فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال پنجم شماره 4 (پیاپی 18، زمستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/12/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فاطمه تیموری حمزه کلایی *، نیما امجدی صفحات 2-11
    افزایش تقاضای جهانی برای آلودگی کمتر انرژی منجر به استفاده از سیستم هایMicro CHP (تکنولوژی تولید همزمان برق و حرارت در بخش خانگی) شده است. حرارت تولیدشده ممکن است برای گرمایش فضا و آب گرم و اگر با یک چیلر جذبی ترکیب شود برای سرمایش به کار رود، برق تولیدی نیز در منزل استفاده می شود. در این مقاله، عملکرد دو نمونه Micro CHP موتور گازی و پیل سوختی برای ساختمان های مسکونی تحلیل می شود. برای هریک از تاسیسات دو شیوه عملکردی متفاوت که شامل مینیمم کردن هزینه عملکردی و مینیمم کردن انتشار آلاینده هاست، در نظر گرفته شده است. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که سیستم های پیل سوختی گزینه بهتری برای ساختمان های مسکونی مورد مطالعه از هر دو منظر اقتصادی و زیست محیطی می باشند. در این سیستم ها هزینه انرژی سالانه تقریبا 26 درصد کاهش یافته است. از طرف دیگر، انتشار سالانه دی اکسیدکربن تقریبا 9 درصد کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: سیستم Micro CHP، پیل سوختی، انتشار آلاینده ها، شیوه های عملکردی مختلف
  • مرتضی یوسفیان *، مهرداد ستایش نظر صفحات 12-25
    تجدید ساختار در صنعت برق موجب شده است تا مشارکت سمت توزیع شبکه قدرت، در تامین توان مورد نیاز شبکه افزایش یابد. این مهم به موجب نفوذ گسترده منابع تولید پراکنده برای تولید توان در سمت تقاضا و نیز امکان مبادله انرژی الکتریکی میان خرده فروش و مصرف کننده ایجاد شده است. در میان انواع مختلف منابع تولید پراکنده، ریزواحدهای تولید همزمان برق و حرارت، به دلیل امکان استفاده توسط مصرف کنندگان کوچک، بازدهی بالا، امکان استفاده از حرارت خروجی و نیز امکان کنترل خروجی آن، با استقبال زیادی مواجه شده است. در این مقاله، هزینه های تامین انرژی الکتریکی و حرارتی سالانه یک مصرف کننده خانگی، در دو حالت عدم درنظرگرفتن ریزواحد تولید همزمان برق و حرارت (تامین انرژی الکتریکی از طریق خرده فروش و انرژی حرارتی از طریق بویلر) و با درنظرگرفتن ریزواحد تولید همزمان برق و حرارت، به دست آمده و با یکدیگر مقایسه شده است. در نهایت، خروجی ریزواحد تولید همزمان برق و حرارت نیز، با انتخاب دو نوع کنترل کننده دنبال کننده حرارت بهبودیافته و کنترل کننده مبتنی بر قیمت تعیین شده و بدین ترتیب، نقش نوع کنترل کننده در بهره برداری از ریزواحد تولید همزمان برق و حرارت، برای کاهش هزینه های تامین انرژی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ریزواحد تولید همزمان برق و حرارت، کنترل کننده مبتنی بر قیمت، کنترل کننده دنبال کننده حرارت بهبودیافته، منابع تولید پراکنده، خرده فروش، مصرف کننده خانگی
  • محمدعلی صالحی، آیدا امیدواری * صفحات 26-33
    افزایش روزافزون مصرف انرژی و نیز کاهش مداوم منابع آن در جهان به خصوص ایران، ضرورت بهینه سازی و صرفه جویی در مصرف انرژی را آشکار می سازد. ازآنجاکه به کارگیری روش های سنتی برای تولید قند و شکر در کشور با مصرف بالای آب و انرژی همراه است، استفاده از تکنولوژی میدان الکتریکی پالسی (PEF) به عنوان روشی غیرحرارتی و دوستدار محیط زیست در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، اثر میدان الکتریکی پالسی قوی (با قدرت میدان kV.cm-1 7 و 100 پالس) بر میزان انتقال جرم (هدایت الکتریکی و بریکس)، میزان انرژی مصرفی و بازده استخراج در مقایسه با تیمار حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پس از تجزیه و تحلیل آماری حاکی از کاهش قابل ملاحظه دما، زمان و انرژی مصرفی در روش میدان الکتریکی پالسی در مقایسه با تیمار حرارتی با بازده استخراج مشابه است. همچنین میزان انتقال جرم در تیمار حرارتی به دلیل تخریب نسبتا کامل بافت سلولی، در مقایسه با روش پالسی مقادیر بالاتری را نشان داد.
    کلیدواژگان: استخراج، تیمار حرارتی، میدان الکتریکی پالسی، چغندر قند، انرژی مصرفی
  • محمود چهارطاقی *، بهراد علی زاده خارکشی صفحات 34-49
    در این مقاله یک سیستم تولید همزمان برای استفاده از گرمای اتلافی پیل سوختی پلیمری ارائه شده است که می تواند در کاربردهای ساختمانی مفید باشد. اجزای اصلی این سیستم شامل یک توده پیل سوختی پلیمری، مبدل سوخت، چیلر جذبی و تانک ذخیره حرارتی است. معادلات الکتروشیمیایی پیل سوختی در متلب و معادلات چیلر جذبی،مبدل سوخت متان به هیدروژن و تانک ذخیره حرارتی در نرم افزار اییزحل شده است.سیستم ارائه شده از دیدگاه های انرژی، اگزرژی و زیست محیطی مورد تحلیل قرار گرفته و تاثیردمای کاری پیل سوختی بر راندمان های انرژی و اگزرژی، درصد کاهش مصرف سوخت و درصد کاهش آلایندگی مورد مطالعه قرا گرفته است. نتایج ناشی از از مدل سازی انجام شده نشان دهنده این مطلب است که قدرت تبرید سیکل جذبی24/12کیلووات، قدرت الکتریکی خروجی از پیل سوختی 63/38 کیلووات، توان حرارتی پیل 12/39 کیلووات و میزان بازگشت ناپذیری تولیدی در پیل 21/84 کیلووات است. در نهایت وقتی سیستم به ترتیب در حالت تولید برق به تنهایی، برق و حرارت و نیز برق و حرارت و سرما باشد، دارای راندمان های6/32%، 5/65%و 8/75%خواهد بود. همچنین با افزایش چگالی جریان کاری پیل سوختی راندمان اگزرژی سیکل کاهش ولی ضریب عملکرد چیلر جذبی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تولید همزمان برق حرارت و برودت، پیل سوختی پلیمری، چیلر جذبی
  • جاماسب پیرکندی *، مهرداد مشهدی، مهران نصرت الهی صفحات 50-61
    در این مقاله، مکان مناسب جای گذاری توربین باد وستاس در یک مزرعه بادی با کمک نرم افزار CFX-ANSYS تعیین شده است. ابتدا هندسه کامل توربین باد ایجاد شده و یک شبکه بی سازمان در اطراف پره های آن تولید می شود. در ادامه، معادلات جریان روی توربین باد با اعمال معادلات اغتشاش و براساس معادله انتقال تنش برشی حل شده است. همچنین، کانتورهای سرعت باد در دنباله و برای مزرعه بادی شامل دو توربین باد متوالی با فواصل مختلف، استخراج شده و به وسیله آن رفتار فیزیکی دنباله توربین باد مشاهده شده است. با درنظرگرفتن دو توربین باد در فاصله های 5 و 5/7 برابر قطر روتور از یکدیگر، پروفیل های سرعت استخراج شده و مشخص گردید که حداکثر کاهش سرعت باد در عبور از توربین در ارتفاعی تقریبا برابر با پایه توربین و به ترتیب در فواصل 8 و 12 برابر قطر روتور اتفاق افتاده است. نتایج نشان می دهد که بازده بیشینه مزرعه بادی درصورتی که فاصله دو توربین 5 برابر قطر روتور و سرعت ورودی به ناحیه محاسباتی m/s10 باشد، 02/79 درصد است. زمانی که فاصله دو توربین 5/7 برابر قطر روتور و سرعت ورودی به ناحیه محاسباتی m/s15 باشد، مقدار بازدهی 52/78 درصد خواهد شد.
    کلیدواژگان: انرژی باد، توربین باد، مزرعه بادی، دینامیک سیالات محاسباتی، وستاس
  • علی میناییان *، علی اکبر عالم رجبی صفحات 62-69
    آینه های فرزنل یکی از جدیدترین سیستم های متمرکزکننده خورشیدی است که با هدف اولیه کاهش هزینه دریافت کننده های خورشیدی طراحی شده اند. هر کلکتور فرنل معمولا از یک سری آینه تخت تشکیل شده است که کنار یکدیگر در نزدیکی سطح زمین قرار می گیرند و پرتوهای رسیده از طرف خورشید را به لوله یا صفحه دریافت کننده ای که در ارتفاع مشخصی قرار دارد، بازتاب می کنند. بسته به اندازه نسبی پهنای آینه ها و قطر لوله یا صفحه جاذب، مقداری از تابش بازتابیده شده هدر می رود. برای پیشگیری از این اتلاف می توان از یک آینه بازتابنده دوم در بالای دریافت کننده استفاده کرد. در این مقاله، اثر سه شکل هندسی متفاوت برای آینه بازتابنده دوم بر مقدار و توزیع شار ورودی لوله جاذب بررسی شده است. در یکی از این طرح ها یکنواختی بسیار خوبی برای شار تابشی لوله جاذب مشاهده شد و در طرحی دیگر بازده نوری بیشتری نسبت به دو طرح دیگر به دست آمد. با تغییر پارامترهای اصلی نیمرخ های مورد بررسی در یک برنامه رایانه ای، اثر آن ها بر مقدار و توزیع پرتوهای برخوردی با لوله جاذب بررسی و بهترین حالت انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: کلکتور فرنل خطی، خورشیدی، شار تابشی، بازده اپتیکی، آینه ثانویه
|
  • Fatemeh Teymoori Hamzehkolaei*, Nima Amgady Pages 2-11
    The growing worldwide demand for less polluting forms of energy has led to a renewed interest in the use of micro combined heat and power (CHP) technologies in the residential sector. The operation of micro CHP system results in simultaneous production of heat and power in a single household based on small energy conversion units. The heat produced may be used for space and water heating and possibly for cooling load if combined with an absorption chiller¡ the electricity is used within the house. In this paper¡ two typical micro CHP alternatives¡ namely¡ gas engine and fuel cell for residential buildings¡ are analyzed. For each facility¡ two different operating modes including minimum-cost operation and minimum-emission operation are taken into consideration by employing a plan and evaluation model for residential micro CHP systems. The analyses of results show that the fuel cell system is recognized as a better option for the examined residential building from both economic and environmental points of view. With the operation considering optimal economic benefits¡ annual energy cost is reduced by about 26%. On the other hand¡ annual CO2 emissions are reduced by about 9%.
    Keywords: Micro CHP, Fuel cell, Emissions, Different operating methods
  • Morteza Usofian *, Dr Mehrdad Setayeshnazar Pages 12-25
    Power system restructuring has increased the take part distribution side of power system in providing power. Extensive influence of distribution resources for generation power in distribution side of power system and transferring power electricity between retailer and household consumers are the reason of that. Among different types of distributed resources, micro combined heat and power systems (μ-CHP) have a large acceptability for using by retail household consumers, high efficiency, using the heat output and controllable output. In this paper, costs of annual electric and heat energy providing for a household consumer has been calculated under two conditions: without using μ-CHP (purchasing electric power demand from electricity retailer and providing heat demand by boiler) and using μ-CHP, then the two types compared. The output of μ-CHP considering two types of controllers, modified heat led controller and price-based controller for showing the effect of controlling system in operating μ-CHP has been determined to reduce the costs of electric energy providing for a household consumer.
    Keywords: Micro combined heat, power (? CHP), Price, Based controller, Modified heat led controller, Distributed resources, Electricity retailer, Household consumer
  • Mohammadali Salehi, Aida Omidvari* Pages 26-33
    The ever raising request for energy and resource limitations in the world, particularly Iran, have ever increasing attention to intense research in optimization, and economization of energy consumption. Since, the application of traditional methods for production of sugar especially in Iran is associated with high consumption of energy and water, using of pulsed electric field (PEF) technology as a non-thermal and eco-friendly process is considered. In this paper, the effect of pulsed electric field (7 kV.cm-1, 100 pulses) on mass transfer (conductivity and brix), energy consumption and extraction efficiency were investigated and compared with aids of thermal treatment. The results of the statistical analysis showed a significant decrease in temperature, time and energy consumption by PEF treatment compared to thermal treatment with the same extraction. Furthermore, the rate of mass transfer from thermal treatment because of relatively complete destruction of tissue cells was higher than PEF.
    Keywords: Extraction, Thermal treatment, Pulsed electric fields, Sugar beet, Energy consumption
  • Mahmood Chahartaghi, Behrad Alizadeh Pages 34-49
    In this article a CCHP system has been proposed for recovering waste heat of PEM fuel cell and this system can be used for residential applications. Main components of the system are PEM fuel cell, absorption chiller, fuel processor and heat storage tank. Electrochemical equations of PEM have been modeled by MATLAB and the chiller, fuel processor and boiler have been modeled by EES. In addition, the energy and exergy performances and emission reduction of the proposed system have been analyzed; also effect of operating temperature on performance and irreversibility of the system have been studied. Performance of the system has been compared when the system works as a power system or a CHP and a CCHP system. Results demonstrate that the refrigeration capacity of absorption chiller is 12.24 kW, output power of fuel cell 38.63 kW, heat generation of PEM fuel cell 39.12 kW and irreversibility losses of PEM-FC is 84.21 kW. Finally when the system works as power system its efficiency is 32.6%, and in CHP and CCHP modes the efficiencies are 66.1% and 75.8 % respectively. Also by increasing operation current density of fuel cell, exergy efficiency of CCHP system decreases but COP of absorption chiller increases.
    Keywords: CCHP, PEM, Absorption chiller
  • Jamasb Pirkandi, Mehrdad Mashhadi, Mehran Nosratollahi Pages 50-61
    In this paper, configuration of ‘Vestas_V47’ wind turbines in a wind farm is investigated using computational fluid dynamics (CFD). First the geometry of wind turbine has been modeled, then unstructured mesh around the blades, nacelle and tower have been generated and finally the SST k-ω model has been used for modeling the turbulence. Afterward wind’s velocity contour for a wind farm with two turbines extracted and characteristics of downstream wake has been calculated with different distances between turbines. Velocity profiles have been extracted by assuming distances 5D and 7.5 D between two turbines. As a result, maximum reduction in velocity has been occurred at nacelle height and in 8D and 12D respectively. According to the calculation and comparison maximum efficiency of wind farm when d=5D and v=12.5 m/s is 79.029% and with d=7.5 D and v=15m/s is 78.525%.
    Keywords: Wind energy, Wind turbine, Wind farm, Computational fluid dynamics (CFD), Vestas, V47 turbine
  • Ali Minaeian*, Dr. Ali Akbar Alemrajabi Pages 62-69
    Flat reflectors which have lower price compared with parabolic ones are used in Fresnel concentrator. Each Fresnel collector is comprised of a few flat reflectors which are placed parallel to each other near the ground. If effective width of flat reflectors is more than absorber tube diameter, reflected rays will be partly lost, hence low optical efficiency. By installing a secondary reflector above the absorber tube, lost rays are mostly redirected towards the absorber tube. This leads to a more uniform flux and a higher optical efficiency. In this research, effects of three geometries for the secondary reflector are investigated and the results are presented. One of these designs produces very uniform flux on the absorber tube whereas the second design leads to higher optical efficiency. A computer program has been employed to evaluate these effects.
    Keywords: Fresnel linear collector, Secondary reflector, Solar power plant, Optical efficiency, Radiation flux