دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 23409 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

تحلیل های فنی و هزینه ای دو سیستم متفاوت برای ذخیره سازی گرما برای نیروگاه های میکرو CHP مسکونی

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
23409 2013 7 صفحه PDF 26 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Technical and cost analyses of two different heat storage systems for residential micro-CHP plants
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Applied Thermal Engineering, Available online 26 October 2013

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده 
کلیدواژه ها
فهرست علائم 
1. مقدمه 
2. تحلیل فنی سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی 
2.1. مفروضات کلی 
شکل 1. طرح کلی سیستم های میکرو CHP. 
جدول 1. داده های مربوط به ساختمان ها. 
جدول 2. محرک های اصلی و ظرفیت های ذخیره سازی انرژی گرمایی برای خانه تک خانواری. 
جدول 3. محرک های اصلی و ظرفیت های ذخیره سازی انرژی گرمایی برای بلوک آپارتمانی. 
2.2. ارزیابی فنی سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم 
شکل 2. طرح پیکربندی سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم. 
جدول 4. نتایج سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم. 
2.3. ارزیابی فنی سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان 
شکل 3. طرحی از پیکربندی سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان. 
جدول 5. خواص ترموفیزیکی تری هیدرات استات سدیم جامد. 
جدول 6. نتایج برای سیستم های ذخیره سازی گرمایی گرمای نهان. 
3. تحلیل هزینه ای 
شکل 4. هزینه های مخازن استوانه ای از جنس فولاد ضد زنگ AISI 316L. 
شکل 5. مجموع هزینه های اجزاء سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم (میله چپ) و گرمای نهان (میله راست) برای سیستم های میکرو CHP مربوط به خانه تک خانواری. 
شکل 6. مجموع هزینه های اجزاء سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم (میله چپ) و گرمای نهان (میله راست) برای سیستم های میکرو CHP مربوط به بلوک آپارتمانی. 
4. نتیجه گیری 
کلمات کلیدی
() - سیستم های میکرو مسکونی - تجزیه و تحلیل فنی - تجزیه و تحلیل هزینه - آب داغ - گرمای نهان - مواد تغییر فاز () -
ترجمه چکیده
سیستم ذخیره سازی گرما به منزله ی جزئی کلیدی برای نیروگاه های تولید همزمان میکرو است، زیرا اجازه ذخیره سازی انرژی گرمایی مصرف نشده در طی تولید برق را برای مصرف در زمان های بعدی می دهد. با وجود این، به منزله ی هزینه ی اضافی مداومی است که باید به منظور ارزیابی سودآوری سیستم میکرو CHP نسبت به تولید جداگانه در نظر گرفته شود. در این مقاله نتایج تحلیل فنی و هزینه ای دو نوع متفاوت از سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی برای نیروگاه های میکرو CHP مسکونی ارائه می شوند. در واقع، در مقاله حاضر سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم و سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان برای سیستم های میکرو CHP متفاوتی که انرژی الکتریکی و گرمایی را برای دو ساختمان متفاوت واقع در ایتالیا تولید می کنند مقیاس شده اند. برای هر سیستم میکرو CHP مورد تحلیل، ظرفیت ذخیره سازی انرژی گرمایی کافی بر اساس منطق عملیاتی و بارهای الکتریکی و گرمایی برآورد می شود، و اندازه بندی مخزن استوانه ای و مبدل گرمای سیم پیچی مربوط به هر دو نوع سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی انجام می شود. مقایسه ها از نظر هزینه اجزا بین سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم و سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان نیز انجام می شوند.
ترجمه مقدمه
کاملا معلوم است که تولید ترکیبی انرژی الکتریکی و گرمایی (CHP) اجازه ی کسب راندمان های تبدیل کلی بالای هر دوی سوخت های مرسوم و تجدید پذیر را می دهد. علاوه بر این، سیستم های تولید انرژی توزیع شده، مانند نیروگاه های میکرو CHP مسکونی، اجازه ی دستیابی به صرفه جویی های بیشتر در انرژی را می دهند، زیرا آنها اجازه جلوگیری از اتلاف های انرژی ناشی از انتقال و توزیع برق را می دهند. این جنبه ها، همراه با ضرورت رعایت محدودیت های پروتکل کیوتو در خصوص صرفه جویی ها در انرژی اولیه و انتشار گازهای گلخانه ای، و با افزایش مداوم هزینه های نفت و گاز طبیعی، در سال های اخیر به توجه زیاد دولت ها، صنایع و پژوهشگران به شناسایی مناسب ترین فناوری ها برای سیستم های میکرو CHP منجر شده اند. امروزه در اروپا رشد تولید همزمان توسط دستور 2004/08/EC اتحادیه اروپا [1] حمایت می شود که هر کشور عضو را به ارزیابی پتانسیل تولید همزمان در کشورشان و ترویج بهره برداری از آن ملزم می کند. در ایتالیا، اساسا دو مشوق اصلی برای تولید همزمان میکرو (Pel < 50 kW) وجود دارد، به عبارتی کاهش مالیات غیر مستقیم بر روی بخشی از گاز طبیعی که برای تولید برق با استفاده از سیستم های CHP مصرف می شود، و مزایای مرتبط با امکان انتشار برق تولید شده، اما بلافاصله مصرف نشده، توسط سیستم CHP در شبکه برق بیرونی برای مصرف در زمان های بعدی به صورت سالانه [3]. در کل، ادغام سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی (سیستم TES) در سیستم CHP اجازه ی انباشت گرمای بازیابی شده از محرک اصلی را در زمانی که برای تاسیسات گرمایی نیاز نیست، برای مصرف در زمان های بعد می دهد. بنابراین، به محرک اصلی اجازه می دهد تا در زمانی که بدون اتلاف گرمای زیاد ممکن یا راحت تر است، تولید برق کند. بنابراین، واضح است که اندازه بندی مناسب سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی برای سیستم CHP باید اندازه محرک اصلی، تقاضای الکتریکی و گرمایی تاسیسات، هزینه های برق و سوخت، و مشوق های ارائه شده توسط کشوری که این سیستم در آن نصب شده است را لحاظ کند. تحقیق در مورد راهکارهای مقرون به صرفه برای سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی ادغام شده در سیستم های CHP در مقالات اخیر بسیاری انجام شده است، مانند مقالات فراجاکی و همکاران [4] و [5] که بر سودآوری سیستم های CHP در انگلستان متمرکزند، مقالات رن و همکاران [6] و [7] که در آن ها اندازه بندی بهینه ی سیستم های میکرو CHP مسکونی در ژاپن با استفاده از مدل عددی بومی انجام شده است، و مقاله بوگدان و کوپجار [8] که در آن بهبودهای نیروگاه CHP EL-TO Zagreb در کرواسی ناشی از ذخیره سازی انرژی گرمایی ارزیابی شده اند. جدیدترین مطالعات ایتالیایی در مورد موضوع فوق مطالعات بیانچی و همکاران [9] و باربیری و همکاران [10] هستند. در مطالعه اول رهنمودهایی برای ارزیابی ظرفیت بهینه ذخیره سازی انرژی گرمایی در سیستم های میکرو CHP مسکونی ارائه شده اند، در حالی که در مطالعه دیگر محققان یک تحلیل عددی را به منظور ارزیابی تاثیر ذخیره سازی انرژی گرمایی بر سودآوری سیستم های میکرو CHP برای یک بنای مسکونی انجام داده اند. تا آنجا که به مواد ذخیره سازی انرژی گرمایی مربوط می شود، آب تقریبا در همه سیستم های ذخیره سازی برای نیروگاه های میکرو CHP مسکونی که برق و انرژی گرمایی را برای تاسیسات آب گرم و گرمایش محیط تولید می کنند استفاده می شود. زیرا آب را می توان مستقیما در تاسیسات آب گرم استفاده کرد، عملا هیچ هزینه ای ندارد، گرمای ویژه بالایی دارد، دمای جوش نسبتا بالایی در مقایسه با دماهای کاری تاسیسات آب گرم دارد، و سمی نیست. با وجود این، در سال های اخیر ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان (LHTES)، که معمولا بر گرمای نهان مربوط به گذار فاز جامد-مایع مواد تغییر فاز دهنده (PCM) مانند پارافین، اسیدهای چرب، و هیدرات های نمکی متکی است، توجه زیادی را از طرف محققان و صنایع جلب کرده است، زیرا می تواند چگالی ذخیره سازی انرژی بسیار بالاتری را نسبت به روش ذخیره سازی انرژی گرمایی محسوس فراهم می کند، و در نتیجه می تواند به کاهش سازگار وزن و حجم سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی منجر شود [11] و [12]. تا به امروز، در میان PCM هایی که برای کاربردهای ذخیره سازی انرژی گرمایی برای خرید در دسترس هستند، یکی از امیدوارکننده ترین PCM ها برای سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی مسکونی تری هیدرات استات سدیم است [13]، که به دلیل گرمای نهان ذوب بسیار بالای آن و دمای ذوب حدودا 58 ℃ آن است، که برای کاربرد فوق مناسب هستند. در ادامه، نتایج تحلیل فنی و تحلیل هزینه ای دو نوع مختلف از سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی برای نیروگاه های میکرو CHP مسکونی ارائه می شوند. در واقع، در این تحلیل، سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم و سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان که از تری هیدرات استات سدیم استفاده می کنند برای سیستم های میکرو CHP مختلفی که انرژی الکتریکی و گرمایی را برای دو ساختمان مختلف واقع در شمال ایتالیا، یعنی یک خانه تک خانواری و یک بلوک آپارتمانی، تولید می کنند مقیاس شده اند. برای هر یک از سیستم های میکرو CHP مورد تحلیل، ظرفیت کافی برای ذخیره سازی انرژی گرمایی بر اساس منطق عملیاتی و بارهای الکتریکی و گرمایی برآورد می شود، و اندازه بندی مخازن استوانه ای و مبدل های گرمایی سیم پیچی در خصوص هر دو نوع سیستم ذخیره سازی انرژی گرمایی انجام می شود. مقایسه ها از نظر هزینه اجزا بین سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی آب گرم و سیستم های ذخیره سازی انرژی گرمایی گرمای نهان نیز انجام می شوند.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله تحلیل های فنی و هزینه ای دو سیستم متفاوت برای ذخیره سازی گرما برای نیروگاه های میکرو CHP مسکونی

چکیده انگلیسی

The heat storage system represents a key component for micro-cogeneration plants since it permits to store the unused thermal energy during electricity production for a later use. Nevertheless, it also represents a consistent additional cost that has to be taken into account in order to evaluate the profitability of the micro-CHP system with respect to the separate generation. In this paper the results of a technical and of a cost analysis of two different types of thermal energy storage systems for residential micro-CHP plants are presented. Indeed, in the present work hot water thermal energy storage systems and latent heat thermal energy storage systems have been dimensioned for different micro-CHP systems producing electrical and thermal energy for two different buildings situated in Italy. For each analysed micro-CHP system an adequate thermal energy storage capacity is estimated on the basis of the operational logic and of the electric and thermal loads, and the sizing of the cylindrical tank and of the coil heat exchanger relative to both types of thermal energy storage systems is performed. Comparisons in terms of components cost between hot water thermal energy storage systems and latent heat thermal energy storage systems are performed as well.

مقدمه انگلیسی

It is well known that the combined production of electric and thermal energy (CHP) permits to obtain high overall conversion efficiencies of both conventional and renewable fuels. Moreover, distributed energy production systems, as the residential micro-CHP ones, allow to achieve further energy savings, as they permit to avoid energy losses due to electricity transmission and distribution. These aspects, together with the necessity to respect the Kyoto Protocol constraints relative to the primary energy savings and greenhouse gas emissions, and with the continuously increasing oil and natural gas costs, have led in recent years to a great interest of Governments, industries and researchers towards the identification of the most suitable technologies for micro-CHP systems. Nowadays, in Europe the growth of cogeneration is supported by the EU directive 2004/08/EC [1] requiring each Member State to assess the potential for cogeneration in their own country and to promote its exploitation. In the Italian context, there are essentially two main incentives for micro-cogeneration (Pel < 50 kW), namely a reduction of the excise duty on the fraction of the natural gas used for the electricity production by means of CHP systems [2], and advantages related to the possibility of releasing the electricity produced by the CHP system but not immediately consumed in the external grid for a later use on a yearly basis [3]. In general, the integration of a thermal energy storage system (TES system) into a CHP system allows to accumulate the heat recovered from the prime mover, when it is not needed by the thermal utilities, for a later use. Thus, allowing the prime mover to produce electricity when it is possible or more convenient without any heavy heat loss. Therefore, it is straightforward that a suitable sizing of the thermal energy storage system for a CHP system has to take into account the prime mover size, the electric and thermal demand of the utilities, the electricity and fuel costs, and the incentives delivered by the country in which the system is installed. The research of cost-effective solutions for thermal energy storage systems integrated into CHP systems has been conducted in many recent papers, as those of Fragaki et al. [4] and [5] focused on the profitability of CHP systems in UK, those of Ren et al. [6] and [7] in which the optimal sizing of the residential micro-CHP systems in Japan is performed by means of a home-made numerical model, and that of Bogdan and Kopjar [8] in which the improvements to the EL-TO Zagreb CHP plant in Croatia due to the thermal energy storage are evaluated. The most recent Italian studies about the above subject are those of Bianchi et al. [9] and Barbieri et al. [10]. In the first one guidelines are provided for the evaluation of the optimal thermal energy storage capacity in residential micro-CHP systems, while in the other one the authors perform a numerical analysis in order to assess the influence of the thermal energy storage on the profitability of micro-CHP systems for a residential building. As far as the thermal energy storage materials are concerned, water is used in almost the totality of the storage systems for residential micro-CHP plants producing electricity and thermal energy for hot water utilities and ambient heating. This is because water can be directly used in hot water utilities, it has practically no cost, a high specific heat, a relatively high boiling temperature compared to the working temperatures of hot water utilities, and it is not toxic. Nevertheless, in the last years latent heat thermal energy storage (LHTES), that typically relies on the latent heat relative to the isothermal solid–liquid phase transition of phase change materials (PCM) like paraffins, fatty acids and salt hydrates, has gained great attention from researchers and industries as it can provide much higher energy storage density than the sensible thermal energy storage method, and as a consequence it can lead to a consistent reduction of weight and volume of thermal energy storage systems [11] and [12]. To date, among the commercially available PCM for thermal energy storage applications, one of the most promising for residential thermal energy storage systems is the sodium acetate trihydrate [13], due to its very high latent heat of fusion and to its melting temperature of about 58 °C, suitable for the above application. In the following, the results of a technical analysis and of a cost analysis of two different types of thermal energy storage systems for residential micro-CHP plants are presented. Indeed, in the present analysis hot water thermal energy storage systems and latent heat thermal energy storage systems employing sodium acetate trihydrate have been dimensioned for different micro-CHP systems producing electrical and thermal energy for two different buildings situated in north Italy, namely a single family house and a block of flats. For each of the analysed micro-CHP systems an adequate thermal energy storage capacity is estimated on the basis of the operational logic and of the electric and thermal loads, and the sizing of the cylindrical tanks and of the coil heat exchangers relative to both types of thermal energy storage systems is performed. Comparisons in terms of components cost between hot water thermal energy storage systems and latent heat thermal energy storage systems are performed as well.

نتیجه گیری انگلیسی

In the present work the results of a technical analysis and of a cost analysis of two different types of heat storage systems for residential micro-CHP plants have been presented. Indeed, in the present analysis hot water thermal energy storage systems and latent heat thermal energy storage systems employing a phase change material (PCM), namely the sodium acetate trihydrate, have been dimensioned for different micro-CHP systems producing electrical and thermal energy for two different buildings situated in north Italy, namely a single family house and a block of flats. For each of the analysed micro-CHP systems an adequate thermal energy storage capacity has been estimated on the basis of the operational logic and of the electric and thermal loads, and the sizing of the cylindrical storage tanks and of the coil heat exchangers relative to both types of thermal energy storage systems has been performed. The results of the technical analysis of the thermal energy storage systems have shown that for each considered micro-CHP system the tank volume of the latent heat thermal energy storage system is about the 30% of the corresponding hot water one, due essentially to the much higher energy storage density of the PCM as compared to the water one. The results have also shown that the total heat transfer areas relative to the heat exchangers of the latent heat thermal energy storage systems are more than four times higher than those of the corresponding heat exchangers relative to the hot water thermal energy storage systems, due to the very low thermal conductivity of the PCM, which represents the major limit of this category of materials in heat storage applications. Relatively to the results of the cost analysis, for each of the considered micro-CHP systems these have shown that the total cost of the thermal energy storage system components is always lower in the cases with latent thermal energy storage, especially for the thermal storage systems relative to the micro-CHP plants considered for the single family house. Nevertheless, even though the salt hydrate sodium acetate trihydrate is currently considered one of the most promising materials for latent heat thermal energy storage systems, further analyses should be made including the thermal energy storage system performances reduction due to the long-term degradation of its thermophysical properties, in order to assess the effective convenience in using it in thermal energy storage systems.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.