مهندسی و مدیریت انرژی
سال:1402 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

این مقاله به ارائۀ ساختاری برای دستگاه گرمایش سنج بی سیم خودتوان می پردازد که تأمین توان آن از طریق برداشتگر انرژی سیال با یک تیر پیزوالکتریکی انجام می شود. کاربرد اصلی این دستگاه، تعیین منصفانه تر سهم انرژی گرمایشی مصرفی واحدهای مستقل در مجتمع های مسکونی بزرگ با سیستم گرمایش مرکزی است. در طرح ارائه شده، برداشتگر انرژی سیال پیزوالکتریک علاوه بر تأمین توان، نقش فلومتر نیز دارد که در نتیجه با کاهش توان مصرفی، امکان طراحی دستگاه به صورت خودتوان را فراهم می سازد. کارایی ساختار ارائه شده با استفاده از نمونۀ عملی دستگاه و تست آن در شرایط تغییر دبی از 100 تا  200 لیتر بر ساعت و مقایسه با نتایج اندازه گیری فلومتر اثر هال به عنوان حسگر مرجع، بررسی و درستی عملکرد همزمان تیر پیزوالکتریک به عنوان برداشتگر انرژی سیال و حسگر نشان داده شده است.

مقالۀ حاضر به کنترل و بهبود پایداری سیستم تولید توان بادی که بار اکتیو با ویژگی توان ثابت را تغذیه می کند، می پردازد. سیستم تحت مطالعه یک سیستم تولید ترکیبی باد-باتری با ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم است که با واسطۀ مبدل های الکترونیک قدرت یک بار اکتیو مستقل را تغذیه می کند. بار اکتیو به کارگرفته شده در این مقاله یک یکسوساز اکتیو بوده که رفتاری مانند یک بار توان ثابت دارد. از آنجا که بارهای توان ثابت به لحاظ سیگنال کوچک به مانند یک مقاومت منفی رفتار می کنند باعث کاهش حاشیۀ پایداری و حتی در توان های بالا باعث ناپایداری سیستم می شوند. در این مقاله به عنوان نوآوری یک کنترل مبتنی بر خطی سازی فیدبک ورودی-خروجی برای مبدل سمت بار ارائه می شود که منجر به پایداری کل سیستم در حضور بارهای اکتیو می شود. به عبارت دیگر با به کارگیری روش کنترل پیشنهادی، امپدانس خروجی مبدل سمت بار در فرکانس های پایین به سمت صفر میل کرده و این امر باعث بهبود حاشیۀ پایداری و پایداری سیستم در حضور بارهای اکتیو توان ثابت می شود. در پایان عملکرد سیستم تحت مطالعه در حضور بارهای اکتیو با و بدون به کارگیری روش کنترل پیشنهادی و با استفاده از شبیه سازی های زمانی آزموده می شود.

این مقاله معرفی ساختار جدیدی از مبدل های منبع جریان است که می تواند به صورت جایگزین در کاربردهای توان پایین/ متوسط اجرا شود. این ساختار از بلوک های مبدل های ماژولۀ متصل سری تشکیل شده است. اساس این ساختار چندسطحی که در این مقاله پیشنهاد شده، اتصال متناسب منابع جریان DC در طرحی مناسب با کمک مبدل H-bridge است. مبدل پیشنهادی، جریان خروجی AC چندسطحی مورد نیاز را با کلیدزنی جدید پیشنهادی تولید می کند. در این روش توصیه شده تعداد منابع جریان DC، کلید ها و مدار های راه انداز مربوط در مقایسه با مبدل های چندسطحی قدیمی، کاهش پیدا کرده اند و در نتیجه هزینه و حجم در ساختار پیشنهادی کمتر شده است. برای نشان دادن مزیت های ساختار پیشنهادی و عملی بودن آن، مبدل شبیه سازی شده و همچنین نتایج آزمایشگاهی برای یک مبدل تک فاز هفت سطحه آماده و ارائه شده است.

در این مقاله روشی جدید برای تشخیص خطا و تعیین محل خطا در ریزشبکۀ سولار MTDC ارائه شده است. مسائلی از جمله گسترش منابع تولیدات تجدیدپذیر و بارهای DC و تلاش برای افزایش کیفیت توان و کاهش اثرات زیست محیطی تولید برق باعث گسترش شبکه های سولار شده است. تشخیص انواع و محل خطا برای تداوم سرویس دهی و جلوگیری از خرابی بیشتر و تقویت ویژگی انتخابگری حفاظت 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. خطاهای اتصال قطب مثبت به زمین (PG)، اتصال قطب منفی به زمین (NG) و اتصال قطب مثبت به منفی (PN) به عنوان اغتشاشات خط DC در نظر گرفته شد. در تعیین نوع خطا از خروجی فیلتر ریخت شناسی ریاضی و تحلیل انرژی سیگنال 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. این روش نسبت به نویز با نسبت سیگنال به نویز بین 10 تا 70 درصد و تغییرات فرکانس نمونه برداری از 5/0 تا 50 کیلوهرتز و مقاومت خطا تا 100 اهم به صورت مقاوم عمل می کند و درصد خطای روش پیشنهادی کمتر از 3 می باشد. در خطاهای با امپدانس بالا تا 1000 اهم عملکرد بسیار خوب بوده و در بدترین شرایط خطا کمتر از 7 درصد است.

در این مقاله، روش مؤثری برای تشخیص و طبقه بندی خطا در یک خط انتقال دومدارۀ جبران سازی شده با TCSC پیشنهاد شده است. اثر تزویج خطوط انتقال موازی و استفاده از TCSC باعث تغییر در محتوای فرکانسی سیگنال های ورودی رلۀ دیستانس می شود که در نتیجه، شناسایی و طبقه بندی خطا را با چالش مواجه می کند. یکی از ابزارهای کارآمد برای تشخیص و طبقه بندی خطا در خطوط جبران سازی شده، استفاده از روش های شناسایی الگوست. پیش نیاز استفادۀ بهینه از این روش ها، استخراج و انتخاب ویژگی های ورودی مناسب به الگوریتم های طبقه بندی کننده است. در این مقاله از ابزار پردازش سیگنال تبدیل موجک برای استخراج ویژگی شده است. به دلیل تنوع موجک های مادر، در ابتدا با استفاده از روشی جدید، db1 به عنوان بهترین موجک مادر شناسایی می شود و از ضرایب تجزیه شدۀ حاصل از موجک مادرِ انتخاب شده، برای ساختن بردار ویژگی ها استفاده می شود. بعد از این مرحله، الگوریتم های طبقه بندی کنندۀ درخت تصمیم گیری، ماشین بردار پشتیبان و الگوریتم k- نزدیک ترین همسایه توسط بردار ویژگی های استخراج شده آموزش داده می‏شود. سپس با استفاده از سناریوهای مختلف شبیه‏سازی، میزان عملکرد صحیح هریک از الگوریتم ها محاسبه و الگوریتمی انتخاب می شود که عملکرد بهتری نسبت به سایرین دارد. در این مقاله، سیستم نمونه و روش پیشنهادی در نرم افزار MATLAB پیاده سازی شده است.

در این مقاله به اتصال یک ساختار اینورتر چندسطحی تک فاز به یک شبکۀ قدرت پرداخته شده است. اینورتر منبع ولتاژ به کارگرفته شده، با استفاده از یک منبع تغذیۀ DC قابلیت تولید ولتاژ با دامنۀ شش برابر در ترمینال خروجی خود را دارد. کنترل جریان تزریقی به شبکه با استفاده از کنترل کنندۀ تشدیدی-تناسبی صورت می گیرد و با استفاده از کنترل حلقۀ فاز، از همگام بودن فاز و فرکانس ولتاژ خروجی با شبکۀ اطمینان حاصل می شود. عملکرد اینورتر متصل به شبکه به ازای تولید سیزده سطح ولتاژ در خروجی در شرایط بارگذاری مختلف در نرم افزار MATLAB شبیه سازی گردید و در نهایت، نتایج حاصل از آن، با نتایج حاصل از سنجش نمونۀ آزمایشگاهی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. دستیابی به بازدهی 9/96% و قابلیت خود متعادل سازی ولتاژ خازن ها، اینورتر مورد نظر را برای مصارف با منابع ولتاژ پایین، مناسب می نماید. افزون بر اعتبارسنجی رفتار اینورتر در حالت بهره برداری مستقل از شبکه برای تأمین بار محلی، عملکرد آن در وضعیت اتصال به شبکه با مراجع جریان ثابت و متغیر مورد ارزیابی قرار گرفت. صحت عملکرد اینورتر در تمامی حالات بهره برداری، قابلیت استفاده از آن را در کاربردهای انرژی تجدیدپذیر و اتصال آن ها به شبکه میسر می سازد.

به کارگیری منابع نامتعارف آب همراه با تصفیه و بازچرخانی آن راهکار اصلی در مواجهه با بحران کمیابی منابع آب و رفع نیازهای آینده محسوب می شوند. اگرچه بازچرخانی فاضلاب و زهاب از جنبه های مختلف در مقالات بررسی شده، اهمیت به کارگیری این فرایند و اثر آن بر سیستم کودآبیاری، با استفاده از تحلیل ترمواکونومیک انجام نشده است. در این مطالعۀ موردی، در یک گلخانۀ تولید گل رز، سه حالتِ سیستم کشت هیدروپونیک باز، سیستم کشت هیدروپونیک باز با در نظر گرفتن هزینۀ جبران اگزرژی، و سیستم کشت هیدروپونیک بسته (بازچرخانی مواد غذایی) با توجه به هزینۀ اگزرگواکونومیک تولید محصول مقایسه شدند. نتایج نشان داد که هزینۀ اگزرگواکونومیک برای تولید 212500 گل رز شاخۀ بریده، طی یک دورۀ شش ماهۀ فصل سرد، با تأمین گرمایش توسط بویلر، در سه حالت مذکور به ترتیب برابر $ 15760، $ 16525، $ 14718 بود. همچنین شاخص ترمواکونومیکی هزینۀ اگزرگواکونومیک واحد در این شرایط، به ترتیب برابر $.Gj-1 2/74، $.Gj-1 8/77، $.Gj-1 3/69 محاسبه شدند. بازچرخانی زهاب در سیستم بسته، تلفات اگزرژی کل سیستم را به مقدار Gj.y-1 02/4 کاهش داد که Gj.y-1 24/1 آن مربوط به کاهش آب ورودی و Gj.y-1  91/1 آن مربوط به کاهش کود بود، درحالی که Gj.y-1 12/1 افزایش هم به واسطۀ مصرف الکتریسیته در بازچرخانی سیستم بسته مشاهده شد. در هرم کیفیت آب ارائه شده با استفاده از شاخص ترمواکونومیکی هزینۀ اگزرگواکونومیک واحد، آب تغذیه با $.Gj-1 9/459 در رأس هرم و فاضلاب با صفر، در پایین هرم قرار گرفتند.

ماهیت تناوب انرژی تمایل به استفاده از سامانه های ترکیبی را افزایش داده و کنترل بهینۀ این سامانه ها از نظر هزینه و قابلیت اطمینان با افزایش استفاده از سامانه های انرژی تجدیدپذیر ترکیبی، به ویژه در برق رسانی از راه دور، از اهمیت بالایی برخوردار شده است. در این پژوهش، مدیریت انرژی با استفاده از الگوریتم تصمیم گیری پویا و کنترل کنندۀ هوشمند انجام شده است. این سامانه به طور خودکار و پویا با تغییرات خروجی منبع خورشیدی و انرژی بادی و باتری ها تطبیق یافته و قادر به پاسخ گویی درخواست های بیرونی، مانند سیگنال های ولتاژ و محدودیت های سامانۀ قدرت یا درخواست های اپراتور است. نتایج نشان داد چنانچه نفوذ انرژی تجدیدپذیر 8/23% باشد، با میانگین مصرف سوخت فسیلی سالانه 407 لیتر، انرژی تولیدی سامانۀ تبدیل انرژی تجدیدپذیر ترکیبی معادل kWh/yr 1697 بوده و خالص ارزش فعلی برابر 68/553 دلار و نرخ بازگشت سرمایۀ داخلی برابر 49/21% با دورۀ بازگشت سرمایۀ 71/15 سال است. با افزایش نفوذ انرژی تجدیدپذیر به 54%، مصرف سوخت فسیلی، سالانه 253 لیتر شده و انرژی تولیدی معادل kWh/yr 1652 و نرخ بازگشت سرمایه برابر 5/19% با دورۀ بازگشت سرمایۀ 61/17 سال محاسبه می شود. مدیریت انرژی کلبۀ سبز با نفوذ 100% انرژی تجدیدپذیر، kWh/yr 1933 انرژی بدون انتشار آلاینده های زیست محیطی و خالص ارزش فعلی 09/372- دلار را همراه دارد. از دید سیاست گذاری انرژی، چنانچه تعرفۀ خرید برق تجدیدپذیر به بیش از 06/ دلار افزایش یابد، اجرای این روش اقتصادی خواهد باشد.

به منظور بهبود سیستم مدیریت حرارتی برای خنک کاری یک مجموعه باتری خودروهای برقی، عملکرد حرارتی مجموعه باتری ها در دو حالت شارژ و تخلیۀ شارژ در شرایط کاری مختلف با به کارگیری غلاف مسی در اطراف باتری ها و صفحۀ مسی و نیز یک کانال پلکانی در بالای مجموعه باتری و استفاده از نانوسیال به عنوان سیال خنک کاری. با استفاده از شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل حرارتی برای مجموعه باتری با تعداد 71 عدد باتری لیتیوم-یون استوانه ای مدل 18650 بررسی و رفتار حرارتی مجموعه باتری مطالعه شده است؛ همچنین اثر متغیرهایی نظیر نرخ جریان الکتریکی در دو فرایند شارژ و تخلیۀ شارژ، دبی جریان سیال، اضافه کردن نانو ذرات اکسید مس به سیال پایۀ آب، تغییر سطح تماس میان باتری های همسایه و ایجاد کانال موجی برای باتری ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عددی اثر مفید سیستم خنک کاری را تأیید می کند. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که افزایش نرخ جریان الکتریکی باعث افزایش دما و کاهش یکنواختی توزیع دما در مجموعه باتری می شود. بدین منظور برخی تغییرات صورت گرفته است تا عملکرد حرارتی باتری بهبود یابد. افزایش درصد حجمی نانوذرات باعث پایین آمدن دمای بیشینه و اختلاف دما در مجموعه باتری شده و منجر به بهبود عملکرد حرارتی سیستم خنک کاری می شود. همچنین افزایش دبی جریان سیال باعث کاهش بیشینۀ دما و بهبود یکنواختی دما در مجموعه باتری می شود. با افزایش دبی ورودی سیال خنک کن، به ترتیب 7/7 و 5/12 درصد کاهش در بیشینۀ دما و اختلاف دما در فرایند تخلیۀ شارژ در مجموعه باتری مشاهده می شود. در نهایت افزایش سطح تماس میان باتری ها و کانال موجی از 37 درجه به 57 درجه می تواند به میزان 2/5 و 3/52 درصد به ترتیب بر کاهش اختلاف دما و دمای بیشینه در مجموعه باتری تأثیر بگذارد، ولی بر یکنواختی دما در مجموعه اثر نامطلوب دارد.

در این مطالعه، اثر ساختار و نوع سقف های مختلف ساختمانی با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. سقف های مورد مطالعه شامل انواع تیرچه بلوک (بلوک سفالی، بلوک بتنی سبک، پلی استایرن) و دال یوبوت هستند که برای یک چشمه با دهانۀ 6 متر و 8 متر طراحی شده اند. به منظور شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت، از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل استفاده شد. انتقال حرارت درون حفره های هوا از طریق جابه جایی آزاد و تشعشع صورت می گیرد و انتقال حرارت در قسمت جامد جداره ها از طریق هدایت انجام می شود. مدل سازی حرارتی سقف ها یک بار برای زمستان (جریان حرارت به سمت بالا) و یک بار برای تابستان (جریان حرارت رو به پایین) مورد بررسی قرار گرفت. انتقال حرارت طبیعی دوبعدی به صورت ناپایا با جریان آرام و تراکم ناپذیر در حفره ها در نظر گرفته شد. به منظور بررسی عملکرد حرارتی سقف های مختلف، ضریب هدایت معادل، فاکتور کاهش و اختلاف زمانی مطالعه شد. در نهایت، بهینه ترین نوع سقف از نظر انتقال حرارت و راندمان جرمی- حرارتی معرفی شد. نتایج نشان داد که سقف با بلوک پلی استایرن دارای کمترین ضریب هدایت حرارتی معادل است و سقف دال یوبوت بیشترین اتلاف حرارتی را در میان سقف های مورد مطالعه دارد.