مهندسی و مدیریت انرژی
سال:1403 | دوره:14 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

ریزشبکه یک سیستم تولید و توزیع انرژی الکتریکی است. ریزشبکه ها شامل سیستم های قدرت مختلف اند که هرکدام ظرفیت توان مختلف دارند و نوسانات متفاوتی تولید می کنند. ریزشبکه ها با تولید توان قابل اعتماد و انعطاف پذیر می توانند ایمنی و قابلیت اطمینان الکتریکی شبکه را تضمین کنند و هزینه های انرژی را کاهش دهند. ریزشبکه یک سیستم قدرت کوچک دارای منابع انرژی و بارهای توزیع شده است که در دو حالت متصل به شبکه و جزیره ای می تواند کار کند. کنترل کننده در یک ریزشبکه باید انتقال یکپارچه بین حالت های مختلف عملکرد را فراهم کند. با بررسی مطالعات انجام شده، کاربرد ریزشبکه ها برای پاسخ گویی به تقاضای روبه رشد انرژی و حل مشکلات آلودگی محیط زیست گسترش پیدا کرده است. در این مقاله مروری کوتاه بر اثربخشی ریزشبکه های جریان مستقیم (dc) در سیستم قدرت شده است. ریزشبکه های dc نیازی به همگام سازی فرکانس و مدیریت توان راکتیو ندارند و ازنظر پایداری، انعطاف پذیری و پیچیدگی نسبت به ریزشبکه جریان متناوب (ac) برتری دارند. ولتاژهای منبع متغیرهایی هستند که ریزشبکۀ dc توان را کنترل می کنند، بنابراین باید به خوبی مدیریت شوند تا تنظیم ولتاژ مطلوب حاصل گردد. تقسیم بندی مختلفی براساس روش های کنترل، ساختار، عملکرد و مؤلفه های دیگر برای ریزشبکه بیان شده است. این مرور به عنوان یک بستر اولیه برای مطالعۀ تحقیقاتی در توسعۀ ریزشبکه های جریان مستقیم براساس کنترل متمرکز و هوشمند می تواند در نظر گرفته شود.

هدف این پژوهش بهینه سازی سیستم ترکیبی متشکل از پنل های فتوولتائیک خورشیدی و دستگاه دیزل ژنراتور به عنوان 2 متغیر تصمیم مستقل و 5 پاسخ و یا تابع هدف بهینه سازی شامل مصرف برق سیستم، مصرف گاز سیستم، مصرف سوخت دیزل، میزان کاهش آلاینده های زیست محیطی و همچنین بازگشت سرمایه به عنوان متغیرهای وابستۀ تحقیق اند. برای دستیابی به بهترین طراحی ممکن در نرم افزار ترنسیس از یک روش بهینه سازی استفاده می شود. درضمن برای پیدا کردن بهترین ترکیب فاکتورهای انتخاب شده در سیستم، از روش سطح پاسخ استفاده شده است. هدف اصلی سطح پاسخ، برآورد و پیش بینی تأثیر متغیرهای مستقل بر متغیر وابسته است. پس از پیاده سازی سیستم در نرم افزار ترنسیس و بهینه سازی توسط روش سطح پاسخ نتایج نشان داد که مساحت پنل های فتوولتائیک در حالت بهینه برابر با 11770 متر مربع و توان دیزل ژنراتور بهینه برابر با 984 کیلووات است. همچنین در شرایط بهینه، سیستم بهترین عملکرد را داشته و مطلوبیت ترکیبی برابر با 740/0 است. این عدد نشان می دهد که عملکرد سیستم بهینه و نزدیک به حالت ایدئال یعنی 1 است. ازنظر مصرف انرژی، سیستم بهینه به مصرف کل برق 1026860 کیلووات، کل مصرف گاز 205182 متر مکعب، کل مصرف سوخت دیزل 1338030 لیتر، میزان آلاینده های زیست محیطی 23/3693 کیلوگرم و دورۀ بازگشت سرمایه 679/1 سال دست پیدا می کند. همچنین استراتژی 1 که شامل خرید مستقیم کل دیماند برق از شبکه و فروش مستقیم کل برق تولیدی سیستم به شبکه است، ازلحاظ اقتصادی به صرفه تر به نظر می رسد. نتایج شبیه سازی نشان داد که سیستم ترکیبی مورد بررسی، یک راهکار مناسب برای تولید همزمان انرژی الکتریکی و حرارتی بوده و قادر به تولید انرژی الکتریکی و حرارتی در طول سال است.

امروزه، با توجه به رشد روزافزون تقاضای انرژی الکتریکی و نفوذ بالای منابع انرژی تجدید پذیر، نوسانات فرکانس به عنوان یک چالش اساسی پیش روی بهره برداران سیستم های قدرت قرار دارد. لذا، در این مقاله، با دیدگاهی جدید، مسئله کنترل فرکانس- بار بر اساس شاخص های (1) حداکثر دامنه انحراف فرکانس و (2) انتگرال زمانی قدرمطلق خطا برای یک سیستم قدرت دوناحیه ای به هم پیوسته مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، سیستم مورد مطالعه از منابع تولیدی حرارتی، گازی، برق آبی و همچنین، منابع تولیدی تجدیدپذیر بادی و خورشیدی تشکیل شده است. در ساختار دوناحیه ای به هم پیوسته پیشنهادی، عوامل غیرخطی شامل باند سکون گاورنر و محدودیت های نرخ تولید در نظر گرفته شده است. برای کنترل فرکانس سیستم مورد مطالعه، از کنترل کننده مرتبه کسری TID به دلیل ساختار ساده و دقت بالا استفاده شده که ضرایب آن توسط الگوریتم ژنتیک بهینه می شوند. بعلاوه، عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با کنترل کننده PID از نظر پارامترهای دینامیکی مانند دامنه انحرافات فرکانس، زمان نشست و سرعت رسیدن به پایداری، مقایسه گردیده است. نتایج شبیه سازی ساختار پیشنهادی در محیط MATLAB/SIMULINK بیانگر این است که کنترل کننده TID دامنه انحراف فرکانس را 85/97% و زمان نشست را 77% نسبت به کنترل کننده PID بهبود داده است و بنابراین، برای اهداف کنترل فرکانس تحت شرایط مختلف بهره برداری کارآیی مطلوب تری دارد.

در این مقاله، یک مبدل DC-DC سه درگاهۀ جدید معرفی شده است. در طراحی این مبدل سعی بر این بوده که تعداد عناصر کم باشد و دارای درگاه دوطرفه برای اتصال باتری باشد. در صورت حذف منبع اصلی که از نوع تجدیدپذیر است، مبدل ارائه شده قادر است ازطریق باتری بار را تغذیه نماید. همچنین در زمان های کم باری، امکان شارژ باتری ازطریق منبع تجدیدپذیر فراهم شده است. این مبدل می تواند در سه مد عملکردی شامل منبع تجدیدپذیر تنها، باتری تنها و شارژ باتری کار کند. لذا با برنامه ریزی صحیح، امکان تغذیه بار به صورت بلندمدت ممکن می شود. یک نمونه از مبدل پیشنهادی برای تأیید نتایج طراحی ساخته شده و پاسخ دینامیکی آن به تغییرات ولتاژ ورودی و بار خروجی در هر سه مد عملکردی در آزمایشگاه ثبت شده است. نتایج به دست آمده در آزمایشگاه نشان دهندۀ صحت طراحی مبدل و کنترل کنندۀ آن است. مبدل طراحی شده که هزینۀ ساخت بسیار پایینی دارد، می تواند در حضور یک منبع تجدیدپذیر (مثلاً پنل خورشیدی) به همراه یک باتری با ظرفیت مناسب، بار مورد نظر را به صورت بلندمدت تغذیه کند.

شبکه های انتقال همیشه مستعد خطاهای مختلف اتصال کوتاه در خطوط خود هستند. مکان یابی سریع خطا با دقت مناسب برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم با کاهش زمان خاموشی و بازیابی سرویس مورد نیاز است. این مسئله از زمان ظهور فناوری های اندازه گیری و ارتباطی ناحیۀ گسترده جالب تر شده است. وابستگی به پارامتر خط حفاظت شونده، عدم دقت در خطاهای با مقاومت و زمان بر بودن تشخیص ناحیۀ خطا و خط معیوب ازجمله معایب اصلی روش های موجود است. این مقاله یک الگوریتم جدید مکان یابی یکپارچه و ناحیۀ گستردۀ خطا را مبتنی بر امپدانس-دیفرانسیل محاسبه شده از فازورهای ولتاژ و جریان تجمیع شده از دو پایانۀ خطا انتقال را ارائه می دهد. ابتدا خط مشکوک به خطا با استفاده از دیفرانسیل زاویه فاز جریان توالی مثبت محاسبه شده در دو پایانۀ هر خط شناسایی می شود و سپس مکان خطا با دقت مناسب با استفاده از روش امپدانس-دیفرانسیل به دست می آید. این روش برای انواع مختلف خطا، مکان های متنوع وقوع خطا و مقاومت خطا مورد آزمایش قرار می گیرد. به دست آوردن سریع ناحیۀ وقوع خطا، خط معیوب و فاصلۀ وقوع خطا از شین ابتدای خط با استفاده از روش مبتنی بر امپدانس دیفرانسیل به دست آمده از اندازه گیری های سنکرون دو طرف خط از خروجی مهم این مقاله است.

در سال های اخیر، اینترنت اشیا که از فناوری های مهم صنعت نسل چهار محسوب می شود، به یکی از موضوعات مهم در زمینه های صنعتی و دانشگاهی تبدیل شده است. ترغیب صنایع برای حرکت هرچه سریع تر به سمت استفاده از این فناوری به دلیل مزایای آن از اهمیت بالایی برخوردار است. صنعت نفت و گاز و برق، از صنایع مهم هر کشور محسوب می شود. تحول این صنعت مزایای زیادی برای بخش های مختلف ازجمله اقتصاد داشته و ضروری است سریع تر در مسیر پیاده سازی اینترنت اشیا حرکت کند. بررسی ها نشانگر روند آهستۀ صنعت نفت و گاز و برق ایران در به کارگیری اینترنت اشیا بوده و ازآنجاکه این فناوری امکان ایجاد تغییرات مهم و نوآورانه را در این صنعت فراهم می کند، لازم است رانه ها شناسایی و مدل سازی شوند. تحقیق حاضر با هدف شناسایی و مدل سازی رانه های پیاده سازی اینترنت اشیا در زنجیرۀ تأمین صنعت نفت و گاز و برق ایران در دو مرحله انجام شده است. در مرحلۀ اول، با مرور ادبیات رانه ها شناسایی و با روش دلفی، مورد بررسی قرار گرفتند. در مرحلۀ دوم، مدل رانه ها با روش مدل سازی ساختاری تفسیری فراگیر فازی ارائه شد. نتایج 75 رانه در 14 دستۀ کلی را نشان می دهد که «مقررات دولتی» بنیادی ترین رانه در زنجیرۀ تأمین صنعت نفت و گاز و برق ایران است.

تولید صدا توسط توربین های بادی محور عمودی می تواند از محبوبیت آن ها برای به کار بردن در مناطق شهری و مسکونی کم کند. به منظور کاهش سطح صدای تولیدشده، در این مقاله، رفتار آکوستیکی روتور ترکیبی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی ((CFD)Computational Fluid Dynamics) مطالعه شده است. در ساختار روتور مورد بررسی، از پره های نوع متعارف ساونیوس به عنوان روتور داخلی استفاده شده که با زاویۀ صفر درجه به روتور خارجی متصل شده است. برای اطمینان از مدل سازی، اعتبارسنجی نتایج و تأثیر گام زمانی بر داده های خروجی صورت گرفته است. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر نسبت سرعت نوک و سرعت آزاد باد بر میزان سطح صدای تولیدشده است. نتایج نشان دادند که سطح صدای تولیدشده رابطۀ مستقیم با نسبت سرعت نوک و سرعت آزاد باد دارد، به این صورت که کمترین سطح فشار صوت در نسبت سرعت نوک 5/1 و سرعت آزاد باد 5 متر بر ثانیه توسط دریافت کنندۀ R4 گزارش شده و مقدار آن برابر 64/7 دسیبل است. همچنین با دور شدن از روتور سطح صدای تولیدشده کاهش می یابد.

خورشید یک منبع تجدیدپذیر است که به کاهش انتشار دی اکسید کربن کمک کرده و تأثیر صنایع را بر آلودگی طبیعت کم می کند. در مطالعۀ حاضر با روش عددی و با کمک روش حجم محدود به بررسی تأثیرات استفاده از مولد گردابه در حالت های مختلف هندسی در لولۀ جاذب کلکتور خورشیدی سهموی پرداخته شد. همچنین نانوسیال هیبریدی آب/اکسید آهن-نانولولۀ کربنی با در نظر گرفتن مدل دوفازی در اعداد رینولدز 24000 تا 96000 به عنوان سیال انتقال حرارت مورد استفاده قرار گرفت. مولدهای گردابه با چهار حالت هندسی Case A، Case B، Case C و Case D مدل سازی شده و تأثیر آن ها بر پارامترهای مختلف در خروجی کلکتور خورشیدی سهموی بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد به کار گیری مولد گردابه ها باعث بالا رفتن ضریب انتقال حرارت و درنتیجه افزایش بازده حرارتی در کلکتور خورشیدی سهموی شد. افزایش نسبت پیچش مولد گردابه میزان اثربخشی و بازده انرژی را در کلکتور خورشیدی سهموی افزایش داد. مطلوب ترین میزان بازده انرژی در عدد رینولدز 96000 و هنگام استفاده از مولد گردابه با شکل هندسی Case D رخ داد. مطلوب ترین میزان بازده اگزرژی در عدد رینولدز 48000 و هنگام استفاده از مولد گردابه با شکل هندسی Case D بود. بیشترین میزان افزایش عملکرد حرارتی به میزان 03/65 درصد نسبت به زمانی که کلکتور خورشیدی سهموی ساده بود، افزایش پیدا کرد.