فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال هفتم شماره 3 (پیاپی 25، پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/07/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا غفارپور، سعید مرادی، پروفسور علی محمد رنجبر صفحه 2
    افزایش تمایل جهانی برای تولید غیرمتمرکز انرژی با استفاده از گاز طبیعی، باعث فراگیرتر شدن ایده بهره برداری هم زمان از چند حامل مختلف انرژی در سال های اخیر شده است. مهم ترین نظریه مطرح در این حیطه، «سپهر انرژی» است که در این مقاله برای تامین بارهای الکتریکی و حرارتی با استفاده از حامل های برق و گاز به کار گرفته شده است. برای این کار از ترانسفورماتورها، کوره های گرمایی، واحدهای تولید هم زمان برق و حرارت (CHP) و ذخیره سازهای الکتریکی و حرارتی استفاده شده است. برخلاف روال رایج، واحدهای CHP به شکل مبدلی با بازده های ثابت الکتریکی و حرارتی مدل سازی نشده و مشخصه کاری کامل این واحدها، شامل ناحیه کاری عملی (FOR) و رابطه غیرخطی ورودی- خروجی در فرمول بندی مساله استفاده شده اند. برای خطی سازی عملکرد غیرخطی واحدهای CHP، تقریب تکه ای-خطی از ناحیه کاری آن ها ارائه شده است تا مساله در قالب برنامه ریزی خطی مرکب-عدد صحیح ارائه شود. شاخص قابلیت اطمینان نیز با ارائه مدلی از تغییر نقطه کار CHP در شرایط خروج تجهیزات در فرمول بندی مساله گنجانده شده است. هدف، یافتن بهترین ترکیب از تجهیزات نامزد برای کاهش هزینه های کل و افزایش قابلیت اطمینان تامین توان در یک دوره برنامه ریزی طولانی مدت است. شبیه سازی ها بر روی یک سیستم موردی و با مطالعه تاثیر اعمال نامعینی قیمت انرژی بر نتایج ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: سپهر انرژی، واحدهای تولید هم زمان برق و حرارت، منابع ذخیره انرژی، قابلیت اطمینان، تقریب تکه ای خطی، برنامه ریزی خطی مرکب عدد صحیح، نامعینی قیمت
  • فرشید کی نیا، مهندس پیمان افضلی، سعید اسماعیلی صفحه 20
    این مقاله یک مدل شاخص بهره وری طول عمر و یک روش الگوریتم جستجوی کلاغ توسعه یافته (DCSA) به منظور دستیابی به نگهداری و تعمیرات بهینه برای ترانسفورماتور قدرت ارائه می کند. اگر نگهداری و تعمیرات روی ترانسفورماتورهای قدرت صورت نگیرد، نتیجه اش ناپایداری سیستم انتقال و عدم تامین پایدار انرژی الکتریکی در نقاط بار خواهد بود؛ به عبارت دیگر، خرابی سیستم انتقال روی وضعیت سیستم توزیع اثر می گذارد و ممکن است باعث وقوع خاموشی برای مصرف کنندگان انرژی الکتریکی شود؛ بنابراین یک استراتژی نگهداری و تعمیرات به منظور کاهش نرخ خرابی و افزایش قابلیت اطمینان ترانسفورماتور قدرت موردنیاز است. استراتژی نگهداری و تعمیرات برای ترانسفورماتور قدرت شامل نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه و اصلاحی است. در این مقاله نرخ خرابی ترانسفورماتور قدرت توسط تابع توزیع ویبول و طول عمر ترانسفورماتور قدرت با استفاده از سری تیلور در تابع توزیع ویبول با یک تقریب مناسب مدل شده است. استراتژی نگهداری و تعمیرات باید در جهت حداقل هزینه تحت شرط قابلیت اطمینان موردنیاز، بهینه شود. برای حل این مسئله بهینه سازی، از روش DCSA استفاده شده و نتایج با روش های دیگر مقایسه شده است. نتایج آزمون نشان می دهد که روش DCSA پیشنهادی برای مسئله نگهداری و تعمیرات بهینه، قادر به بدست آوردن جواب های با کیفیت بالاتر نسبت به روش های دیگر است.
    کلیدواژگان: الگوریتم جستجوی کلاغ توسعه یافته (DCSA)، توزیع ویبول، نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه (PM)، نگهداری و تعمیرات اصلاحی (CM)، قابلیت اطمینان
  • مهرداد محمودیان، محسن گیتی زاده صفحه 32
    در گذشته سیستم های زمین تنها به صورت یک مقاومت اهمی خالص مدل می شدند. این تخمین از سیستم زمین تنها برای فرکانس های پایین مناسب است، در حالی که در فرکانس های بالا، اندوکتانس سیستم زمین نقش اساسی را در تعیین اندازه و فاز امپدانس آن ایفا می کند و برای به دست آوردن پاسخ دقیق حالت گذرا، باید مقاومت و اندوکتانس و ظرفیت خازنی را تواما در نظر گرفت. برنامه های کامپیوتری دقیق مانند CDEGS بر اساس تئوری آنتن پاسخ حالت گذرای سیستم زمین را ارزیابی می کنند، اما اطلاعات به دست آمده را نمی توان به طور مستقیم در بسته های نرم افزاری شبیه سازی سیستم قدرت مانند DigSilent یا EMTP برای تحلیل اضافه ولتاژ های موقت استفاده نمود. لذا این مقاله به بررسی و مدل سازی این اطلاعات به منظور ارزیابی سیستم قدرت با استفاده از روش برازش برداری می پردازد. در این روش اطلاعات پاسخ فرکانسی به صورت مدار معادلی در حوزه زمان، با دقت بسیار بالا و با مدار های RLC در نرم افزار تخصصی EMTP مدل می شوند و اندازه و فاز امپدانس سیستم زمین به سادگی آنالیز می گردد. در این مقاله، در شبیه سازی سیستم زمین پدیده ی یونیزاسیون خاک، چند لایه بودن زمین محل نصب شبکه و رفتار فرکانس بالای الکترودهای آن مد نظر قرار گرفته است تا بتوان از آن به عنوان یک پتانسیل مرجع برای سنجش ولتاژ تمام نقاط استفاده نمود.
    کلیدواژگان: حالات گذرای الکترومغناطیسی، روش برازش برداری، سیستم زمین
  • مهندس مسعود سبزی، پرفسور احمد منشی صفحه 44
    در این پژوهش، اثر پارامتر فشار پرس بکار رفته در تولید الکترودهای نقره بر عمر باتری های روی - اکسید نقره مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا چهار الکترود نقره (صفحه مثبت) با ترکیب 95 درصد وزنی اکسید نقره، 9/4 درصد وزنی پودر کربن و 1/0 درصد وزنی رزین به روش متالورژی پودر و با فشار پرس 40، 60، 80 و bar100 تهیه گردید. سپس هر چهار الکترود اکسید نقره در زمان 13 دقیقه و دمای °C500 تحت عملیات سینترینگ قرار گرفتند. برای بررسی تاثیر فشار پرس بکار رفته در تولید الکترودهای نقره بر عمر باتری های روی - نقره از آزمایش تخلیه الکتریکی در الکترولیز wt% KOH 4/1 استفاده شد. برای بررسی ریزساختار الکترودها و آنالیز نقطه ای آنها از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) استفاده گردید. نتایج آزمایش های تخلیه الکتریکی نشان داد که فشار پرس bar60، بهینه ترین فشار پرس جهت افزایش عمر باتری های روی - نقره می باشد. براساس مشاهدات تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، با افزایش فشار پرس، میزان و اندازه تخلخل های ظاهری در الکترود نقره کاهش می یابد. همچنین نتایج آنالیز EDX دلالت بر افزایش اکسیژن الکترودهای نقره با افزایش فشار پرس داشت.
    کلیدواژگان: باتری های روی، نقره، فشار پرس، عمر باتری، الکترود نقره، محلول هیدروکسید پتاسیم
  • مونا اسدی، حمید قادری، سعید شوال پور صفحه 52
    سوخت زیستی به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت های فسیلی در دهه ی اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است. طراحی بهینه ی زنجیره تامین، یک نیاز ضروری برای تجاری سازی تولید سوخت زیستی است. در این مقاله یک مدل برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط برای طراحی زنجیره تامین سوخت زیستی ارائه شده است که تقاضای آن از مدل های سری زمانی خود رگرسیون برداری میانگین متحرک پیروی می کند. همچنین مطالعه می شود که چگونه ساختار سری های زمانی خود رگرسیون برداری میانگین متحرک برای تقاضای سوخت زیستی، طراحی زنجیره تامین را تحت تاثیر قرار می دهد. یک مثال عددی برای طراحی زنجیره تامین سوخت زیستی ارائه شده تا کاربرد مدل را نشان دهد و یک زنجیره تامین بهینه را طراحی کند. سپس برای یک دوره زمانی هشت ساله پیش بینی صورت گرفته تا بینشی وسیع تر برای یک مدیریت کارآمد فراهم کرده و هزینه های کلی زنجیره را حداقل کند.
    کلیدواژگان: خود رگرسیون برداری میانگین متحرک، بایومس، زنجیره تامین، سوخت زیستی، مدل سازی ریاضی
  • سهیلا خویشتن دار، مصطفی زندیه، بهروز دری، سید امید رعنایی سیادت صفحه 64
    بیومتان به عنوان یک منبع تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست، می تواند نقش مهمی در تامین انرژی مطابق با معیارهای توسعه پایدار ایفا نماید. در این مقاله یک مدل ریاضی برای زنجیره تامین چهار مرحله ای بیومتان ارائه می شود که با استفاده از آن می توان به مکان یابی مراکز جمع آوری، رآکتورها و واحدهای تقطیر زنجیره تامین بیومتان پرداخته و نیز مقدار ماده اولیه، گاز بیومتان و بیومتان مایع که از هریک از مراحل زنجیره تامین به مرحله بعدی ارسال می شود را با هدف حداقل نمودن مجموع هزینه های زنجیره تامین بیومتان، تعیین نمود. محدودیت های نیروی کار در دسترس، تقاضای رآکتورها به ماده اولیه و میزان در دسترس از انواع پسماند، در مدل در نظر گرفته شده است. الگوریتم ژنتیک برای حل مدل برنامه ریزی عدد صحیح مختلط غیرخطی، ارائه شده که مقایسه نتایج آن با نرم افزار لینگو نشان می دهد بدون در نظر گرفتن زمان حل مساله، الگوریتم ژنتیک جواب های بهتری تولید می نماید. زنجیره تامین بیومتان در استان خراسان رضوی با استفاده از مدل ریاضی و الگوریتم ژنتیک ارائه شده در مقاله، طراحی گردیده است.
    کلیدواژگان: زنجیره تامین چهار مرحله ای، سیستم تولید بیومتان، مکان یابی، تخصیص، برنامه ریزی عدد صحیح مختلط غیرخطی
|
  • Reza Ghaffarpour, Saeid Moradi, Alimohammad Ranjbar Page 2
    By the recent growing of global trend for decentralized power generation via natural gas, the interest in joint operation of several energy carriers has substantially increased. The most significant concept in this regard is the “Energy Hub”, which in this paper is employed to supply electrical and heat demands via electricity and natural gas carriers. Transformers, furnaces, combined heat and power (CHP) units, and electrical and heat storage units are utilized for this purpose. Unconventionally, CHP units are not modeled as constant electrical and heat efficiencies, and thorough operational characteristics of these units are employed in the problem formulation, which consists of feasible operating region (FOR), and nonlinear input-output relationship. In order to formulate the problem as mixed-integer linear programming, a piecewise linear approximation of CHP units’ operating region is presented to linearize their nonlinear operation. Additionally, the reliability index is added to the problem formulation, containing a model for changing the output point of CHP units in contingencies. The problem is aimed at choosing the best combination of candidate devices for decreasing total costs and increasing the reliability of supply in a long-term planning period. Simulations are presented for a case study, investigating impacts of applying energy price uncertainty on the results.
    Keywords: Energy hub, Combined heat, power units, Energy storage units, Reliability, Piecewise approximation, Mixed integer linear programming, Price uncertainty
  • Dr Farshid Keynia, Pyman Afzali, Saeed Esmaeili Page 20
    This paper presents a lifetime efficiency index model and a developed crow search algorithm (DCSA) in order to achieve optimal maintenance for the power transformer. Not doing maintenance on the power transformer, resulting in instability of the transmission system and not to supply consistently electric energy in the load points. In other words, deterioration of the transmission system effects on the status of distribution system and the consumers of electrical energy may face blackouts. Therefore, a maintenance strategy is required in order to reduce the failure rate and increase the reliability of power transformer. The maintenance strategy for power transformer consists of preventive and corrective maintenance. In this paper, the failure rate of power transformer is modeled by an appropriate Weibull distribution and the lifetime of power transformer is modeled using the Taylor series in Weibull distribution. The maintenance strategy should be optimized for the minimum maintenance cost under the required reliability condition. In order to solve this objective problem, a DCSA is used and results are evaluated with other methods. The results show that the proposed DCSA was indeed capable of obtaining higher quality solutions than other methods for the optimal maintenance problem.
    Keywords: Developed crow search algorithm (DCSA), Weibull distribution, Preventive maintenance (PM), Corrective maintenance (CM), Reliability
  • Page 32
    In past, the grounding systems usually were modeled by an individual Resistor. This estimation is useful only at low frequencies, while in high frequencies, the inductance of grounding system plays the main role to identify the phase and amplitude of that. In recent years, as wind farms grow rapidly throughout the world, the grounding system and ground impedance of wind turbine towers under transients have got more important. As a matter of fact, an exact model to testify dynamic properties of grounding system should represent nonlinear effects of soil ionization and be frequency dependent. Some new researches conducted in this issue, all are based circuit theory which does not allow for accurate analysis of aforementioned behaviors. This paper has come to express a new approach to model any grounding system only by few RLC branches in wide frequency range. A new model and some simple formula that is recommended in this paper, represent all effects of transient phenomena of lightning strikes and all analysis have got more easier than other approach. Then the outputs or the RLC branches are implemented in EMTP and get analyzed. So it’s possible to evaluate power systems under lightning strikes with presence of precise behavior of grounding systems.
    Keywords: Electromagnetic Transients, Grounding System, Vector Fitting Method
  • Page 44
    In this study, effect of press pressure used in the production of silver electrodes on the life of zinc - silver oxide batteries was investigated. For this purpose, initially four Ag electrodes (positive plate) with composition of 95 wt% silver oxide, 4.9 wt% carbon powder and 0.1 wt% resin prepared by powder metallurgy method and the press pressures of 40, 60, 80 and 100 bar was applied. Then, four silver electrodes were sintered for 13 minutes at temperature 500°C. Electrical discharge method were used in the 1.4% KOH electrolysis to evaluate the effects of press pressure used in the production of silver electrodes on the life of zinc - silver oxide batteries. Scanning electron microscopy was used to examine the microstructures of electrodes and point analysis was accomplished by EDX method. Electrical discharge tests results showed that press pressure of 60 bar is the most optimized pressure for increase of the life of zinc - silver oxide batteries. SEM images were showed that with increasing press pressure, the amount and size of apparent pores reduced in the Ag electrodes. Also, point analysis results has implies on reduction of electrodes oxygen, with the increasing of press pressure.
    Keywords: Silver-Zinc Batteries, Press Pressure, Batterie Life, Silver Electrode, KOH Solution
  • Mona Asadi, Hamid Ghaderi, Saeed Shavvalpour Page 52
    Biofuel is known as one of the best gasoline substitutes in the transportation industry. Designing an optimal supply chain is an essential requirement for the commercialization of biofuel production. This paper presents a mixed integer linear programming model to design a biofuel supply chain in which biofuel demand is under autoregressive moving average time series models. It is studied how the autoregressive moving average time series structure of biofuel demand affects the given supply chain design. Also, a numerical example demonstrates application of the proposed model used to design the most optimal biofuel supply chain. In addition, to provide insights for efficiently designing the biofuel supply chain, the autoregressive moving average models of biofuel demand are used to forecast biofuel supply chain design for an 8-year time horizon.
    Keywords: ARMA, Biomass, Supply Chain Biofuel, Mathematical Modeling
  • Dr Soheila Khishtandar, Dr Mostafa Zandieh, Dr Behrooz Dorri, Dr Seyed Omid Ranaei Siadat Page 64
    As an environment-friendly and renewable energy source, biomethane plays a significant role in the supply of sustainable energy. To determine location of hubs, reactors and condensers and allocate feedstocks, biomethane and liquefied biomethane to these facilities in a biomethane production system by minimizing the supply chain cost, a mathematical model is developed in this article. Constraints, such as the limited workforce, the reactors’ demand on the residues, and the deterioration of the residues in the hubs are considered. Genetic algorithm for solving mixed integer nonlinear programming model is proposed. Genetic algorithm finds better solutions than Lingo when applied to the given problems but the speed of obtaining the solution is slower. Biomethane supply chain has been designed in Khorasan Razavi using the developed mathematical model and genetic algorithm.
    Keywords: Four-stage supply chain, Biomethane production system, Facility location, Allocation, Mixed integer nonlinear programming model