مهندسی و مدیریت انرژی
سال:1399 | دوره:10 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

در این مقاله، مدلی برای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع فعال ارایه شده است. با استفاده از الگوریتم کلاس بندی پیشنهادی و با درنظرگرفتن امکان بهره برداری جزیره ای شبکه توزیع در اثر وجود مولدهای محلی برق و ریزشبکه ها، قابلیت اطمینان سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. با ترکیب الگوریتم کلاس بندی شبکه و انجام بارزدایی بهینه با هدف حداقل کردن هزینه خاموشی مشترکان، ضمن یافتن ضریب وزنی هزینه نقاط بار موجود، شبکه توزیع توسط کلیدهای قدرت به نواحی مختلف تقسیم شده و با محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان، بهبود این شاخص ها نشان داده شده است. این روش برای تحلیل قابلیت اطمینان شبکه هایی با فیدرهای چندگانه مناسب بوده و توام با افزایش سرعت محاسبات، امکان بررسی تاثیر ظرفیت و مکان مولدهای محلی را فراهم می سازد.

سیستم های انتقال انعطاف پذیر(FACTS) کارایی مناسبی در رفع مشکلات شبکه های انتقال از خود نشان داده اند. هدف از برنامه ریزی ادوات FACTS تعیین نوع، مکان، و مشخصات مناسب این تجهیزات در شبکه به منظور بهبود پارامترهای مختلف فنی سیستم قدرت است. برنامه ریزی ادوات FACTS یک مسئله بهینه سازی غیرخطی با متغیرها و قیود فراوان است که برای حل آن استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مناسب ضروری می باشد. معمولا برنامه های بهینه سازی در محیط نرم افزارهای MATLAB یا GAMS پیاده سازی می شوند. از طرفی، در شرکت های برق معمولا از نرم افزار DIgSILENT به منظور انجام مطالعات شبکه استفاده می شود. لذا برای بهینه سازی لازم خواهد بود که اطلاعات شبکه به نرم افزارهای مذکور انتقال داده شود که این عمل برای کاربران امری دشوار و زمان بر است. در این مقاله، مسئله جایابی ادوات FACTS توسط الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات گسسته بر روی شبکه برق منطقه ای گیلان صورت می پذیرد. الگوریتم مذکور در محیط برنامه نویسی (DPL) نرم افزار دیگسایلنت پیاده سازی شده و بدین ترتیب نیازی به انتقال اطلاعات شبکه برای انجام بهینه سازی در نرم افزار دیگر نخواهد بود. نتایج مطالعه بیانگر کارایی فنی و اقتصادی احداث ادوات FACTS پیشنهادی در شبکه مورد مطالعه است.

تاب آوری به صورت توانایی سیستم برای حفظ یک سطح قابل قبول از عملکرد در برابر یک اغتشاش شدید و بازگشت در یک دوره زمانی مناسب تعریف می شود. بروز شرایط نامساعد آب وهوایی و حوادث طبیعی همواره منجر به تحمیل خسارات و خاموشی های گسترده در سطح شبکه های توزیع شده است؛ که تعداد و شدت این رخدادها در سال های اخیر اغلب رو به فزونی بوده است. لذا ارزیابی تاب آوری شبکه و توانایی بازگشت پذیری آن در مقابله با شرایط نامساعد جوی، کاهش میزان تاثیرپذیری شبکه توزیع برق در مقابل رخداد حوادث قهری می بایستی جزو اولویت های برنامه ریزی برای طراحی و بهره برداری از شبکه قرار گیرد. در این مقاله، در ابتدا مفهوم تاب آوری و مشخصه های آن تعیین و در ادامه با مدل سازی حوادث طبیعی متداول مانند سیل و طوفان، به معرفی شاخص جدید برای ارزیابی تاب آوری در شبکه های توزیع در حضور منابع تولید پراکنده پرداخته شده است. مدل پیشنهادی ارایه شده برای ارزیابی کمی تاب آوری بر روی یک شبکه نمونه واقعی اعمال شده و در نهایت تاثیر منابع تولید پراکنده بر روی تاب آوری شبکه توزیع با استفاده از این شاخص مورد مطالعه قرار گرفته است.

متخصصان حوزه نفت و گاز نظیر مهندسان مخازن، زمین شناسان و ژیوفیزیکدان ها دریافته اند که حصول حداکثر بازدهی تولید برای موفقیت در آینده صنعت نفت و در نتیجه تنظیم میزان عرضه و تقاضا امری ضروری است. در این راستا، لزوم بهبود بازیابی حجم عظیمی از نفت و گاز باقی مانده در مخازن هیدروکربوری، در کنار رقابت جهانی برای تولید بیشتر، ضرورت عملیات مدیریت مخازن و اهمیت تعیین دقیق راهبرد تولید را مشخص می سازد. ازاین رو توجه ویژه به آینده پژوهی توسعه فناوری های مرتبط، منجر به تولید صیانتی و هرچه هدفمندتر شدن این منابع می شود. در این راستا، با دستیابی به درک درست و دقیق تر از جریان سیال در محیط متخلخل حین برداشت از ذخایر هیدروکربوری، از مسایل حایز اهمیت در تولید صیانتی در صنعت نفت و گاز کشور است. در این تحقیق، فناوری های مختلف در شبیه سازی جریان در محیط متخلخل مورد تحلیل قرار گرفته و اعمال فناوری برتر شبیه سازی شبکه بولتزمن با استفاده از توموگرافی اشعه ایکس که در سال های اخیر توانسته است توجه جامعه علمی را در حوزه دینامیک سیال محاسباتی به خود جلب کند، نمایش داده شده است. به این منظور، هندسه محیط متخلخل با استفاده از یک فایل متنی وارد کد محاسباتی گردید و جریان حفره مقیاس گاز طبیعی با استفاده از مدل شبکه بولتزمن با زمان بازآرایی چندگانه، به طور مستقیم روی هندسه سه بعدی حل شد. به این ترتیب تراوایی نمونه محیط متخلخل حاضر، در نسبت فشارهای مختلف محاسبه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی و عددی ارایه شده در متون فنی مرتبط، تطابق رضایت بخشی را نشان می دهد.

تغییرات اقلیمی و روند افزایشی جمعیت کشورها، اهمیت توسعه گلخانه ها برای موضوع امنیت غذایی در آینده را بیش از پیش مطرح ساخته است. یکی از مهم ترین ملاحظات در تولیدات محصولات گلخانه ای، نیاز به مصرف انرژی برای ایجاد شرایط محیطی مناسب گلخانه است. لذا در این پژوهش، مسئله برنامه ریزی تامین انرژی گلخانه ها با محوریت انرژی های تجدیدپذیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بدین منظور ابتدا تعیین میزان بهینه به کارگیری واحدهای انرژی های تجدیدپذیر در کنار واحدهای ذخیره ساز انرژی با هدف کاهش هزینه ها در حالت ریزشبکه مدل سازی می شود. در ادامه، مدل عدد صحیح آمیخته غیرخطی (MINLP) ارایه شده، با بهره گیری از داده های سرعت متوسط باد و میزان تابش ماهیانه نور خورشید منطقه مکران و درنظرگرفتن ترکیبات مختلف پارامترهای هزینه ای، در قالب 16 مسئله مختلف، حل و تحلیل می گردد. از جمله مهم ترین نتایج به دست آمده از مسایل فوق، می توان به تعیین شرایط مقرون به صرفه بودن به کارگیری انرژی خورشیدی اشاره کرد که در صورت حداکثر 2 برابر بودن هزینه سرمایه گذاری آن نسبت به هزینه سرمایه گذاری CHP، توجیه اقتصادی دارد. همچنین نتایج نشان می دهند تاثیر میزان منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر در منطقه جغرافیایی مورد بررسی در کنار مقادیر هزینه های سرمایه گذاری و نگهداری تعمیرات، می تواند منجر به عدم توجیه فنی-اقتصادی به کارگیری همزمان منابع مختلف تجدیدپذیر گردد.

در سال های اخیر، با توجه به عوامل متعددی مانند محدودیت سوخت های فسیلی و پیامدهای زیست محیطی استفاده از این سوخت ها، تمرکز بر منابع انرژی تجدیدپذیر افزایش چشم گیری داشته است. در کشورهای توسعه یافته به کارگیری انرژی های پاک مانند انرژی بادی به عنوان یکی از منابع جایگزین موردتوجه قرارگرفته است. در این رویکرد، پایش عملکرد توربین های بادی و کنترل کیفیت توان خروجی آن ها یکی از موضوعات مهم در مدیریت نیروگاه های بادی است. یکی از مشخصه های مهم و تاثیرگذار در بررسی توان خروجی توربین های بادی، منحنی توان است که نشان دهنده رابطه بین سرعت باد و توان خروجی توربین می باشد. ازاین رو در تجزیه وتحلیل عملکرد توربین های بادی، منحنی توان موردتوجه کارشناسان قرار می گیرد. برآورد دقیق منحنی توان توربین بادی یک موضوع کلیدی برای ارزیابی صحیح از عملکرد توربین بادی است. در این مقاله رویکرد پارامتریک در مدل سازی منحنی توان مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا چهار روش موجود برای مدل سازی پارامتریک منحنی توان توربین های بادی (چندجمله ای درجه دو، نمایی، مکعب، مکعب تقریبی) معرفی شده است. سپس مدل های معرفی شده در یک توربین بادی بکار گرفته شدند و از طریق آزمون نیکویی برازش، با منحنی توان اسمی سازنده توربین بادی مقایسه شدند. نتایج تجزیه وتحلیل ها نشان می دهد که منحنی توان نمایی در مقایسه با سه مدل دیگر از شایستگی بیشتری برخوردار است.

انرژی خورشیدی یکی از انواع مطلوب انرژی های تجدیدپذیر است؛ اما به دلیل دایمی نبودن تابش خورشید، ذخیره سازی آن ضروری است و استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCMs) روشی مناسب برای این منظور است. به دلیل رخ دادن فرایندهای ذوب و انجماد در سامانه های ذخیره سازی انرژی حرارتی، تعیین ویژگی های حرارتی آن ها منجر به استفاده بهینه و طراحی مناسب این سامانه ها می شود. در این پژوهش از پارافین واکس به عنوان PCM و از نانوذرات اکسیدآلومینیوم و مس، برای ارتقای خواص حرارتی آن استفاده شده است. خواص ریزساختاری نانوکامپوزیت های ساخته شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مطالعه شدند. آزمایش ها با آزمون فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 عامل اصلی درصد وزنی نانوذره (در 3 سطح)، نوع نانوذره (در 2 سطح) و اندازه قطر متوسط نانوذره (در 3 سطح) و پارافین واکس خالص، با 3 بار تکرار انجام شد. نقطه ذوب و گرمای نهان هر نمونه با استفاده از دستگاه گرماسنج روبشی تفاضلی اندازه گیری شدند. نتایج نشان دهنده کاهش اندک نقطه ذوب نانوکامپوزیت با افزایش غلظت نانوذره است، درحالی که نوع و اندازه نانوذره، اثر معناداری بر آن ندارند. افزودن نانوذرات، اثر مطلوبی بر بهبود گرمای نهان نانوکامپوزیت داشته اما غلظت آن حد بهینه دارد. در اندازه های کوچک تر نانوذرات، گرمای نهان بیشتری مشاهده شده است. استفاده از نانوذره مس با غلظت 1% و اندازه 30 نانومتر موثرترین تیمار در ارتقای گرمای نهان نانوکامپوزیت بوده است.

یکی از اصول معماری پایدار، کاهش مصرف انرژی در ساختمان هاست. از آنجا که تقریبا نیمی از انرژی مصرفی برای ایجاد آسایش در ساختمان ها ازطریق پنجره ها هدر می رود، مطالعات بسیاری با هدف دستیابی به راهکارهای ذخیره انرژی و کنترل تابش خورشید انجام شده است. یکی از این راهکارها استفاده از شیشه هوشمند الکتروکرومیک است. برای انتخاب بهینه مصالح، ارزیابی میزان تاثیر و کارایی این شیشه ها، در اقلیم های مختلف ایران ضروری بوده و تاکنون پژوهشی در این مورد انجام نشده است. در پژوهش حاضر، تاثیر استفاده از شیشه هوشمند الکتروکرومیک بر بار سرمایشی ساختمان اداری در سه شهر بوشهر با اقلیم گرم و مرطوب، شیراز با اقلیم گرم و خشک و تبریز با اقلیم سرد بررسی شده است. به این منظور، ساختمان اداری سه طبقه برای نمونه در نرم افزار دیزاین بیلدر شبیه سازی شده و بار سرمایش سالانه ساختمان در سه حالت با شیشه ساده شش میلی متری، شیشه دوجداره و شیشه هوشمند الکتروکرومیک محاسبه شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که استفاده از شیشه الکتروکرومیک در شهرهای بوشهر، شیراز و تبریز مناسب بوده و تاثیر قابل توجهی بر کاهش بار سرمایش دارد. در بوشهر با استفاده از شیشه الکتروکرومیک بار سرمایش 19% نسبت به شیشه معمولی و 8% نسبت به شیشه دوجداره کاهش یافته است. در شیراز و تبریز نیز سبب کاهش 28% نسبت به شیشه معمولی و 10% نسبت به شیشه دوجداره شده است. به این ترتیب، کارایی شیشه های الکتروکرومیک در اقلیم گرم و خشک و سرد بیشتر از اقلیم گرم و مرطوب است.

تهیه آب شیرین یکی از معضلات کشورهای خاورمیانه از جمله ایران است. تکنولوژی شیرین سازی آب یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان در دهه اخیر است. در این میان، آب شیرین کن های خازنی با رشد فزاینده ای از مطالعات روبه رو هستند. مصرف بهینه انرژی، صرفه اقتصادی و فضای اشغالی کمتر، مطالعه بر روی این دستگاه را اجتناب ناپذیر می کند. در سال های اخیر در جهان، مطالعات تجربی فراوانی بر روی این دستگاه انجام شده است. زیرمدل هایی نیز برای مدل سازی جذب یون بر اساس تیوری لایه الکتریکی مضاعف، تعریف و توسعه یافته اند. اما در کشور ایران، به رغم بحران آب، مطالعه اساسی بر روی این دستگاه انجام نشده است. در مقاله حاضر در بخش اول، دستگاه آب شیرین کن خازنی معرفی شده و مطالعات در این زمینه مرور می شود. در بخش دوم، نتایج مطالعه ای تجربی با هدف بررسی امکان کوپل دستگاه آب شیرین کن خازنی الکترود جاری (FCDI) با انرژی خورشیدی ارایه می شود. به این منظور ابتدا سل FCDI مورد مطالعه معرفی می شود. از پنل های خورشیدی به صورت مستقیم برای تامین انرژی مصرفی جذب یون استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که دستگاه با اتصال پنل خورشیدی 2 وات، آب دریا را در یک مرحله 50 درصد شیرین می کند. در آزمون دیگر برای رسیدن به آب قابل شرب از پنل خورشیدی 75/0 وات استفاده شد و آب شور خروجی از مرحله قبل در یک سیکل بسته با گذشت 1 ساعت به آب قابل شرب تبدیل شد.

در این مقاله، شبیه سازی جریان هوای اتمسفری (هوا، ریز ذرات، غبار وآلاینده های وسایل نقلیه) به منظور بررسی میدان جریان (حرکت ذرات پخش آلایند گی ها) و انتقال حرارت (هدایت، جابه جایی و تشعشع) درون خیابان های باریک و عمیق (دره های شهری) انجام شده است. مطالعه عددی برای چهار ساعت مختلف از روز (10 صبح، 1 بعد از ظهر، 4 بعد از ظهر و 8 شب) انجام شده است. هدف این است که وضعیت آب وهوایی موجود در دره های شهری را مورد بررسی قرار داده و متغیرهای فیزیکی موثر بر این واحدها، نظیر جهت گیری و هندسه خیابان ها، ارتفاع ساختمان های متقابل، جریان هوا، انتقال حرارت و سایر موارد را با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی مورد ارزیابی قرار داد. با استفاده از نتایج کار حاضر می توان به ساختار شهری ایده آلی دست یافت که از سازگاری بیشتری با محیط زیست برخوردار باشد. طبق نتایج، در تمامی ساعت ها و ماه های مورد بررسی، انتقال حرارت جابه جایی طبیعی برای جریان سیال در برابر جابه جایی اجباری ناچیز بوده و عمده حرکت جریان سیال و آلاینده ها به واسطه سرعت باد در ورودی و سرعت پخش آلاینده هاست؛ به طوری که هرچه سرعت باد در بالای ساختمان پشت به باد نسبت به سرعت ورود آلاینده ها بیشتر باشد، غلظت آلایندگی در ناحیه بین دو ساختمان بیشتر است. دره هایی که در آن ها ساختمان پشت به باد کوتاه تر است و در کل ارتفاع هر دو ساختمان متقابل نسبت به عرض و طول خیابان کم است، کمترین غلظت آلایندگی را در سطح اشغال شده عابران پیاده دارا هستند.