تحليل عملكرد مبادله‌كن گرمايي فوق گرمايش در سيستم ذخيره‌سازي انرژي گرمايي نيروگاه خورشيدي بخارمستقيم

Performance Analysis of Superheater Heat Exchanger of Thermal Energy Storage System in Direct Steam Solar Power Plant

ماهيت تناوبي انرژي خورشيدي از مهمترين مشكلات اين نوع انرژي به شمار مي‌آيد. در اين راستا، يك سيستم ذخيره‌سازي انرژي گرمايي كارآمد مي‌تواند در افزايش بهره‌وري يك نيروگاه خورشيدي بسيار موثر باشد. در اين مقاله، چندين چيدمان مختلف براي مبادله‌كن گرمايي فوق گرمايش بخار براي ذخيره‌سازي انرژي گرمايي بر اساس مواد تغيير فاز دهنده به صورت عددي شبيه‌سازي شده، سپس بر اساس قانون دوم ترموديناميك مورد ارزيابي قرار گرفته است تا مناسب ترين چيدمان مشخص شود. همچنين عملكرد يك سيستم ذخيره‌سازي انرژي بتني با سيستم‌هاي ديگر مقايسه شده است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد با افزايش تعداد ماژول‌هاي ماده تغيير فاز دهنده از يك تا سه عدد، ميزان بازگشت ناپذيري كاهش مي‌يابد و راندمان سيستم يك تا سه درصد افزايش مي‌يابد. همچنين افزايش تعداد ماژول‌ها باعث كاهش گراديان دماي خروجي مي‌شود. نتايج بررسي تاثير دبي و دماي ورودي بخار نشان مي‌دهد با افزايش اين دو پارامتر راندمان اگزرژي سيستم كاهش مي‌يابد. با افزايش پنج برابري دبي ورودي و يا افزايش بيست درجه‍ اي دماي بخار ورودي حين زمان شارژ سيستم ذخيره انرژي، راندمان سيستم تقريباً پنج درصد كاهش مي‌يابد.

The unsteady nature of solar energy is one of its major drawbacks. In this regard, an efficient thermal energy storage system can enhance the performance of a solar power plant, effectively. In this paper, different configurations of a steam super-heater heat exchanger based on phase change materials for thermal energy storage are simulated numerically, and analyzed based on the second law of thermodynamics to identify the best configuration. Also, the performance of a concrete energy storage system is compared with other configurations. The results indicate that by increasing the storage modules of phase change materials from one to three, the thermodynamic irreversibility decreases and the system efficiency increases from one to three percent. The results indicates that increase of steam flow rate and inlet steam temperature leads to decrease of exergy efficiency. By increase of inlet steam flow rate by five times and increase of steam temperature by twenty degree in charging mode, the system efficiency decreases by almost five percent.