The Performance of Combined Solar Chimney System for Power Generation and Seawater Desalination

Abstract

Energy and fresh water shortages are two important problems which the whole world faces. Making use of solar energy to desalt seawater or brackish water and setting up solar chimney power systems can go some way to solve the aforementioned problems. In this study an alternative method of heat and moisture extraction from seawater under the collector of a solar chimney system for power generation and seawater desalination with a high-efficiency condenser (HEC) is investigated with the objective of estimating its performance. In seawater desalination one-dimensional compressible flow model was employed. The combined solar chimney system for power generation and seawater desalination (CSCSPD) can achieve simultaneously multitargeted production such as power and freshwater. The performance of CSCSPD is studied and investigated mathematically and economically. The mathmatical investigation is done by using some parameters from the pilot setup in Dalian, China. the mathematical modeling was constructed by employing the matrix laboratory software (MATLAB) to achive accurate estimations for variations in the parameters. The aim of the mathematical modeling is to investigate and obtain the optimal working of the power plant . The investigation that relates to the economic value of the project is estimated by employing a methodological approach based on revenue analysis. In this regard, the revenue analysis is based on the price of fresh water and electric power in Dalian, China. Furthermore, the economic model is developed by utilising MATLAB software. The final results obtained indicated that the price of the water from the integrated power plant compares favourably to the price range of fresh water produced by conventional energy supply and wind energy supply. It can be concluded that the application of the multi-product system will enhance the economic performance of a solo solar chimney system (SSCS). The results of the proposed mathematical and economic model clearly show how parameters of the CSCSPD affects ascending or descending to enhance the efficiency of integrated power plant performance. The integrated system would significantly improve the utilization efficiency of solar energy. Keywords: CSCSPD, MATLAB software, Integrated system, Solar power plant, Total electric power, Efficiency of power plant, mass flow rate, condenser.

ÖZ: Enerji ve tatlı su sıkıntısı bütün dünyanın karşı karşıya kaldığı iki önemli sorundur. Güneş enerjisinden yararlanılarak deniz suyu ve acı sudan tatlı su elde edilebilir ve güneş enerjisi baca sistemleri kurarak yukarıda sözü edilen sorunları çözmek için yol katedilebilir. Bu çalışmada alternatif bir yöntem olarak enerji üretimi ve deniz suyunu tuzdan arındırılması için deniz suyundan ısı ve nem çıkartılmasında yüksek verimli kondenseri olan bir güneş baca sisteminin performansı incelenmiştir. Deniz suyunun tuzdan arındırılmasında tek boyutlu sıkıştırılabilir akış modeli kullanıldı. Elektrik üretimi ve deniz suyunu tuzdan arındırma için kombine güç ve desalinasyon güneş baca sistemi (KGDGBS) kullanılarak aynı anda güç ve tatlı su üretimi elde edilebilir. KGDGBS’nin performansı çalışıldı, matematiksel ve ekonomik olarak incelendi. Matematiksel incelemede Dalian, Çin’deki pilot kurulumdan elde edilen parametreler kullanıldı. Matematiksel modellemede parametrelerdeki değişimlerden dolayı doğru tahminleri bulmak için matrix labaratory (MATLAB) yazılımı kullanıldı. Matematiksel modellemenin amacı güç santralinin optimal çalışmasını incelemek ve elde etmektir. Projenin ekonomik değeri ile ilgili inceleme gelir analizine dayalı bir metodolojik yaklaşım kullanılarak tahmin edildi. Bu bağlamda gelir analizi Dalian, Çin’deki tatlı su ve elektrik enerjisi fiyatlarını dayanmaktadır. Ayrıca, ekonomik modelleme MATLAB yazılımı kullanılarak geliştirilmiştir. Elde edilen nihai sonuçlara göre entegre santralden elde edilen tatlı su maliyetleri, geleneksel enerji ve rüzgar enerjisinin kullanımı ile elde edilen tatlı su maliyet aralığı ile kıyaslandığında netice olumludur. Kombine sistemin uygulanması ile yalnız güneş baca sisteminin ekonomik performansının artıracağı sonucuna varılabilir. Önerilen matematiksel ve ekonomik modellemede elde edilen sonuçlardan, KGDGBS’nin çalışma parametrelerinin entegre sistemin performansını nasıl artırıp azalttığını açıkça göstermektedir. Entegre sistem, önemli ölçüde güneş enerjisi kullanım verimliliğini artıracak. Anahtar klimeler: kombine güç ve desalinasyon güneş baca sistemi, MATLAB software, Entegre sistem, Güneş enerjisi santrali, Toplam elektrik, Güç santrali verimliliği, kütle akış hızı, kondenser.