مهندسی مدیریت انرژی (مدیریت انرژی)
سال:1401 | دوره:12 | شماره:1 |تعداد مقالات:14

در این مطالعه، یک روش بهینه سازی چندهدفه برای بهره برداری بهینه از منابع انرژی محلی و بار مشترکین در یک ریزشبکه در حضور برنامه های پاسخگویی بار ارایه شده است. توربین بادی و پنل فتوولتاییک منابع تجدیدپذیر ریزشبکه هستند. از برنامه های پاسخگویی بار زمان استفاده و قیمت گذاری اوج بحرانی نیز برای بهبود الگوی مصرف مشترکین ریزشبکه استفاده شده است؛ به علاوه، مشترکین سعی می کنند در زمان هایی مصرف الکتریکی داشته باشند که منابع تجدیدپذیر در دسترس هستند. حداکثرسازی سود بهره بردار ریزشبکه از فروش برق و حداقل سازی میزان تولید گازهای آلاینده از منابع انرژی به عنوان توابع هدف مسیله مدیریت سمت تقاضا در نظر گرفته شده اند. از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه شیرمورچه برای بهینه سازی نامغلوب شاخص های ریزشبکه و ایجاد صفحه بهینه پارتو استفاده می شود. پس از اعمال الگوریتم بهینه سازی چند هدفه، از روش فازی برای انتخاب بهترین ذره که معادل به بهینه ترین برنامه بهره برداری از ریزشبکه است، استفاده می شود. در نهایت، کارایی روش پیشنهادی در یک ریزشبکه نمونه مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان دهنده این موضوع هستند که روش پیشنهادی با اصطلاح الگوی مصرف و بهینه سازی بهینه واحدهای تجدیدپذیر و باطری، کارایی ریزشبکه را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. روش پیشنهادی برای مدیریت انرژی نه تنها باعث افزایش سودآوری شرکت بهره بردار ریزشبکه می شود، میزان آلایندگی زیست محیطی ریزشبکه نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

در این مقاله، برنامه ریزی و بهره برداری منابع اکتیو و راکتیو در شبکه توزیع هوشمند دارای قابلیت بازآرایی سیستم و طرح پاسخ گویی بار با در نظر گرفتن امنیت ولتاژ ارایه می شود. از اینرو طرح مذکور به منظور مدل سازی همزمان شاخص های اقتصادی، بهره برداری و امنیت شبکه توزیع هوشمند یک مساله سه هدفه بیان می کند که توابع هدف آن به ترتیب کمینه سازی هزینه سالیانه برنامه ریزی منابع و بهره برداری شبکه و منابع، کمینه سازی تابع انحرافات ولتاژ، و بیشینه سازی شاخص امنیت ولتاژ را در نظر می گیرد. قیود مساله شامل معادلات پخش توان بهینه و بازآرایی شبکه، مدل بهره برداری و برنامه ریزی منابع اکتیو و راکتیو، فرمول بندی طرح پاسخ گویی بار، و محدودیت امنیت ولتاژ شبکه است. در ادامه، مساله چند هدفه پیشنهادی توسط تکنیک بهینه سازی پارتو مبنی بر روش مجموع توابع وزندار به یک مساله یکپارچه تک هدفه تبدیل می شود. سپس حل کننده ترکیبی بهینه سازی دسته میگوها و الگوریتم جستجوی کلاغ جهت دستیابی به راه حل بهینه مطمین با انحراف معیار پایین در پاسخ دهی استفاده می شود. در نهایت، طرح پیشنهادی برروی شبکه توزیع هوشمند شعاعی 69 باسه اعمال می شود و سپس نتایج عددی بدست آمده تایید کننده قابلیت این طرح در بهبود وضعیت اقتصادی، بهره برداری و امنیت شبکه توزیع هوشمند است.

این مقاله به ارایه یک شاخص جدید سنجش پایداری ولتاژ مبتنی بر روش آنالیز برداری می پردازد. اساس استخراج شاخص پیشنهادی، اندازه گیری به هنگام از توان های اکتیو و راکتیو ورودی و خروجی شینه های متصل به شینه های ژنراتوری است. در این راستا با توجه به قضیه حداکثر توان انتقالی از یک ژنراتور به بار متصل به آن، حدی برای شروع فروپاشی ولتاژ تعیین می شود. از طرفی در مواردی که سیستم قدرت نیازمند حذف بار است؛ یک حذف بار جدید ولتاژی/ فرکانسی ارایه شده است. ساختار این حذف بار به گونه ای است که با تقسیم بندی بارهای شبکه به عنوان بارهای مجاز و غیرمجاز جهت خروج و اولویت بندی خروج بارهای مجاز، پایداری ولتاژ و فرکانس شبکه تضمین خواهد شد. شبیه سازی ها در محیط نرم افزار دیگسایلنت بر روی شبکه استاندارد 39 شینه IEEE، صحت و کاربرد بسیار مناسب روش پیشنهادی را نسبت به سایر روش ها نشان می دهد.

هدف از این مقاله طراحی و امکان سنجی ساخت یک هواپیمای سبک وزن خورشیدی است که توانایی پرواز بی وقفه به مدت 24 ساعت را تنها با تکیه بر انرژی خورشیدی دارد. انرژی موردنیاز در طول روز با پنل های خورشیدی جذب می شود، مقداری به صورت مستقیم برای پرواز استفاده می شود و مازاد انرژی، برای پرواز در طول شب در باتری هواپیما ذخیره می شود. سپس از این هواپیما برای ماموریت هایی که نیاز به مداومت پروازی طولانی است استفاده خواهد شد. به همین منظور یک سیستم تشخیص حریق و اعلان به ایستگاه زمینی طراحی و جهت نصب آن در هواپیما تمهیداتی در نظر گرفته شده است. در این مقاله یک روش تحلیلی برای تشکیل مدل پیش بینی جرم هواپیما ارایه می شود که بر مبنای دخالت دادن تمام ادوات الکتریکی و مکانیکی است به نحوی که بتوان به یک مدل طراحی بهینه دست یافت. این روش تحلیلی، مبتنی بر توازن جرم و انرژی در مراحل مختلف پرواز است. با دخالت دادن نزدیک 30 پارامتر مختلف در این مدل سازی، درنهایت با توجه به اهداف تعیین شده، به مشخصه های طراحی موردنظر همچون طول بال بهینه هواپیما، ظرفیت باتری، ارتفاع پروازی، سطح توان فرستنده و. . . می توان دست یافت. یک چهارچوب شبیه سازی الکتریکی معرفی و در نرم افزار سیمولینک MATLAB به صورت زمان واقعی (Real-Time) اجرا شد که نتایج آن ارایه شده است. جهت صحت عملکرد مدل شبیه سازی شده، یک نمونه آزمایشگاهی ساخته شده است و تمام پارامترهای پروازی، الکتریکی و مکانیکی روی آن آزمایش شده است.

با توجه به نوسانات سرعت باد در سیستم های تبدیل انرژی باد، به علت مشکلات ناشی از ژنراتورهای بادی سرعت ثابت، ژنراتور های بادی سرعت متغیر بر آن ها ترجیح داده می شوند. یکی از ژنراتور های سرعت متغیر، ژنراتور القایی با سیم پیچ استاتور دوگانه می باشد. این نوع ژنراتور در مقایسه با ژنراتور های القایی دو سو تغذیه که متداول ترین نوع ژنراتور سرعت متغیر در بین توربین های بادی محسوب می گردد، به علت حذف جاروبک ها و حلقه های لغزان، دارای ساختمان مقاوم تر و هزینه تعمیر و نگهداری کمتر می باشد، همچنین به علت ساختار روتور قفس سنجابی نسبت به ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک با ساختار روتور آشیانه ای دارای ساختمان ساده تر می باشند. در این مقاله سیستم تبدیل انرژی باد سرعت متغیر با بکارگیری ژنراتور القایی با سیم پیچ استاتور دوگانه برای تغذیه بار جریان متناوب مستقل از شبکه معرفی می گردد. سپس با بکارگیری مبدل های الکترونیک قدرت یک ساختار مناسب پیشنهاد می گردد. به منظور تنظیم توان و تثبیت ولتاژ با دامنه و فرکانس مطلوب برای بار مستقل از شبکه تحت شرایط تغییرات بار و سرعت باد با درنظر گرفتن روش های کنترلی مناسب حلقه های کنترلی برای مبدل های الکترونیک قدرت طراحی می گردد. جهت اعتبار سنجی سیستم تحت مطالعه و روش کنترلی موردنظر، نتایج شبیه سازی در محیط SIMULINK نرم افزار MATLAB ارایه می گردد.

افزایش مصرف انرژی الکتریکی، مسیله ای است که همواره به عنوان یکی از چالش های تامین کنندگان برق مطرح بوده است. به دنبال افزایش مصرف، برنامه های پاسخ گویی بار که سعی در مدیریت مصرف انرژی با اهدافی نظیرکاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان دارند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند. از طرفی هوشمندسازی مصرف کنندگان، امکان بهره گیری هرچه بیشتر از هوش مصنوعی جهت مدیریت انرژی را میسر ساخته است. این مقاله، روشی برای مدیریت مصرف انرژی خانگی با هدف کمینه کردن قبض برق و نارضایتی مشترک ارایه می دهد. با تفکیک بارهای خانه به سه دسته بار های غیرقابل کنترل، قابل جابه جایی و قابل کنترل، یادگیری تقویتی چند عاملی با الگوریتم Q-Learning راهکاری است که در این مقاله برای اتخاذ تصمیمات بهینه در رابطه با هر یک از وسایل خانه در نظر گرفته شده است. به دلیل ماهیت الگوریتم Q-Learning، روش پیشنهادی در این مقاله برخلاف روش های برنامه ریزی عدد صحیح امکان افزودن وسایل بیشتری از خانه و حل مسیله های پیچیده تری را داراست. پیاده سازی روش پیشنهادی این مقاله در بخش مطالعه عددی منجر به کاهش قبض برق مشترک تا 8/24 درصد گردید. همچنین، نتایج حاصل از اعمال روش ارایه شده حاکی از صحت عملکرد آن می باشد.

افزایش نفوذ منابع تولید تجدیدپذیر، برنامه ریزی تولید روزپیش سیستم قدرت را با چالش های جدی فنی و اقتصادی روبه رو کرده است. با توجه به ماهیت تصادفی تولید این منابع، تامین انعطاف پذیری مورد نیاز برای پوشش عدم قطعیت و تغییرپذیری آن ها به موضوعی مهم تبدیل شده است. از جمله منابع تامین کننده انعطاف پذیری، واحدهای سریع نظیر واحدهای گازی هستند که استفاده از ظرفیت شیب غیر چرخان آن ها می تواند نیاز به بهره برداری چرخان از واحدهای گران قیمت را کاهش دهد. از طرفی مطابق رویکرد قابل قبول بازارهای برق، توجه به حداکثرسازی رفاه اجتماعی در برنامه ریزی روزپیش تولید از اهمیت بالایی برخوردار است که لازمه آن تسویه همزمان انرژی و رزرو ظرفیت شیب می باشد. لذا در مقاله حاضر از بهینه سازی مقاوم تطبیق پذیر مبتنی بر روش تولید قید و ستون برای حل مسیله برنامه ریزی تولید روزپیش با بهره گیری از پتانسیل واحدهای سریع، تحت نفوذ بالای منابع تولید بادی بهره گرفته شده است. بررسی نتایج بر روی شبکه آزمایش استاندارد 24 باسه IEEE، حاکی از آن است که بهره گیری از پتانسیل منابع سریع، کاهش هزینه بهره برداری تا میزان 85/0% را در پی دارد. همچنین استفاده از روش تولید قید و ستون، منجر به افزایش سرعت همگرایی روند حل مسیله و رسیدن به جواب بهینه در حداکثر سه تکرار شده است.

امروزه بیودیزل به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی در نظرگرفته شده است. با توجه به اهمیت زیست محیطی بیودیزل، در مطالعه حاضر، اکسیدهای ZrO2-NiO و ZrO2-CeO2 با نسبت های مولی مختلف با استفاده از روش همرسوبی و سل ژل پچینی سنتز شده و فعالیت های کاتالیزوری آن ها برای تولید بیودیزل از روغن ذرت و روغن پسماند مورد بررسی قرار گرفت. کاتالیزورهای جدید از لحاظ مورفولوژی، کریستالوگرافی و ترکیب شیمیایی با تکنیک های شناخته شده ی پراش اشعه ایکس، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه بررسی شدند. عوامل و پارامترهای مختلف موثر در میزان تولید بیودیزل، از جمله نسبت روغن به متانول، دمای واکنش ترانس استریفیکاسیون و روش سنتز نانوکاتالیزور برای کاتالیزورهای مورد نظر بهینه شد. نتایج تجربی نشان دادند که استفاده از زیرکونیوم دی اکسید به همراه اکسید فلزات به عنوان کاتالیزور، باعث افزایش سینتیک و کاهش زمان واکنش تولید بیودیزل می شود. همچنین بالاترین عملکرد کاتالیزور در نسبت مولی روغن به متانول (1 به 10) و نسبت مولی 10= Zr/Ni و 10= Zr/Ce مشاهده شد، به طوری که بازدهی تبدیل روغن پسماند و روغن ذرت به بیودیزل بر روی کاتالیزور ZrO2-CeO2 به ترتیب 92 و 83% با دقت تحلیلی رضایت بخش (R. S. D. ≤,4. 8٪, ) و برای کاتالیزور ZrO2-NiO به ترتیب 83 و 78% با دقت تحلیلی رضایت بخش (R. S. D. ≤,5. 3٪, ) به دست آمد.

روند کنونی افزایش مصرف انرژی در جهان، بشر را با دو بحران بزرگ روبرو کرده است؛ نخست، آلودگی محیط زیست و دیگری شتاب فزاینده در جهت به پایان بردن منابع انرژی. ذخیره ی انرژی و کاهش آلاینده ها در سطح شهر نقش حیاتی در فرآیند حفظ انرژی موجود و کاهش انتشار آلاینده ها ایفا می کند. در این بین، بخش حمل ونقل به واسطه اهمیت و جایگاهی که در این موضوع دارد، توجه دوچندان را می طلبد و می تواند سالانه مقادیر قابل توجهی صرفه جویی اقتصادی برای مردم و دولت ها، بوسیله کاهش مصرف انرژی و اثرات نامطلوب زیست محیطی، کاهش زمان سفر و تاخیرهای ناخواسته به ارمغان آورد. به همین دلیل در پژوهش حاضر مهمترین پارامترهای موثر بر انتشار آلاینده های زیست محیطی در بخش حمل ونقل شهری تعیین و مدل سیستم دینامیک حمل ونقل شهری تهران ایجاد شد و براساس آن با استفاده از تحلیل های کمی، شش سناریوی حفظ وضعیت فعلی، بهبود حمل ونقل عمومی، پیشرفت فناوری، مدیریت قوانین و مقررات، مدیریت تقاضای سفر و سناریوی جامع ارایه گردید. از نتایج مشاهده شد سناریوی CP بهترین عملکرد را داشته و با اجرای همزمان سناریوها باعث می شود هر کدام از آن ها نقش خود را در بهبود وضعیت ایفا کرده و میزان مصرف انرژی و انتشار CO2 به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

در این پژوهش عملکرد آب شیرین کن خورشیدی رطوبت زنی-رطوبت زدایی با استفاده از سیکل بسته آب و هوا در شهرستان اهواز مورد بررسی قرار گرفت. این آب شیرین کن شامل کلکتور، چگالنده هوا خنک، مخزن های آب شور و شیرین، دمنده ی هوا و پمپ آب است. ارزیابی این سامانه در سه سطح سرعت هوا (3، 4 و 5 متر بر ثانیه) و در سه سطح دبی پمپ (2، 4 و 6 لیتر بر دقیقه) انجام شد. نتایج نشان داد که کمینه ی بازده تبخیر کننده در روز به طور میانگین حدود 56 درصد بود که در سرعت هوا 3 متر بر ثانیه و دبی آب 2 لیتر بر دقیقه بدست آمد و همچنین بیشینه بازده تبخیر کننده در روز حدود 79 درصد بود که در سرعت هوا 5 متر بر ثانیه و دبی آب 6 لیتر بر دقیقه بدست آمد. همچنین بیشینه میانگین روزانه کارایی چگالنده حدود 52/21 درصد بود که در سرعت هوای خروجی 3 متر بر تانیه و دبی آب عبوری 6 لیتر بر دقیقه به دست آمد. کمینه مقدار آب شیرین بدست آمده مربوط به سرعت هوا 5 متر بر ثانیه و دبی 2 لیتر بر دقیقه و بیشینه مقدار آن برای سرعت هوا 3 متر بر تانیه و دبی 6 لیتر بر دقیقه بدست آمد.

در این مقاله، عملکرد گرمایی و الکتریکی سیستم های فتوولتاییک/گرمایی مجهز به کلکتور صفحه-لوله مارپیچی شیاردار به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. از نانوسیال آب-مگنتیت به عنوان سیال انتقال گرما استفاده شده است. تاثیر غلظت نانوذرات (0-1 درصد)، دبی جرمی نانوسیال (10-40 کیلوگرم بر ساعت) و گام شیار (0، 4/5 و 8 میلی متر) بر روی پارامترهای عملکردی سیستم شامل دمای پنل فتوولتاییک، راندمان گرمایی، راندمان الکتریکی و راندمان کل بررسی شده است. کلیه آزمایش ها در شرایط محیطی (شدت تابش خورشیدی و دمای محیط) مشابه و با استفاده از شبیه ساز خورشیدی انجام شده است. نتایج نشان داد که شیاردار کردن لوله مارپیچی منجر به بهبود عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی سیستم فتوولتاییک گرمایی می شود. همچنین، مشاهده شد که سیستم با گام شیار 4/5 میلی متر دارای عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی بهتری از سیستم با گام شیار 8 میلی متر است. طبق نتایج، راندمان های گرمایی، الکتریکی و کل سیستم با صفحه-لوله مارپیچی شیاردار با گام 4/5 میلی متر، به ترتیب، در محدوده 03/37-89/50، 29/12-38/12 و 37/69-47/83 درصد است. همچنین، نتایج نشان داد که افزایش غلظت نانوذرات و دبی جرمی نانوسیال منجر به بهبود عملکردهای گرمایی، الکتریکی و کلی هر سه سیستم مورد بررسی در تحقیق حاضر می شود.

در این مطالعه به بررسی آنالیز انرژی و اگزرژی یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت که در جزیره ابوموسی (خلیج فارس) در استان هرمزگان (منطقه گرمسیری)، قرار گرفته است، پرداخته می شود. هدف از انجام این مطالعه بررسی اثر شکل نانوذرات دی سولفید مولیبدن (MoS2) بر انتقال حرارت و تولید آنتروپی است. با توجه به اهمیت انجام این تحقیق، مطالعه برای چهار شکل مختلف از نانوذرات (تیغه ای، پلاکتی، آجری و استوانه ای) صورت گرفته است. نتایج خروجی شامل عدد ناسلت متوسط، دمای سیال خروجی، افت فشار، ضریب اصطکاک، ضریب عملکرد هیدرولیکی حرارتی (PEC) و تولید آنتروپی برای شکل های مختلف نانوذرات و کسر حجمی صفر تا 4 درصد از نانوذرات در جریان آشفته با دبی های جرمی 5/0. 75/0 کیلوگرم بر ثانیه ارایه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده و با توجه به معیار ارزیابی علمکرد هیدرولیکی حرارتی، بهترین حالت در دبی جرمی 5/0 کیلوگرم بر ثانیه مربوط به نانوذره آجری، در کسر حجمی 3 درصد می باشد، که مقدار آن 269/1 است. در حالی که دبی جرمی 75/0 کیلوگرم بر ثانیه بهترین حالت مربوط به نانوذرات آجری، در کسر حجمی 4 درصد است، و مقدار آن 182/1 می باشد. همچنین مشخص شد که برای جریان با دبی جرمی 5/0 کیلوگرم بر ثانیه افزودن نانوذره آجری و تیغه ای به سیال پایه از نظر قانون دوم فایده ای ندارد. این در حالی است که برای جریان با دبی جرمی 75/0 کیلوگرم بر ثانیه استفاده از کسرحجمی 1 تا 4 درصد از نانوذرات آجری و تیغه ای می توانند سرعت تولید آنتروپی را به اندازه 8 درصد در مقایسه با سیال پایه کاهش دهند.

تمرکز کار حاضر بر روی عملکرد انرژی، اگزرژی و بهینه سازی پارامترهای یک هواگرمکن خورشیدی به همراه فین، بافل و بازچرخش خارجی است. تاثیر پارامترهای هندسی و عملیاتی بر روی راندمان موثر و اگزرژی هواگرمکن به صورت تیوری مورد تحلیل قرار گرفته است. معادلات تعادل انرژی و اگزرژی توسط کد توسعه یافته با استفاده از MATLAB حل شده است. علاوه بر این الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی طراحی و عملکرد پارامترهای هواگرمکن خورشیدی به کار رفته است. فاصله بین فین ها (تعداد فین)، طول بافل، فاصله بین بافل ها و نسبت بازچرخش پارامترهایی است که مقادیر بهینه آنها در اعداد رینولدز و تابش های مختلف با هدف رسیدن به بیشینه راندمان موثر و اگزرژی به دست آمد. مشخص شده است که استفاده از فین و بافل و بازچرخش در یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت باعث بهبود راندمان گرمایی در تمامی حالات می شود. با این حال، با افزایش مقادیر دبی جرمی قدرت اضافی لازم برای غلبه بر افت فشار ممکن است عملکرد هواگرم کن را از منظر اگزرژی و انرژی تخریب کند. بیشینه راندمان موثر و اگزرژی به دست آمده برای رینولدزهای مختلف به ترتیب برابر 15/64 % و 34/6 % است که در تابش W/m2 1200 حاصل شد. نتایج شبیه سازی مدل حاضر برای کلکتور پیشنهادی با مدل های موجود در منابع تایید شده و مطابقت خوبی دارد.

در یک نیروگاه های هسته ای، مجموعه ای از میله های سوخت که توسط شبکه های نگهدارنده در کنار هم نگه داشته شده اند، یک مجتمع سوخت را تشکیل می دهند. عبور جریان خنک کننده از اطراف میله ها و ایجاد آشفتگی جریان، خصوصا در اطراف شبکه های نگهدارنده، نیروهای عرضی، ارتعاشی و غیر دایم به میله ها اعمال می کند. تنش دوره ای ناشی از این ارتعاشات، علاوه بر خوردگی سایشی غلاف میله ها، باعث خستگی و کاهش استحکام مکانیکی آنها خواهد شد. در این پژوهش، اندازه، دامنه و شدت نوسانات این نیروها بدست آمده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. برای بررسی اثر پره های مغشوش کننده موجود روی شبکه های نگهدارنده، شبیه سازی ها برای دو نوع شبکه نگه دارنده با پره های مغشوش کننده و بدون پره های مغشوش کننده، انجام شده است. مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج تجربی، تطابق خوبی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که وجود پره های مغشوش کننده باعث افزایش حدود 17% در افت فشار می شود. نیروهای وارد شده بر شبکه نگه دارنده که در پایین دست جریان قرار دارد 10% کمتر از نیروهای وارد شده به شبکه نگه دارنده بالادستی است. آنالیز نوسانات نیروهای وارد شده به مجتمع سوخت نشان می دهد که دامنه ارتعاشات در فرکانس های کمتر از 300 هرتز، نسبتا بالا است.