การจำลองโรงไฟฟ้าปล่องลมแดดแบบหลังคาเอียงขนาด 500 กิโลวัตต์ ที่ใช้ความร้อนทิ้งจากอุตสาหกรรม
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
โรงไฟฟ้าปล่องลมแดด (Solar Chimney Power Plant, SCPP) ถูกนำเสนอให้เป็นโรงไฟฟ้าทางเลือกใหม่ ซึ่งงานวิจัยโดยทั่วไปนำเสนอว่าในเชิงพาณิชย์ถ้าต้องการสร้างควรจะมีความสูงปล่องประมาณ 1 กิโลเมตร ทำให้ก่อสร้างได้ยากและมีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง โรงไฟฟ้าปล่องลมแดดแบบหลังคาเอียง (Sloped Solar Chimney Power Plant, SSCPP) มีลักษณะเด่นคือ หลังคารับแดดที่มีความเอียงจะส่งผลให้ระบบสามารถใช้ปล่องที่สั้นกว่า SCPP ซึ่งทำให้ค่าใช้จ่ายในการลงทุนต่ำเมื่อเทียบกับ SCPP นอกจากนี้ จากการศึกษาที่ผ่านมาพบว่าความร้อนทิ้งจากอุตสาหกรรมในประเทศไทยยังมีศักยภาพพอที่จะนำไปใช้ประโยชน์ งานวิจัยนี้จึงได้พัฒนาแบบจำลองคณิตศาสตร์เพื่อออกแบบโรงไฟฟ้าปล่องลมแดดแบบหลังคารับแดดเอียงที่ใช้ความร้อนทิ้งจากอุตสาหกรรม (Sloped Solar Chimney Power Plant Powered by Industrial Waste Heat, SSCPP-WH) โดยแบบจำลองถูกทำ validation เทียบกับข้อมูลการทดลอง จากนั้นหาขนาดของโรงไฟฟ้าที่ทำให้ LCOE (Levelized Cost of Electricity) มีค่าต่ำที่สุด พบว่า LCOE ต่ำสุดประมาณ 0.14 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง มีระยะเวลาคืนทุนประมาณ 11 ปี ประสิทธิภาพของระบบประมาณร้อยละ 1.3 และประสิทธิภาพของหลังคารับแดดร้อยละ 36 โดยที่ SSCPP-WH มีพื้นที่หลังคารับแดด 49,000 ตารางเมตร ความสูงปล่อง 45 เมตร อัตราส่วนระหว่างพื้นที่หน้าตัดการไหลที่ทางเข้าหลังคารับแดดต่อทางออกหลังคารับแดด (AR12) เท่ากับ 14 และความร้อนทิ้งที่ระบบได้รับเท่ากับ 10 เมกกะวัตต์ นอกจากนี้ยังพบว่า ระยะเวลาคืนทุนของ SSCPP ต่ำกว่า SSCPP-WH ในบางกรณี เพื่อให้แน่ใจว่า SSCPP-WH มีระยะเวลาคืนทุนต่ำกว่า SSCPP ความร้อนทิ้งที่ระบบได้รับต่อความร้อนที่ระบบได้รับจากแสงอาทิตย์ต้องมีค่ามากกว่า 0.34
Article Details
References
EnviroMission Limited. (2017, December 6). Solar Chimney Power Plant. [Online]. Available: http://www.enviromission.com.au
W. Haaf, “Solar Chimneys: Part II: Preliminary Test Results from the Manzanares Pilot Plant,” International Journal of Solar Energy, vol. 2, no. 2, pp. 141-161, Jan. 1984.
A. Zandian and M. Ashjaee, “The thermal efficiency improvement of a steam Rankine cycle by innovative design of a hybrid cooling tower and a solar chimney concept,” Renewable Energy, vol. 51, pp. 465–473, Mar. 2013.
Z. Zou and S. He, “Modeling and characteristics analysis of hybrid cooling-tower-solar-chimney system,” Energy Conversion and Management, vol. 95, pp. 59–68, May 2015.
A. Mourtada, A.N. Arkahdan and Y.M. Karout, “Solar chimney electricity from the sun,” in 2012 International Conference on Renewable Energies for Developing Countries (REDEC), Beirut, Lebanon, Nov. 2012, pp. 1–8.
E. Bilgen, J. Rheault, “Solar chimney power plants for high latitudes,” Solar Energy, vol. 79, no. 5, pp. 449–458, Nov. 2005.
F. Cao, L. Zhao and L. Guo, “Simulation of a sloped solar chimney power plant in Lanzhou,” Energy Conversion and Management, vol. 52, no. 6, pp. 2360–2366, Jun. 2011.
Koonsrisuk A, “Mathematical modeling of sloped solar chimney power plants,” Energy, vol. 47, no. 1, pp. 582–589, Nov. 2012.
S. Kalash, W. Naimeh and S. Ajib, “Experimental investigation of the solar collector temperature field of a sloped solar updraft power plant prototype,” Solar Energy, vol. 98, pp. 70–77, Dec. 2013.
A. Koonsrisuk, “Comparison of conventional solar chimney power plants and sloped solar chimney power plants using second law analysis,” Solar Energy, vol. 98, pp. 78–84, Dec. 2013.
F. Cao, L. Zhao, H. Li and L. Guo, “Performance analysis of conventional and sloped solar chimney power plants in China,” Applied Thermal Engineering, vol. 50, no. 1, pp. 582–592, Jan. 2013.
X. Zhou, S. Yuan and M.A. dos S. Bernardes, Sloped-collector solar updraft tower power plant performance,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 66, pp. 798–807, Nov. 2013.
T. P. Fluri, J. P. Pretorius, C. V. Dyk, T. V. Backström D. G. Kröger and G. P. A. G. V. Zijl, “Cost analysis of solar chimney power plants,” Solar Energy, vol. 83, no. 2, pp. 246–256, Feb. 2009.
J. Schlaich, R. Bergermann, W. Schiel and G. Weinrebe, “Sustainable Electricity Generation with Solar Updraft Towers,” Structural Engineering International, vol. 14, no. 3, pp. 225–229, Aug. 2004.
E. P. Sakonidou, T. D. Karapantsios, A. I. Balouktsis and D. Chassapis, “Modeling of the optimum tilt of a solar chimney for maximum air flow,” Solar Energy, vol. 82, no. 1, pp. 80–94, Jan. 2008.
Waste Heat Recovery Guide, EnConLab. EnConLab, Bangkok, King Mongkut's University of Technology Thonburi, 2017.
J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar engineering of thermal processes, Hoboken: John Wiley, 2013.
M. -H. Huang, L. Chen, Y. –L. He, J. –J. Cao and W. –Q. Tao, “A two-dimensional simulation method of the solar chimney power plant with a new radiation model for the collector,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 85, pp. 100-106, Jul. 2017.
N. Pasumarthi, S.A. Sherif, “Experimental and theoretical performance of a demonstration solar chimney model-Part I: Mathematical model development,” International Journal of Energy Research, vol. 22, no. 3, pp. 277–288, 1998.
M. A. dos S. Bernardes, A. Voß and G. Weinrebe, “Thermal and technical analyses of solar chimneys,” Solar Energy, vol. 75, no. 6, pp. 511–524, Dec. 2003.
A. Koonsrisuk and T. Chitsomboon, “Effects of flow area changes on the potential of solar chimney power plants,” Energy, vol. 51, pp. 400–406, Mar. 2013.
Department of Alternative Energy Development and Efficiency, Ministry of Energy, Total radiation potential (Solar power from measurements), 2017.
The average temperature in each month of each province. (2017, December 7). [Online]. Available: http://www.e-report.energy.go.th/
weather.html
F. Cao, H. Li, L. Zhao and L. Guo, “Economic analysis of solar chimney power plants in Northwest China,” Journal of Renewable and Sustainable Energy, vol. 5, no. 2, p. 021406, Mar. 2013.