استاندارد تخمین و ضریب همبستگی صورت پذیرفت. بدین ترتیب کلیه ارقام مقایسه ای محاسبه شده در جداولی طبقه بندی شدند و بر اساس آنها مدل بهینه برای شهرستان بم انتخاب گشت. در نتیجه با استفاده از روابط پیشنهادی برای شهرستان بم، امکان مدلسازی برای برآورد شدت تابش خورشید در هر زمان از سال امکان پذیر خواهد بود.

مدل سازی عددی جریان سیال درون آب گرمکن های خورشیدی نوع لوله خلاء ارائه شده است. برای این مدل سازی از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است و در آن یک لوله خلاء به همراه مقطع مخزن متناسب با آن مدل شده اند. برای سنجش اعتبار این مدل سازی عددی از آزمایشات تجربی استفاده شده است. نتایح حاصل از این مدل سازی عددی با نتایج آزمایش های تجربی مقایسه شده و از همخوانی مطلوبی برخوردار می باشد. از نتایج حاصل از این مدل سازی عددی می توان برای بررسی تاثیر پارامترهای هندسی مختلفی چون نسبت ابعادی لوله ها، شیب لوله ها، حجم مخزن، فاصله ی بین لوله های موازی، استفاده از بازتابنده پخشی در پشت لوله ها، فاصله ی این بازتابنده تا لوله هاو شرایط محیطی بر روی عملکرد گرمایی این نوع آب گرمکن ها استفاده نمود. از جمله نتایج حاصل از این مدل سازی نمودارهای توزیع سرعت و توزیع دما درون دامنه ی حل می باشد. این نمودارها نشان می دهند که در انتهای لوله ناحیه ای ساکن قرار دارد که دمای آن بیشتر از سایر نواحی است. در قسمت زیرین مخزن نیز یک ناحیه ساکن قرار دارد که وارد چرخه ی سیال نمی شود و دمایش کمتر از سایر نقاط دامنه حل می باشد. تاثیر میزان میانگین سطحی انرژی تابشی خورشید روی سطح لوله جاذب بر عملکرد گرمایی این نوع آب گرمکن ها نیز بررسی گردید. نتایج نشان داد که، با افزایش میانگین سطحی انرژی تابشی خورشید روی سطح لوله جاذب، عملکرد حرارتی لوله های خلاء تقریبا بصورت خطی افزایش می یابد.

تابش خورشیدی روزانه یکی از پارامترهای مهم در زمینه کاربرد انرژی خورشیدی می باشد. با توجه به اینکه، اندازه گیری تابش خورشیدی نیازمند ابزار و تجهیزات پیشرفته است، داده های اندازه گیری شده تابش خورشیدی در کل ایام سال و برای بازه طولانی در تمامی ایستگاه های هواشناسی کشور موجود نمی باشد. یک روش معمول برای تخمین میزان تابش روزانه خورشید استفاده از مدل های تجربی و بر اساس داده های هواشناسی در دسترس مانند ساعات آفتابی و یا دمای هوا می باشد. هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد پنج مدل تجربی تخمین میزان تابش خورشیدی روزانه بر اساس تفاوت بین دمای حداکثر و حداقل (مدل های بریستو- کمپبل، هارگریوز، سامانی، لی و چن) می باشد. با استفاده از آزمون آماری خطا، عملکرد مدل ها با استفاده از داده های اندازه گیری شده در 12 ایستگاه هواشناسی ایران واقع در چهار منطقه آب و هوایی مرطوب، نیمه مرطوب، نیمه خشک و خشک با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان داد این مدل ها دارای دقت بیشتری در مناطق خشک نسبت به مناطق مرطوب می باشند. بنابراین استفاده از این مدل ها برای تخمین تابش خورشیدی روزانه در مناطق خشک ایران که تنها داده های دمای هوا در دسترس می باشد، توصیه می شود.

مهم ترین قسمت در مطالعه ی پتانسیل انرژی خورشیدی جهت استفاده در هواگرمکن های صفحه تخت، مدلسازی عملکرد حرارتی این سامانه ها است. با بکارگیری روش تحلیلی حالت پایا، یک مدل محاسباتی برای مطالعه ی عملکرد حرارتی یک کلکتور صفحه تخت خورشیدی ساخته شد. شرایط اقلیمی شهرستان ارومیه در سال 2009 میلادی، به عنوان شرایط محیطی کار کلکتور انتخاب شد. داده های واقعی و ساعتی مربوط به دمای محیط و تابش خورشیدی از ایستگاه هواشناسی فرودگاه این شهرستان اخذ و مورد بررسی قرار گرفت. زوایای بهینه ی تمایل کلکتور برای حصول بهترین عملکرد کلکتور صفحه تخت، در مدلسازی لحاظ شد. الگوریتم محاسباتی مربوط به مدل ساخته شده، ارائه گردید و در محیط نرم افزار MATLAB اجرا شد. بهره ی مفید انرژی حرارتی، بازده حرارتی و دمای هوای خروجی از کلکتور به عنوان سه پارامتر تعیین کننده ی عملکرد کلکتور در نظر گرفته شد. نتایج به صورت متوسط های ماهانه در ساعات مختلف تابش، در قالب نمودارها و کنتورهای رنگی ارائه شد. تخمین هایی از میزان حرارت قابل استحصال در ماه های مختلف سال بدست آمد. نتایج این تحقیق، اولین گام در طراحی بهین و ساخت یک هوا گرمکن خورشیدی که پاسخگوی نیازهای سالانه ی واقعی باشد، خواهد بود.

در این پژوهش طراحی بهینه ی یک سیستم ترکیبی شامل کلکتور خورشیدی و پمپ حرارتی زمین گرمایی از دیدگاه فنی و اقتصادی برای تأمین بار حرارتی یک ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد اجزای مختلف سیستم به گونه ای تنظیم شده است که علاوه بر پیش گرمایش سیال ورودی به اواپراتور و تنظیم این دما به مقدار ایده آل، ضریب عملکرد پمپ حرارتی نیز افزایش یابد. سیستم بهینه ابتدا از لحاظ فنی و سپس از دیدگاه اقتصادی بررسی و طرح بهینه با در نظر گرفتن ملاحظات فنی و اقتصادی انتخاب شده است. مدل انتخابی دارای ضریب عملکرد میانگین 3.9 برای پمپ حرارتی، مساحت 30.375 مترمربع برای کلکتور و طول لوله زمین گرمایی 472.5 متر (5 چاه 47.5 متری با استفاده از لوله های U شکل سری) می باشد. هزینه کلی سیستم بر اساس کمینه کردن هزینه های اقتصادی به عنوان تابع هدف و پس از انتقال هزینه ی عملیاتی به سال پایه برابر با 85680 دلار برآورد شده است.

چکیده برآورد تابش خورشیدی روزانه(Rs) برپایه پراسنج های هواشناختی اندازه گیری شده در سطح افقی زمین به صورت گسترده در زمینه های مختلف به کار برده می شود. به دلیل مشکلات اقتصادی و فنی، اندازه گیری تابش در همه مناطق ممکن نیست و باید براساس مدل های ریاضی به گونه ای آن را تخمین زد. یکی از روش های متداول برای تخمین تابش خورشیدی رسیده به زمین، استفاده از متغیرهای دمایی و جغرافیایی در هر مکان است. در این مقاله تلاش شده تا یک مدل عمومی برای تخمین Rs برای مناطق خشک و نیمه خشک ایران معرفی گردد. در پژوهش حاضر پس از بررسی و مرور پیشینه علمی موضوع برای برآورد Rs، ابتدا داده های تابش خورشیدی رسیده به زمین(Mj m-2 d-1)، دما، رطوبت نسبی هوا و ... در مقیاس زمانی روزانه از سه ایستگاه سینوپتیک کرمان، مشهد و یزد که جزء مناطق خشک و نیمه خشک مرکزی ایران هستند، در دوره آماری 1350 تا 1390 از سازمان هواشناسی کشور(IRIMO) اخذ گردید. سپس داده های موجود مورد بررسی قرار گرفته و داده های پرت و دارای خطا حذف شدند. در ادامه میانگین روزانه داده های مذکور محاسبه گردید و با استفاده از تحلیل رگرسیون چندین مدل توسط نرم افزار MATLAB محاسبه شد. براساس نتایج به دست آمده مدل 2 و 5 برازنده ترین مدل برای مناطق خشک و نیمه خشک ایران هستند. علاوه براین، به دلیل اینکه این دو مدل برپایه عرض جغرافیایی می باشند می توان آنها را در تخمین تابش خورشیدی روزانه سایر نقاط جهان بخصوص مناطقی با عرض جغرافیایی مشابه به کار برد.

در این پژوهش عوامل مؤثر در عدم ترویج آبگرمکن های خورشیدی خانگی در ایران ارزیابی شده است. ممیزی انرژی می رساند که در دوره سرما این مبدل ها نیازمند سیستم پشتیبان هستند. با نظر سنجی از کاربران، متخصصان و عرضه کنندگان آبگرمکن های خورشیدی مشخص شد که قیمت نازل حامل های انرژی، کارایی پایین در دوره سرما، بی اعتباری و نیاز به سیستم پشتیبان ، مسئله یخزدگی لوله های آب، عدم صرفه اقتصادی، مشکلات تعمیر و نگهداری و مصرف برق بالا، بترتیب مهمترین عوامل عدم ترویج این آبگرمکن ها بوده است. ارزیابی اقتصادی مؤید اینست که این آبگرمکن ها مقرون به صرفه نیستند و لزوم افزایش قیمت حامل های انرژی به مقادیر جهانی، مقدم بر سایر راهکارهای مکمل می باشد.

هدف مطالعه حاضر توسعه یک مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) بر اساس روش رگرسیون غیرخطی چندگانه (MNLR) برای تخمین میانگین ماهانه مجموع روزانه تابش کلی خورشید در هر محل از استان کرمانشاه است. برای این منظور، داده های هواشناسی 23 ایستگاه در استان کرمانشاه در طول سالهای 1392- 1387 جمع آوری شد که از این بین، داده های 17 ایستگاه برای آموزش و 6 ایستگاه برای تست شبکه استفاده شد. در مرحله اول، همه متغیرهای مستقل (عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی، ارتفاع، ماه، حداقل درجه حرارت ماهانه در جو، حداکثر درجه حرارت در جو، متوسط درجه حرارت در جو، دمای خاک، رطوبت نسبی، سرعت باد، بارش، فشار اتمسفریک، فشار بخار، کدورت و مدت زمان تابش آفتاب) جمع آوری و به مدل رگرسیون وارد شدند. سپس، از روش گام به گام MNLR برای تعیین مناسب ترین متغیرهای ورودی استفاده شد. با استفاده از این متغیرهای ورودی، نتایج به دست آمده توسط مدل ANN با داده های واقعی مقایسه شد، و میانگین درصد خطا مطلق (MAPE) در حدود 98/3 درصد و ضریب همبستگی (R) در حدود 9961/0 برای مجموعه داده های تست به دست آمد که نشان دهنده معتبر بودن مدل است.