سیستم های انرژی پایدار
سال:1400 | دوره:1 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

استفاده از توربین‏های بادی کوچک مقیاس به منظور تولید پراکندۀ برق برای مناطق دور از شبکۀ سراسری، ضمن کاستن از هزینه‏های احداث نیروگاه‏های متمرکز حرارتی و انتقال برق به این مناطق، از انتشار گاز‏های گلخانه‏ای توسط این نیروگاه‏ها جلوگیری می‏کند و دسترسی به انرژی پایدار و پاک را برای ساکنان این ‏مناطق فراهم می آورد. شبیه‏سازی‏های نرم‏افزاری اطلاعات جامعی را از عملکرد توربین‏های بادی پیش از ساخت و نصب آن‏ها در اختیار قرار می دهد و امکان بهینه‏سازی طراحی را فراهم می‏کند. به همین منظور و در پژوهش حاضر، ارائۀ روشی عددی و شبیه‏سازی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی در نرم‏افزار انسیس فلوئنت 18، به منظور پیش‏بینی عملکرد توربین ‏بادی محور عمودی با صلبیت بالا و سه پرۀ مستقیم و با هدف ارتقای عملکرد، مورد بررسی قرار گرفته ‏است. از این‏رو، پس از ایجاد هندسۀ دوبعدی میدان جریان، بهینه‏سازی شبکه‏بندی، اعمال شرایط‏ مرزی و تنظیمات حلگر نرم‏افزار، از مدل آشفتگی جریان گذار اس اس تی استفاده شد. بر اساس نتایج، بیشینۀ ضریب توان توربین معادل 29/0 در نسبت سرعت رأس پرۀ 62/1 است. همچنین، حداکثر توان تولیدی توربین برابر با 1/333 وات است. میانگین و حداقل میزان انحراف نتایج شبیه‏سازی و تست تونل‏ باد توربین، به ترتیب 22/19 و 25/6 درصد است که دقت قابل ‏قبولی دارد. نتایج این‏پژوهش روش شبیه‏سازی دینامیک سیالات محاسباتی دوبعدی را ابزاری قدرتمند و انعطاف‏پذیر در پیش‏بینی عملکرد و بهینه‏سازی طراحی توربین‏های محور عمودی در ابعاد مختلف معرفی می کند.

استفاده از انرژی‏های تجدیدپذیر برای افزایش امنیت انرژی در کشورها، کاهش آلودگی‏های محیط زیستی و ایجاد توسعۀ پایدار مدت‏ها است که در رأس توجه پژوهشگران است. این انرژی‏های پاک شامل استفاده از انرژی خورشیدی، بادی، آبی، زیست‏توده، هیدروژن، جزر و مد و زمین‏گرمایی است. ساختمان‏ها به عنوان یکی از مصرف کنندگان بزرگ انرژی و تولید کنندگان بزرگ کربن دی اکسید، نیاز به حرکت به سمت توسعۀ پایدار دارند. ساختمان سبز یا ساختمان پایدار طرحی نوین است که هدف از آن بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلایندگی ساختمان‏ها با استفاده از انرژی‏های تجدیدپذیر است. این تحقیق در نظر دارد که استفاده از سیستم زمین‏گرمایی را برای کاهش مصرف انرژی و تولید کربن دی اکسید در ساختمان‏های استان تهران بررسی کند. در همین راستا، ساختمان دانشکدۀ علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، واقع در استان تهران، به عنوان منطقۀ مطالعاتی انتخاب شده است. برای طراحی و مدل سازی سیستم زمین‏گرمایی برای ساختمان مورد نظر، از نرم‏افزار Designbuilder استفاده می‏شود. تخصص این نرم‏افزار در مدل سازی سیستم‏های انرژی برای ساختمان‏ها است و یک ابزار قدرتمند در مدلسازی ساختمان سبز است. نتایج تحقیق در این مقاله نشان می‏دهد استفادۀ سیستم زمین‏گرمایی برای تأمین نیاز حرارتی ساختمان، سبب حذف مصرف گاز طبیعی در ساختمان می‏شود. همچنین، با استفاده از پمپ حرارتی زمین‏گرمایی، برای تأمین نیاز سرمایش و گرمایش، مصرف الکتریسیته به میزان 89/77 مگاوات ساعت در سال کاهش یافته و تولید کربن نیز به میزان 83/20 تن در سال کاهش می‏یابد.

شبکۀ توزیع سوخت در کشور دارای نقشی حیاتی است و وظیفۀ تأمین زنجیرۀ سوخت از پالایشگاه تا مرحلۀ مصرف در جایگاه سوخت رسانی را بر عهده دارد. با توجه به نقش مهم این شبکه در تأمین سوخت مورد نیاز وسایل نقلیه، برآورد قابلیت اطمینان و ریسک‏پذیری و نیز تخمین مقدار سوخت تأمین نشده در آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، با هدف ارزیابی قابلیت اطمینان در شبکه های توزیع سوخت، نسبت به توسعۀ یک مدل عددی بر مبنای روش گراف مسیر در نرم افزار متلب اقدام شده و شبکۀ توزیع سوخت شهرستان دماوند به عنوان مطالعۀ موردی توسط مدل یادشده بررسی شده است. در این راستا، ابتدا جایگاه های سوخت موجود در شهرستان شناسایی شده و طبقه‏بندی شده، سپس ضمن تشکیل گراف کلی شبکۀ توزیع و نام گذاری گره های آن، خطوط ارتباطی میان جایگاه ها بر اساس استاندارد های رایج (جایگاه های حامی و مجاور) ترسیم شده و کلیۀ مسیر های موجود از پالایشگاه مبدأ تا جایگاه های مقصد توسط الگوریتم توسعه داده شده محاسبه شده ‏است. درنهایت، با به دست آمدن مسیرها، قابلیت اطمینان نهایی تأمین سوخت در جایگاه های مقصد بررسی شده ‏است. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که جایگاه سوخت «ولایت آبعلی»، با قابلیت اطمینان 94 درصد دارای کمینۀ مقدار و جایگاه سوخت «بعثت» با قابلیت اطمینان 96 درصد دارای بیشینۀ مقدار قابلیت اطمینان در شبکۀ توزیع است. همچنین، تعریف پیکربندی ایستگاه های حامی در شبکۀ توزیع موجب افزایش قابلیت اطمینان سیستم می‏شود.

با توجه‏ به مصرف حدود نیمی از کل انرژی مصرفی سالانۀ جهان در بخش سرمایش و گرمایش ساختمان‏ها، افزایش بهره‏وری سیستم‏های تهویۀ مطبوع با استفاده از انرژی‏های تجدیدپذیر نقش بسیار مهمی در کاهش مصرف انرژی خواهد داشت. در نقاطی از جهان که دارای اقلیم گرم و مرطوب و تابش خورشید بالایی هستند، به کارگیری سیستم تهویۀ مطبوع از نوع جریان مبرد متغیر بسیار باارزش است. در این پژوهش یک سیستم پمپ حرارتی جریان مبرد متغیر با به کارگیری ماژول‏های نوری، از نظر کارایی انرژی و میزان تولید برق مصرفی با فناوری فتوولتائیک، در یک مجتمع مسکونی پنج طبقه در یکی از شهرهای قبرس مورد بررسی قرار گرفته ‏است. شدت تابش سالانه در این شهر برابر 1852 کیلووات‏ساعت و مصرف برق سالانۀ یک سیستم جریان مبرد متغیر نیز در حدود 18500کیلووات ‏ساعت است و هر آرایه از فتوولتائیک‏ها ظرفیت 13کیلووات دارد. نتایج این پژوهش نشان می‏دهد با توجه به مدت تابش خورشید طی روز، میزان تولید برق روزانه توسط فتوولتائیک‏ها 54 درصد برق مورد نیاز روزانۀ جریان مبرد متغیر را تأمین می‏کند که این مقدار تأثیر زیادی در کاهش مصرف برق سیستم تهویۀ مطبوع از شبکه و منجر به کاهش 14 تنی تولید سالانه کربن دی‏اکسید می‏شود.

در این پژوهش عملکرد یک سیستم ردیاب خورشیدی در روزهای ابری و نیمه ابری مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور تشخیص حرکت در هر استقرار از یک جفت مقاومت نوری استفاده شده و همچنین، به منظور کاهش مصرف محرک‏ها (موتورهای الکتریکی) و کاهش دفعات خاموش و روشن شدن آن ها، حداقل حد نصاب تفاوت میان اختلاف پتانسیل قرائت شدۀ دو سر مقاومت‏های نوری تعریف شده است. سازه و سیستم کنترل ردیاب خورشیدی امکان کالیبراسیون از سه راه فراهم می‏آورند. همچنین، سازه به گونه‏ای طراحی شده است که امکان نصب تعدادی زوج از یک نوع پنل فتوولتائیک فراهم آید. عملکرد سیستم ردیاب خورشیدی در دو حالت ابری و نیمه‏ابری با یک سازه با امکان استقرار در هر زاویۀ دلخواه در راستای افق مورد مطالعه قرار گرفته است. زاویۀ استقرار سازه بدون ردیاب خورشیدی، به صورت دستی بر بهترین زاویه قرار داده شده است. مقایسۀ توان خروجی پنل نصب‏شده روی سازۀ متحرک و ثابت نشان می‏دهد در برخی از ساعات ابری امکان دارد پنل فتوولتائیک نصب شده روی سازۀ متحرک توان الکتریکی اندکی کمتر از توان الکتریکی تولیدی پنل فتوولتائیک نصب شده روی سازۀ ثابت داشته باشد و این مسئله به دلیل حد نصاب تعریف شده از تفاوت دو مقاومت نوری به منظور دنبال کردن خورشید است. همچنین، بررسی‏ها نشان می‏دهد به محض رفع ابر و دریافت تابش خورشید، سیستم ردیاب خورشید بر استقرار بهینه قرار می‏گیرد. نتایج نشان می‏دهد انرژی الکتریکی تولیدی پنل فتوولتائیک در صورت استفاده از ردیاب خورشیدی به میزان 2/18 درصد نسبت به استفاده از سازۀ ثابت (اما قرارگرفته روی زاویۀ بهینه نسبت به افق) افزایش می‏یابد.

با حضور گستردۀ خودروهای الکتریکی در جوامع امروزی لازم است مدیریت هوشمند خودروهای الکتریکی مورد بررسی قرار بگیرد. از طرفی، ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در پارکینگ خودروهای هوشمند سبب کاهش وابستگی به شبکۀ بالادستی و کاهش هزینه‏های بهره‏برداری می‏شود. در همین زمینه، در ‏مقالۀ پیش رو بهره‏برداری بهینۀ پارکینگ هوشمند خودروهای الکتریکی مجهز به منابع انرژی تجدیدپذیر مورد بررسی و بحث قرار گرفته است. همچنین، به منظور مدل‏سازی عدم قطعیت منابع انرژی تجدیدپذیر، قیمت برق شبکۀ بالادستی و رفتار صاحبان خودروهای الکتریکی از روش برنامه‏ریزی تصادفی استفاده شده است. منظور از عدم قطعیت رفتار صاحبان خودروهای الکتریکی شامل زمان ورود خودرو به پارکینگ، زمان خروج از پارکینگ و انرژی اولیۀ آن‏ها هنگام ورود به پارکینگ هستند که به صورت پارامتر دارای عدم قطعیت در نظر گرفته شده‏اند. مسئلۀ بهینه‏سازی یادشده به صورت یک مدل برنامه‏نویسی آمیخته با اعداد صحیح (MILP1) ارائه شده و توسط حل‏کنندۀ CPLEX در نرم‏افزار GAMS حل شده است. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد بهره‏بردار پارکینگ هوشمند با شارژ و دشارژ هوشمند خودروهای الکتریکی می‏تواند سود کسب کند. همچنین، در حضور سناریو‏ها و عدم قطعیت‏های مختلف، استراتژی عملکرد پارکینگ هوشمند متفاوت است، به طوری که بیشترین و کمترین سود کسب‏شده برابر با 84/1740 و 22/1359 دلار حاصل شد، ولی با در نظر گرفتن احتمال تمام سناریوها سود مورد انتظار برابر با 31/1571 دلار حاصل شد. در نتیجۀ عدم قطعیت‏های مختلف، سود حاصل از پارکینگ هوشمند را تحت تأثیر قرار می‏دهند.