دانلود ترجمه مقاله طراحی اولیه سیستم های نمک گیری به کمک سیکل رانکین آلی خورشیدی (ORC) – الزویر 2010

طراحی اولیه سیستم های نمک گیری به کمک سیکل رانکین آلی خورشیدی (ORC) در دمای پایین به روش اسمز معکوس آب دریا و آب شور

Preliminary design of seawater and brackish water reverse osmosis desalination systems driven by low-temperature solar organic Rankine cycles

چکیده

1- مقدمه

2- سیستم آب شیرین کن محرک حرارتی خورشیدی دما پایین

2-1- کلکتورهای ساکن خورشیدی

2-2- سیال عامل ORC خورشیدی

2-3- سیستم اسموز معکوس

2-4- کوپلینگ بین واحد RO و واحد ORC خورشیدی

3- طرح اولیه سیستم آب شیرین کن حرارتی دما پایین با نیروی محرکه خورشیدی

3-1- نرخ دبی حجمی آب تازه بر واحد مساحت دهانه

3-2- تأثیر دمای تقطیر، پروسه بازیاب و حالت سیکل خورشیدی

3-3- پارامترهای سیستم های آب شیرین کن اسمز معکوس حرارتی خورشیدی دما پایین

4- نتیجه گیری

منابع

چکیده

در این مقاله، کوپلینگی بین سیکل رنکین ارگانیک خورشیدی در دمای پایین و واحدهای آب شیرین کن به روش اسمز معکوس انجام شده است. چهار ماده به عنوان سیال عامل سیکل خورشیدی در نظر گرفته شده است. این مواد به ترتیب بوتان ، ایزوپنتان ، R245fa و R245ca هستند. با توجه به این سیال های عامل، تولید آب تازه در هر واحد مساحت دهانه کلکتور خورشیدی ساکن محاسبه گردید. این کلکتور از یک قسمت بهینه شده ی تولید بخار (DVG) و قسمت انتقال حرارت سیال ORC خورشیدی تشکیل شده است. در قسمت (DVG)، سیال عامل ORC مستقیماً در درون جذب کننده ی کلکتور خورشیدی حرارت داده می شود. در قسمت دوم (HTF) به سیالی متفاوت از سیال عامل ORC (آب در این مقاله)، بدون تغییر فاز، درون جذب کننده ی کلکتور خورشیدی حرارت داده می شود. هنگامی که این سیال گرما گرفت، به سمت مبدل انتقال حرارت، جایی که در آن خنک می-گردد، منتقل می شود. انرژی گرمایی گرفته شده در قسمت خنک سازی به سیال عامل ORC منتقل می گردد. تأثیر دمایی که در آن ORC تقطیر می شود و اثر فرآیند بازیاب نسبت به بهره وری سیستم نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نهایتاً پارامترهای چند طراحی اولیه ی دستگاه آب شیرین کن RO خورشیدی متحرک حرارتی دما پایین ارائه شد. در این طراحی اولیه از R245fa به عنوان سیال عامل ORC استفاده شد. اطلاعات این طراحی اولیه می تواند به عنوان مثال در به کارگیری انرژی حرارتی دفع شده ی سیکل خورشیدی، مورد استفاده قرار گیرد. آنالیز کلی بازده ی تکنولوژی آب شیرین کن RO خورشیدی که متحرک حرارتی است به کمک داده-های مطرح شده در این مقاله و نتایج بدست آمده از سیستم آب شیرین کن RO حرارتی خورشیدی دمای متوسط در مقاله ی قبلی این نویسنده ارائه می گردد. این کار در چارچوب پروژه های OSMOSOL و POWERSOL انجام گرفته است.

1- مقدمه

پروژه ی OSMOSOL پروژه ای است که برای توسعه ی تکنولوژیکی سیستم آب شیرین کن ROاسموز معکوس خورشیدی متحرک حرارتی توسط دولت اسپانیا حمایت مالی می شود. در میان اهداف اولیه ی این پروژه، طرح اولیه ی سیستم آب شیرین کن خورشیدی با ظرفیتی بین m3/day 100 و m3/day1000 ارائه شد که در آن سیکل رنکین ارگانیک استفاده می گردد و گرمایش آن از طریق انرژی خورشیدی بدست می آید و این انرژی پمپ فشار بالا واحد RO را به حرکت در می آورد. همچنین در پروژه ی POWERSOL، توسعه ی تکنولوژی تولید شفت قدرت کوچک مقیاس (kW 500-50) برای تولید الکتریسیته و تولید آب تازه از آب شور و آب دریا به کمک آب شیرین کن اسمز معکوس انجام شد. سیستم آب شیرین کن RO متحرک حرارتی خورشیدی، یک تکنولوژی منبع انرژی بازیافت پذیر است که با توجه به بررسی کتابشناختی که توسط نویسندگان انجام شده و منتشر یافته است [3,4] تا کنون به صورت دقیق ، نه به صورت تئوری (پروپوزال های طراحی) و نه به صورت آزمایشگاهی، مورد بررسی قرار نگرفته است. به عنوان نمونه می توان به کار مطالعه ای که توسط ژرمندی و مسالم در زمینه ی وضعیت آب شیرین کن های RO نیروی محرک خورشیدی (حرارتی و فوتو ولتاژی ) انجام شده است، اشاره نمود. در سیستم های آزمایشگاهی، تنها یکی از پنج آب شیرین کن اشاره شده در قرن بیست و یکم ساخته شده است و بقیه در اواخر دهه هفتاد (1978) و دهه ی هشتاد (1981 و 1987) ساخته شده اند. دلیل کمی وجود این نوع از سیستم ها بدلیل مصرف بسیار بالای انرژی مخصوص سیستم های آب شیرین کن RO در آن زمان ها است که امکان استفاده از نیروی محرکه حرارتی خورشیدی را در پروسه های RO غیر ممکن می ساخت. در واقع چهار سیستم قدیمی، سیستم های آب شیرین کن RO، مربوط به آب شور بودند که دارای انرژی مخصوص مصرفی کمتری نسبت به سیستم های آب شیرین کن RO آب دریا دارد. تنها سیستم آزمایشگاهیRO حرارتی تغذیه شونده از نور خورشید که در حال حاضر موجود می باشد سیستمی است که در دانشگاه کشاورزی آتن ساخته شده است . نتایج عملکرد کل سیستم تحت شرایط تابشی طبیعی توسط مانولاکوس و همکارانش منتشر شده است و همچنین نتایج عملکردی ماشین رانکین ارگانیک و واحد RO کوچک تحت شرایط آزمایشگاهی (گرمایش الکترونیکی) ارائه شده است.

Abstract

In this paper, the coupling between the low-temperature solar organic Rankine cycle (ORC) and seawater and brackish water reverse osmosis desalination units has been carried out. Four substances have been considered as working fluids of the solar cycle (butane, isopentane, R245fa and R245ca). With these four fluids the volumetric flow of fresh water produced per unit of aperture area of stationary solar collector has been calculated. The former has been made with the optimized direct vapour generation (DVG) configuration and heat transfer fluid (HTF) configuration of the solar ORC. In the first one (DVG), working fluid of the ORC is directly heated inside the absorber of the solar collector. In the second one (HTF), a fluid different than the working fluid of the ORC (water in this paper) is heated without phase change inside the absorber of the solar collector. Once this fluid has been heated it is carried towards a heat exchanger where it is cooled. Thermal energy delivered in this cooling process is transferred to the working fluid of the ORC. Influence of condensation temperature of the ORC and regeneration’s process effectiveness over productivity of the system has also been analysed. Finally, parameters of several preliminary designs of the low-temperature solar thermal driven RO desalination are supplied. R245fa is chosen as working fluid of the ORC in these preliminary designs. The information of the proposed preliminary designs can also be used, i.e., for the assessment of the use of thermal energy rejected by the solar cycle. Overall analysis of the efficiency of the solar thermal driven RO desalination technology is given with the results presented in this paper and the results obtained with the medium temperature solar thermal RO desalination system presented by the authors in previous papers. This work has been carried out within the framework of the OSMOSOL and POWERSOL projects.

1- Introduction

OSMOSOL project [1] is a Spanish government-funded project for the technological development of the solar thermal driven reverse osmosis (RO) desalination. Among the specific objectives of the project, the preliminary design of solar desalination systems of capacities between 100 m3 /day and 1000 m3 /day was proposed where a solar thermal heated organic Rankine cycle drives the high pressure pump of the RO unit. Besides that, in the POWERSOL project [2], development of a small scale shaft power generation technology (50–500 kW) for electricity generation and fresh water production by brackish water or seawater reverse osmosis desalination is being carried out. Solar thermal driven RO desalination is a renewable energy driven desalination technology that has not been studied in depth neither from a theoretical (e. g. design proposals) nor experimental point of view, as it was concluded from the specific bibliographic review already done and published by the authors [3,4] and confirmed by Ghermandi and Messalem [5] in a subsequent review work about status of solar driven (thermal and photovoltaic) RO desalination. As for experimental systems, only one of the five that can be quoted has been built in the twenty-one century, being the rest built at the end of the seventies (1978) and in the eighties (1981 and 1987). The reason for the scarcity of systems of this type could be the high values of the specific energy consumption that RO desalination process exhibited around that time, what made the solar thermal energydriving of the RO process non-viable. In fact, the four old systems were brackish water RO desalination systems which have lower specific energy consumption than seawater RO systems. The only solar thermal driven RO experimental system erected at the moment is the system developed in the Agricultural University of Athens [6]. Results of the whole system operation under real solar conditions have been published by Manolakos et al. [7] and also the performance results of the organic Rankine engine and the small RO unit under laboratory conditions (electrical heating) have been given [8,9].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی اولیه سیستم های نمک گیری به کمک سیکل رانکین آلی خورشیدی (ORC) در دمای پایین به روش اسمز معکوس آب دریا و آب شور

Preliminary design of seawater and brackish water reverse osmosis desalination systems driven by low-temperature solar organic Rankine cycles