مهندسی مدیریت انرژی (مدیریت انرژی)
سال:1401 | دوره:12 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

در این مقاله، برنامه ریزی بهره برداری ریزشبکه ها مشتمل بر منابع تولید انرژی و سیستم های ذخیره انرژی مبتنی بر یادگیری تقویتی عمیق ارائه شده است. با توجه به خاصیت پویایی مسئله، ابتدا در قالب یک فرایند تصمیم گیری مارکوف متشکل از چهارتایی (حالت، اقدام، تابع احتمال انتقال و پاداش) فرمول بندی شده است. سپس، الگوریتم گرادیان استراتژی قطعی عمیق به منظور یادگیری استراتژی بهینۀ برنامه ریزی بهره برداری ریزشبکه با هدف کمینه کردن هزینه های بهره برداری ارائه شده است. این الگوریتم یک روش بی نیاز از مدل، مستقل از استراتژی و بر مبنای معماری عامل-نقاد است که می تواند به خوبی فضای حالت و اقدام مسئله را به صورت پیوسته مدل سازی و بر چالش بزرگ بودن ابعاد مسئله غلبه کند. به منظور ارزیابی الگوریتم ارائه شده، نتایج با الگوریتم یادگیری Q عمیق و روش تحلیلی مقایسه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی، کارایی الگوریتم گرادیان استراتژی قطعی عمیق ارائه شده را از جهت همگرایی، زمان اجرا و هزینۀ کل نشان دادند.

در این مقاله روشی جدید برای تشخیص خطا و تعیین محل خطا در ریزشبکۀ DC چندپایانه ای (MTDC) ارائه شده است. مسائلی از جمله گسترش منابع و بارهای DC و تلاش برای افزایش کیفیت توان باعث گسترش شبکه های MTDC شده است. تشخیص انواع و محل خطا برای تداوم سرویس دهی و جلوگیری از خرابی بیشتر مورد اهمیت است. در این روش یک کیت مداری به شبکه متصل می شود. در صورت رخداد خطا در شبکه با عبور جریان از کیت های متصل شده و اندازه گیری امواج سیار مشتق جریان خطا و اعمال آن به یک فیلتر ریخت شناسی ریاضی، تشخیص خطا صورت می گیرد. تعیین محل خطا با استفاده از معادلات مداری و محاسبات جریانی صورت می گیرد. در تعیین نوع خطا از خروجی phaselet و سیستم استنتاج فازی استفاده شده است. روش ارائه شده در یک ریزشبکه MTDC متصل به منابع ذخیره کننده و تجدیدپذیر انرژی با خطاهای بسیاری آزموده شد. نتایج بیان کنندۀ صحت روش پیشنهادی است. خطای روش پیشنهادی کمتر از 7 درصد است. و نسبت به تغییر فرکانس نمونه برداری (بین 500 هرتز تا 50 کیلوهرتز)، مقاومت خطا (تا 125 اهم) و بارگذاری (تا 120% بار نامی) به صورت مقاوم عمل می کند و در خطاهای با امپدانس بالا عملکرد بسیار خوبی دارد.

ریزشبکه، سیستم قدرت کنترل شده در مقیاس کوچک بوده که می تواند در حالت جزیره یا متصل به شبکه به منظور تأمین توان مورد استفاده قرار گیرد. در ریزشبکۀ مستقل از شبکه، به دلیل اینرسی کم سیستم با بروز کوچک ترین اغتشاش، فرکانس سیستم تحت تأثیر شدید قرار می گیرد. در ریزشبکۀ مستقل از شبکه، منابع تولید متعددی از قبیل خورشیدی، بادی و... را می توان در نظر گرفت. همچنین در کنار این نیروگاه ها می توان بحث تبدیل انرژی ناشی از تغییرات دمایی را نیز اشاره کرد که می تواند به عنوان مبدل ترموالکتریک مدنظر قرار گیرد. در این مقاله سعی بر آن است که مدلی برای میکروگرید با حضور سیستم ترموالکتریک ارائه شود. با توجه به انواع عدم قطعیت ها و تغییرات بار، لازم است برای بهبود پایداری دینامیکی و قابلیت اطمینان سیستم میکروگرید، کنترل کنندۀ پیشرفته ای توسعه داده شود. کنترل کنندۀ مذکور پیشنهادی، PID گام کسری فازی بهبود یافته بوده و به منظور ارزیابی مقاوم، به یک میکروگرید نمونه با وجود تغییرات پارامتریک و تحت تقاضاهای بزرگ و اغتشاشات، اعمال شده و با کنترل کننده های PID، FOPID و FPID مقایسه گردیده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کنندۀ پیشنهادی کارایی مناسبی داشته است و عملکرد مقاومی را از خود بروز می دهد.

افزایش روزافزون دمای کرۀ زمین و نیاز حیاتی به کاهش آلاینده های زیست محیطی ناشی از گازهای گلخانه ای تولیدشده در اثر مصرف سوخت های فسیلی از یک سو و تجدیدناپذیری این نوع سوخت ها از سوی دیگر، منجر به تغییر رویکرد و استفاده از فناوری های پیشرفته و منابع تجدیدپذیر انرژی به عنوان سوخت های جایگزین در تجهیزات تولیدکنندۀ انرژی الکتریکی شده است. با این حال طبیعت نامتناوب منابع انرژی تجدیدپذیر سبب شده است تا از دیزل ژنراتور به عنوان یک منبع پشتیبان برای پوشش بار در شرایط حساس و اضطراری استفاده شود. در این میان استفاده از سوخت زیستی به عنوان جایگزین سوخت فسیلی در دیزل ژنراتورها، نه تنها از انتشار خالص کربن دی اکسید و سایر آلاینده های سمی در هوا جلوگیری می کند، بلکه از لحاظ اقتصادی نیز می تواند از صرف هزینه های بسیار در آینده جلوگیری کند. در این پژوهش سعی شده است تا علاوه بر حفظ مشخصات فنی و افزایش قابلیت اطمینان سیستم ناشی از افزودن نیروگاه برق آبی به سایر سیستم های بادی و خورشیدی، از سوخت بایو دیزل (سوخت زیستی) به عنوان جایگزین سوخت فسیلی در دیزل ژنراتور استفاده و بهینه ترین ترکیب سیستم به لحاظ اقتصادی با اعمال هزینه های اجتماعی و حد مجاز انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای در حالت مستقل از شبکه با کمک نرم افزار هومر برای مطالعۀ موردی روستای ونایی در استان لرستان در کشور ایران شناسایی شود.

پایداری ولتاژ باس، فاکتور بسیار مهمی در قابلیت اطمینان سیستم قدرت است. اگر سیستم قدرت توانایی پاسخ به تقاضای توان راکتیو را روی یک باس نداشته باشد، ولتاژ شروع  به کاهش کرده، در صورت عدم عملکرد سیستم حفاظت الکتریکی می تواند منجر به فروپاشی ولتاژ گردد. بنابراین جبران سازی توان راکتیو می تواند احتمال فروپاشی ولتاژ را کاهش دهد. در مقالۀ حاضر ضمن بررسی معیارهای موجود برای مشخص کردن ضعیف ترین باس از نظر توان راکتیو، دو معیار جدید برای این منظور معرفی شده است. شبکۀ 30 باس استاندارد IEEE مطالعه شده و احتمال قرار گرفتن شبکه در ناحیه های ولتاژی نرمال، زیر ولتاژ، ریسک و فروپاشی ولتاژ محاسبه شده است، سپس با جای گذاری خازن ها با استفاده از الگوریتم PSO، احتمال فروپاشی شبکه به طور چشمگیری کاهش داده شده است. همچنین معیارهای جدید برای مشخص کردن ضعیف ترین باس سیستم مورد بررسی قرار گرفته و برتری آن ها بر معیارهای مرسوم اثبات شده است. نتیجۀ استفاده از اندیس های ارائه شده و نتیجۀ استفاده از الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی مشابه هم هستند و می توانند برای کاهش احتمال فروپاشی در شبکۀ برق استفاده گردند.

یکی از روش های مرسوم حذف اکسید آهن از سطح ورق های فولادی نورد گرم شده، شست وشوی ورق توسط اسید است. رایج ترین اسیدی که در صنعت فولاد بدین منظور استفاده می شود اسید کلریدریک است. یکی از روش های بازیافت اسید کلریدریک از پساب محلول اسیدشویی که در صنایع فولاد استفاده می شود روش بازیافت اسید با استفاده از راکتور بستر سیال است که در راستای کاهش چالش های زیست محیطی و استفادۀ بهینه از انرژی و افزایش راندمان و بهره وری در صنایع فولاد مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق، دو روش استخراج حلالی و روش تبخیر و کریستالیزاسیون جهت بازیافت اسید پیشنهاد شد. نتایج نشان داد که روش استخراج حلالی دارای راندمان پایین و کنترل سخت سیستم و پایش مداوم بوده اما روش تبخیر و کریستالیزاسیون که در آن کمترین نیروی انسانی با کمترین میزان مصرف انرژی به همراه کمترین میزان آلایندگی برای محیط زیست با راندمانی بالا و همچنین محصولات نهایی ارزشمند را دارد، از ارجحیت قابل قبولی برخوردار است. در روش تبخیر و کریستالیزاسیون، محلول اسید هیدروکلریدریک 5/17% و کلرید آهن بازیافت می شود که مصارف زیادی داشته و قابل فروش است. آب حاصل از فرایند تبخیر و کریستالیزاسیون می تواند به عنوان یک محصول در کارخانه یا آب دهی فضای سبز کارخانه استفاده شود.

یکی از مشکلات اصلی استفاده از سلول های خورشیدی ریزگردها هستند که سبب کاهش بازده آن ها می شوند. در مقالۀ حاضر تأثیر ریزگرد و زاویۀ استقرار پنل فتوولتائیک بر افت عملکرد آن در شهر ایلام بررسی شده است. آزمایش ها با استفاده از دو پنل مشابه و در فصل بهار با در نظر گرفتن مقادیر مختلف ریزگرد از 0 تا 94/236 گرم بر مترمربع اجرا شد. افت ولتاژ، جریان و توان محاسبه شد و اثر میزان ریزگرد و زاویۀ پنل بر افت آن ها در قالب آزمایش چندعامله بر پایۀ طرح کاملاً تصادفی بررسی شد. اثر ریزگرد بر افت ولتاژ، جریان و توان در سطح احتمال 1% معنی دار بود و با افزایش میزان ریزگرد، افت آن ها افزایش یافت. کمترین افت عملکرد مربوط به ولتاژ بود که بین 53/1% در زاویۀ 8/4 درجه و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و 84/7% در زاویۀ 1/26 درجه و میزان ریزگرد 28/72 گرم بر مترمربع متغیر بود. شدت جریان خروجی نسبت به ولتاژ افت بیشتری داشته و بیشترین مقدار آن (19/87%) در زاویۀ 1/26 درجۀ پنل و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و کمترین مقدار آن (8/24%) در زاویۀ 1/26 درجه و میزان ریزگرد 85/42 گرم بر مترمربع مشاهده شد. بیشترین افت توان (5/87%) مربوط به زاویۀ 1/26 درجه و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و کمترین افت آن (5/26%) در زاویۀ 1/26 درجه و میزان ریزگرد 85/42 گرم بر مترمربع محاسبه شد. مشخص گردید که زاویۀ تعیین شده بر اساس موقعیت جغرافیایی (1/26 درجه) نسبت به دیگر زاویه های مورد بررسی دارای افت عملکردی کمتری بوده و بنابراین زاویۀ مناسب تری برای تولید انرژی الکتریکی در صورت وقوع پدیدۀ ریزگردها می باشد.

در مطالعۀ حاضر به صورت تئوری بر مبنای یک مدل حرارتی به بررسی عملکرد یک کلکتور سهموی خطی با استفاده از نانوسیال هیبریدی و مقایسۀ آن با مونو نانوسیال و سیال پایه پرداخته شده است. از ترمینول وی پی 1 به عنوان سیال پایه و از نانوذرات اکسید آهن برای تولید مونو نانوسیال و از نانوکامپوزیت نانولوله های کربنی چنددیواره- اکسید آهن به عنوان ذرات نانو برای تولید نانوسیال هیبریدی استفاده شده است. جریان سیال داخل لولۀ جاذب کلکتور به صورت مغشوش فرض شده است. نتایج نشان داد که وقتی از نانوسیال هیبریدی و مونو نانوسیال استفاده می شود، راندمان های انرژی و اگزرژی کلکتور نسبت به شرایط استفاده از سیال پایه بیشتر هستند، ولی مقدار آن ها با استفاده از نانوسیال هیبریدی اندکی کمتر از شرایطی است که سیال عامل مونو نانوسیال باشد. بیشترین افزایش راندمان انرژی کلکتور برای نانوسیال هیبریدی و مونو نانوسیال نسبت به سیال پایه به ترتیب برابر با 17/2% و 22/2% و بیشترین میزان افزایش راندمان اگزرژی به ترتیب برابر 49/1% و 58/%1 به دست آمد. با وجود این ضریب اصطکاک مونو نانوسیال نسبت به نانوسیال هیبریدی به طور متوسط حدود 7% بیشتر به دست آمد. نتایج نشان داد که معیار ارزیابی عملکرد کلکتور (بازده حرارتی- هیدرودینامیکی) وقتی از نانوسیال هیبریدی استفاده شود، بیشتر از شرایطی است که از مونو نانوسیال استفاده شود.

در این تحقیق تأثیرات همزمان زمان بندی پاشش سوخت و به کارگیری گازهای سنتزی بر تولید آلاینده ها و عملکرد یک موتور اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده بررسی شده است. همچنین حل عددی تغییر زمان بندی پاشش سوخت از 10 تا 30 درجه قبل از نقطۀ مرگ بالا و ترکیبات سوخت در سه حالت دیزل معمولی، دیزل به همراه دو نسبت20 و 40% گاز سنتز (شامل ترکیب هیدروژن و مونوکسید کربن)، با حفظ انرژی ثابت برای هر سیکل، استراتژی هایی هستند که مورد مطالعه قرارگرفته اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش نسبت گاز سنتز، فشار و نرخ آزادسازی حرارت درون سیلندر افزایش می یابد، درحالی که با تعویق زمان بندی پاشش سوخت این مقادیر کاهشی هستند. علاوه بر این تولید اکسیدهای نیتروژن با افزودن گازهای سنتز، همانند مونوکسید کربن افزایش یافته، در صورتی که تعویق در زمان بندی پاشش سوخت موجب کاهش اکسیدهای نیتروژن و دی اکسید کربن و افزایش مونوکسید کربن شده است. آلایندۀ ذرات معلق با افزودن ترکیب گاز سنتز و افزایش آن، به شدت کاهش یافته است که روند کاهشی آن با تعویق در زمان بندی پاشش سوخت ادامه می یابد. از طرفی استفاده از گاز سنتز با تعویق در زمان بندی پاشش سوخت، باعث کاهش توان و بازده حرارتی اندیکاتوری و افزایش مصرف سوخت اندیکاتوری می شود. نهایتاً نسبت 40 درصدی گاز سنتز و زمان بندی پاشش سوخت 10 درجه قبل از نقطۀ مرگ بالا، استراتژی مناسبی برای کاهش آلاینده ها (ذرات معلق و دی اکسید کربن) است.

بعد از گذشت چند سال از بهره برداری سیکل ترکیبی در یکی از نیروگاه های حرارتی کشور مشاهده شد که لوله های فوق گرمکن بخش دما بالای دیگ بخار دچار آسیب و گسیختگی از محل اتصال به سرلوله های فوقانی شده است. بر اساس بررسی ها مشخص شد این پدیده برای چندین لوله در یک زمان و به صورت ناگهانی اتفاق افتاده که موجب خسارت سنگین به تجهیزات ابزار دقیق دیگ بخار و آسیب به سازه های داخلی در زمان حادثه شده است. بررسی آزمایشگاهی لوله های آسیب دیده با آزمون های مختلفی همچون آنالیز سوخت ورودی به محفظۀ احتراق، سختی سنجی لوله های سالم و گسیخته شده، ساختارشناسی از محل گسیختگی و آنالیز ترکیب رسوب داخل لولۀ فوق گرمکن صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دمای فلز در محل اتصال و تنش های ثابت اعمال شده به مدت طولانی عامل تخریب آن هستند. برخورد مستقیم گاز ورودی به دیگ بخار به لوله های فوق گرمکن دما بالا و همچنین تنش های ناشی از انبساط طولی لوله های مذکور باعث آسیب دیدگی و متعاقباً خروج اضطراری واحد از چرخۀ تولید توان شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مواردی از قبیل استفاده از سیستم دوده روب، بهبود کیفیت سوخت مورد استفاده، اصلاح سیستم احتراقی برای استفاده از سوخت های خارج طراحی و تنظیم پذیر کردن مشعل ها برای جلوگیری از نقص های ایجادشده پیشنهاد شده است.