توصيفگر ها :
آبشيرينكن چندمرحلهاي , پنل خورشيدي , مخزن ذخيرة حرارت , تحليل ترموديناميكي , تحليل اقتصادي
چكيده فارسي :
چكيده
تحقيق حاضر با لحاظكردن دو هدف كلي، آبشيرينكن حرارتي چندمرحلهاي را از نقطه نظر ترموديناميكي و اقتصادي تحليل كرده است. در هدف اول، تمام بخشهاي عملياتي يك آبشيرينكن چندمرحلهاي كه با سوختن گاز طبيعي در ديگ بخار كار ميكند، مورد تحليل ترموديناميكي قرار گرفته است و به موازات آن تحليل كامل پنلهاي سهموي خطي و تجهيزات جانبي آن، هندسه و عملكرد بعنوان منبع ديگري براي تأمين بخار از درجة حرارت پايين انجام شده است. با تشكيل يك سامانة تركيبي در نرم افزار EES، مقدمات ارزيابي مؤلفههاي ترموديناميكي تركيب حاضر همچون تعداد مراحل تبخير، تعداد و هندسة پنلها جهت برآوردهكردن ظرفيت توليد 12 الي 60 مترمكعب آب در ساعت فراهم شده است و با تحليلي پيمانهاي و نوآورانه از بطن تحليلهاي ترموديناميكي و اقتصادي، امكان اختصاص بهترين ظرفيت براي خريد آبشيرينكن حرارتي چندمرحلهاي با وارد كردن مساحت مزرعة خورشيدي، ظرفيت توليد آب و دلايل اقتصادي مدنظر كاربر فراهم شده است و درصد اثربخشي پنلهاي خورشيدي در توليد آب در ظرفيتهاي مختلف ديگ بخار براي مختصات جغرافيايي بندرعباس بر اساس دادههاي هواشناسي سال 2024 ميلادي تعيين شده است. هدف دوم اين تحقيق، انجام سه تحليل مجزا بر عملكرد فني و اقتصادي آبشيرينكن براي برآوردهكردن ظرفيت توليد 1000 مترمكعب آب در روز با ديدگاههاي: اتكاي صددرصدي به ديگ بخار در آبشيرينكن فسيلي، تركيب ديگ بخار و پنلهاي سهموي در آبشيرينكن فسيلي خورشيدي، تركيب پنلهاي سهموي و مخزن ذخيره ساز حرارتي در آبشيرينكن خورشيدي با مخزن ذخيرة حرارت، براي توليد بخار اوليه است. در همة ديدگاهها با درنظرگرفتن 6، 8 و 11 مرحلة تبخير، تحليلهاي فني و اقتصادي جامعتر شدهاند. نتايج اين تحقيق با درنظرگرفتن هزينههاي واقعي سرمايهگذاري اوليه كه هزينة زمين و پنل را بر اساس عرف بازار در نظر گرفته، صراحتاً نشان داد كه هزينة نهايي توليد هر مترمكعب آب در آبشيرينكن فسيلي در ايران با منابع گسترده سوخت فسيلي در حالي 007/1 دلار است كه بوميسازي ساخت آبشيرينكن بر هر چه بيشازپيش كاهشي بودن اين هزينه اثر دارد. 175/1 دلاري بودن هزينه توليد هر مترمكعب آب نيز از نتايج بكارگيري آبشيرينكن فسيلي خورشيدي با پنلهاي بوميسازي شده در ايران براي برآورده كردن ظرفيت توليد 1000 مترمكعب آب در روز است. در آبشيرينكن خورشيدي با مخزن ذخيرة حرارت كه بكارگيري مساحت گستردهاي از پنلها را ميطلبد، هزينه توليد هرمترمكعب آب در حالي 50/2 دلار است كه نتايج اين تحقيق نشان داد در صورت بوميسازي ساخت پنل و اختصاص زمين از بخش دولتي، هزينة نهايي توليد آب در اين آبشيرينكن، بيش از 50 درصد كاهش دارد و دستيابي به قيمت نهايي 22/1 دلار براي هر مترمكعب آب توليدي ميسر است. كاهش 28 درصدي هزينه توليد آب در آبشيرينكن فسيلي در حضور ترموكمپرسور در مقايسه با عدم حضور آن، از ديگر نتايج اين تحقيق است. ارايه يك افق ديد مناسب و جامع به كاربر براي برپايي سامانه نمكزدايي متناسب با مختصات جغرافيايي، مساحت زمين، ديدگاههاي اقتصادي، سرمايه موجود و تركيب يا عدم تركيب با انرژيهاي نو از نوآوريهاي اين تحقيق است، اين افق ديد از بطن تحليلهاي پيمانهاي و با بهرهگيري از بروزترين دادههاي هواشناسي، ترموديناميكي و اقتصادي به كاربر پيشنهاد شده است.
چكيده انگليسي :
Abstract
The present research with two main objectives, analyzes a multi-effect thermal desalination system from thermodynamic and economic perspectives. In the first objective, a complete thermodynamic analysis is carried out for all operational sections of a multi-effect distillation (MED) plant powered by natural gas combustion in a boiler. In parallel, a comprehensive analysis of parabolic trough collectors and their auxiliary equipment, geometry, and performance is conducted as an additional source of low-grade steam generation. By developing a hybrid system in the EES software, the groundwork is provided for evaluating the thermodynamic components of the system, including the number of evaporation effects as well as the number and geometry of solar collectors, in order to meet a production capacity of 12–60 (m^3/h) of freshwater. Through a modular and innovative analysis based on thermodynamic and economic assessments, the possibility is created to allocate the optimal desalination capacity by considering the solar field area, production capacity, and user-defined economic criteria. Furthermore, the effectiveness of solar collectors in water production under different boiler capacities is determined for the geographical location of Bandar Abbas, based on the 2024 meteorological dataset. The second objective of this research is to perform three separate technical and economic analyses of the desalination system to achieve a daily freshwater production capacity of 1000 (m³) under three scenarios: A conventional fossil-fuel MED plant fully powered by a boiler, A hybrid fossil-solar MED plant powered by a boiler and parabolic trough collectors and A solar MED plant integrated with parabolic trough collectors and a thermal storage tank to provide the primary steam. In all scenarios 6, 8 and 11 evaporation effects are considered to extend the comprehensiveness of the technical and economic evaluations. The results, incorporating actual investment costs such as land and collector expenses based on market standards, explicitly indicate that the final cost of freshwater production in a fossil-fuel MED plant in Iran, with its abundant fossil fuel resources, is as low as 1.007 ($/m^3 ) while localization of desalination technology can further reduce this cost. The freshwater production cost of 1.175 ($/m^3 ) is achieved in a hybrid fossil-solar MED system with locally manufactured collectors, delivering 1000 (m^3/day) of water. In the solar MED plant with a thermal storage tank which requires a large collector field, the production cost reaches 2.50 ($/m^3 ). However, the results show that through localization of collector manufacturing and land allocation by the government, the final production cost can be reduced by more than 50%, achieving 1.22 ($/m^3 ). Moreover, the use of a thermocompressor reduces freshwater production costs by 28 % compared to systems without it. One of the key contributions of this research is to provide a comprehensive and practical outlook for users to establish a desalination system tailored to geographical coordinates, land availability, economic considerations, investment capacity, and possible integration with renewable energy sources. This perspective is developed through modular analysis supported by the most up-to-date meteorological, thermodynamic, and economic data.