فهرست مطالب

سد و نیروگاه برق آبی ایران - پیاپی 16 (بهار 1397)

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 16 (بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد محمدی، مهدی یاسی *، سعید جمالی، هومن حاجی کندی صفحات 1-12
    تولید برق از خطوط انتقال آب از موضوعات جدید در مدیریت بهینه سامانه های آبی است. در شبکه های تامین آب، به منظور جلوگیری از فشار اضافی وارد بر تجهیزات پایین دست، اغلب از شیرهای فشارشکن استفاده میگردد. با وجود بار آبی اضافی آب در شبکه می توان از «توربین» یا «پمپ به عنوان توربین (PAT)» انرژی برقآبی تولید نمود. در این تحقیق، ظرفیت های موجود بازیافت انرژی در سامانه آبرسانی شهر ایلام با استفاده از توربین و PAT مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ظرفیت تولید برق در ده موقعیت بر روی سامانه آبرسانی شهر ایلام وجود دارد، که در حد نیروگاه های برقآبی خیلی کوچک (Mini) تا پیکو (Pico) هستند. میزان بازیافت انرژی در صورت استفاده از توربین 1641780 و با استفاده از PAT معادل 1231335 کیلووات-ساعت درسال بود. نتایج تحلیل اقتصادی نشان می دهد که: هزینه واحد تولید انرژی برای توربین 1065 ریال و برای PAT معادل 396 ریال؛ و نسبت فایده به هزینه برای توربین و PAT بترتیب برابر 7/1 و 9/5 است. بطورکلی، گزینه استفاده از PAT در سامانه های کوچک برقآبی بر روی شبکه موجود آبرسانی شهر ایلام از نظر فنی امکان پذیر، و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
    کلیدواژگان: تولید برق، نیروگاه برقآبی، خطوط آبرسانی، توربین، PAT، تحلیل هزینه
  • عباس نقوی *، وحید بابازاده، مهرداد نوروزی، بهزاد خلیلی صفحات 13-20
    برای کاهش هزینه های بالای ساخت سرریزها، استفاده از سرریزهای با دیواره های همگرا راهکاری کارا و مقرون به صرفه ای است. استفاده از این نوع سرریزها با روند روبه رشدی مواجه بوده، ولی در اکثر مطالعات انجام شده بر روی این نوع سرریزها توجهی به بررسی تاثیر همگرایی دیواره ها بر جریان روی سرریز و نیز تاثیر آن بر عملکرد سازه پایانه انتهای سرریز نشده است. در این تحقیق نیز جهت مدلسازی عددی از نرم افزار Flow-3D و مدل آشفتگی RNG استفاده گردید. برای تعریف هندسه مرز های جامد از نرم افزار CATIA استفاده گردیده است. برای انفصال میدان یک بلوک محاسباتی بکار رفته که در مجموع شامل 4000000 حجم محاسباتی می شود. جهت بررسی صحت مدل عددی، ابتدا جواب های مدل عددی با نتایج مربوط به مدل فیزیکی سد گاوشان مقایسه گردید و پس از حصول اطمینان از صحت مدل عددی، اثر تنگ شوندگی سازه سرریز سد گاوشان بر مشخصه های هیدرولیکی جریان علاوه بر زاویه دو درجه که در طراحی سد گاوشان مورد استفاده قرار گرفته است، با زوایای جمع شدگی 0، 1، 5/2 و 3 درجه مدلسازی شده و برای سه دبی 600، 950 و 1350 متر مکعب بر ثانیه بررسی گردید.
    کلیدواژگان: سرریز با دیواره همگرا، شبیه سازی عددی، سرریز سد گاوشان، مدل آشفتگی RNG
  • محمدرضا شکاری * صفحات 21-35
    تغییر مکان های نسبی و شتاب ایجاد شده در مخازن محتوی مایع حین زلزله، از عوامل ایجاد صدمه در این نوع سازه ها می باشند. جهت کاهش عوامل فوق و به تبع آن کاستن خسارت وارده به این سازه های ویژه می توان از سیستم های جداگر لرزه ای استفاده نمود که، به عنوان یکی از مناسب ترین گزینه های مهندسی زلزله در زمینه کنترل غیرفعال بشمار می رود. در این پژوهش سعی می شود که رفتار مخازن مستطیلی جداسازی شده پایه تحت اثر زلزله های مختلف با استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی بررسی گردد که بدین منظور، دو مخزن لاغر و چاق برای دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده با جداگرهای سربی-لاستیکی دارای سختی های مختلف، شامل جداساز سخت و نرم در نظر گرفته می شود. در مدل توسعه داده شده با کاربرد المان های محدود با رفتار پوسته ای برای سازه مخزن، المان های مرزی داخلی برای سیال درون مخزن و المان های هیسترتیک با رفتار دوخطی برای جداگرها، آنالیز مخزن انعطاف پذیردر قلمرو فرکانس و زمان انجام می شود. در ادامه تاثیر جداسازهای لرزه ای بر پاسخ لرزه ای سازه شامل فرکانس طبیعی و تغییر مکان امواج متلاطم سطحی، برش پایه و لنگر واژگونی، و فشار دینامیکی وارد بر جداره مخرن تحت اثر تحریک هارمونیک و زلزله واقعی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: مخزن مستطیلی، جداسازی لرزه ای، تلاطم سطح آزاد، اندرکنش آب و سازه، پاسخ لرزه ای
  • اکبر صفرزاده *، مهندس بهزاد نوروزی صفحات 36-47
    در این مقاله، مدلهای فیزیکی از سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی متداول(PKW) و با کلیدهای اصلاح شده (MPKW) از جنس PVC ساخته شده و آزمایشها به ازای طیف وسیعی از شرایط هیدرولیکی برای تعیین الگوی جریان و همچنین منحنی های ضریب دبی انجام شده است. عملکرد سرریز های کلید پیانویی با کلید خروجی اصلاح شده(UPKW) بصورت افزایش عمق محدوده ریزشی بالادست کلید و همچنین ایجاد یک دیواره قائم در انتهای کلید ورودی(DPKW) مطالعه شده است. بر اساس نتایج حاصله، ایجاد دیواره قائم در بالادست کلید خروجی تاثیر چندانی بر بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریز کلید پیانویی ندارد. در حالیکه با افزودن دیواره قائم در انتهای کلید ورودی، بواسطه توزیع مناسب جریان بر روی تاجهای کناری و تاج پایین دست، برخورد سفره های ریزشی در داخل کلید خروجی به حد زیادی کاهش یافته و از وقوع استغراق موضعی جلوگیری می شود. در اثر این پدیده، عملکرد سرریز کلید پیانویی با وجود دیواره قائم در انتهای کلید ورودی باعث اصلاح الگوی جریان و افزایش ضریب دبی نسبت به سرریز کلید پیانویی معمولی می شود. خطوط جریان حاصل از مدلهای عددی و همچنین روند تغییرات سطح آب بر روی سرریزهای تست شده، موید نتایج حاصله می باشند.
    کلیدواژگان: سرریز کلید پیانویی، استغراق موضعی، ضریب دبی، کلیدهای اصلاح شده
  • محمود محمد رضاپور طبری *، معصومه هاشم پور صفحات 48-63
    با توجه به اهمیت بازطراحی سرریز سدها جهت ارائه ابعاد بهینه، رویکردی بر مبنای هیبرید الگوریتم های فراکاوشی ازدحام ذرات (PSO)، گرگ های خاکستری (GWO) و جستجوی مستقیم (DSO) پیشنهاد گردید. در این رویکرد حجم سرریز، که بیانگر میزان بتن ریزی و هزینه است، به عنوان تابع هدف و ارتفاع و تعداد تناوب سرریز، طول دماغه و زاویه میان امتداد جریان و محور سرریز به عنوان متغیرهای تصمیم لحاظ شده اند. با اجرای مدل پیشنهادی بر اساس اطلاعات سرریز کنگره ای سد Ute، ابعاد بهینه سرریز تعیین و با نتایج سایر مطالعات مقایسه گردید. نتایج بیانگر عملکرد بسیار مناسب رویکرد پیشنهادی در تولید مقادیر بهینه کلی بوده و استفاده غیرهیبریدی از الگوریتم DSO با توجه به محدودیت اندازه شبکه به دلیل افزایش هزینه محاسباتی و عدم دستیابی به جواب بهینه نزدیک به بهینه محلی توصیه نمی شود. در روش پیشنهادی، ابعاد بهینه ارائه شده توسط الگوریتم هیبریدی منجر به صرف جویی در بتن ریزی و هزینه های آن به میزان 64% نسبت به طراحی وضعیت موجود سد گردید. بررسی ابعاد بهینه سرریز کنگره ای ذوزنقه ای نشان دهنده افزایش ظرفیت دبی عبوری از سرریز به میزان 15760 متر مکعب در ثانیه می باشد. در نهایت مقایسه ابعاد بهینه بدست آمده از دو مقطع ذوزنقه ای و مثلثی نشان داد بهینه ترین شکل برای سرریزهای کنگره ای، مثلثی است.
    کلیدواژگان: سرریز کنگره ای، بهینه سازی ابعاد سرریز، الگوریتم ازدحام ذرات، الگوریتم گرگ های خاکستری، سد Ute
  • مجید معظمی *، اسماعیل احدی نیا صفحات 64-78
    با توجه به وسعت ذخایر گاز در ایران و سهولت احداث نیروگاه های گازی، این نیروگاه ها در سال های اخیر افزایش یافته است. از مشکلات نیروگاه های گازی می توان به ایجاد آلودگی، هزینه زیاد بهره برداری و محدودیت های شبکه گاز طبیعی و مهم تر از همه قطعی گاز در فصل زمستان اشاره کرد. منابع آب در زمستان که قطعی گاز اتفاق می افتد می تواند این نقایص را پوشش دهد ولی در تابستان ممکن است به دلیل تابستان خشک در دسترس نباشند. بنابراین مخزن های آب باید به صورت بهینه در طول سال استفاده شوند. برای رفع این مشکلات، در این مقاله یک روش جدید هماهنگی کوتاه مدت برنامه ریزی امنیت مقید مشارکت واحدها پیشنهاد شده است. این برنامه ریزی با هماهنگی نیروگاه های برق آبی پشت سرهم و گازی و با در نظر گرفتن محدودیت های شبکه انتقال گاز طبیعی بار مورد نیاز شبکه را تامین می کند. مدل پیشنهادی مدلی غیرخطی است که به یک مدل خطی آمیخته با اعداد صحیح تبدیل و بوسیله تئوری بازی ها و نرم افزار GAMS حل شده است. مدل پیشنهادی روی شبکه تست استاندارد 6 باس IEEE پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر توانایی روش پیشنهادی در کاهش هزینه و هماهنگی بهره برداری واحدهای گازی و آبی پشت سر هم با کلیه محدودیت های موجود می باشد.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی امنیت مقید مشارکت واحدها، واحدهای آبی پشت سرهم، نیروگاه گازی، تئوری بازی
|
  • Mohammad Mohammadi, Mehdi Yasi Dr *, Saeed Jamali Dr, Hooman Hajikandi Dr Pages 1-12
    Power generation from water networks is a new practice in the optimization of water systems management. In water supply networks, pressure relief valves are often used to avoid additional pressures on the downstream. With the presence of extra energy head in Water supply pipelines, hydropower generation is possible using either turbine or pump as turbine (PAT). In this study, the potential of energy recovery from the existing water supply system in the City of Ilam, Iran, was investigated using turbine and PAT hydropower plants. This survey indicated the feasibility of hydropower generation in almost ten stations along the Ilam’s water supply system, with the capacities in orders of mini to Pico hydropower plants. The total amount of generated energy per year is about 1641780 kWh using turbines, and 1231335 kWh in the case of using PATs. The results from economic analysis indicate that the cost of unit energy is about 1065 Rials using turbines, and 365 Rials with the use of PATs. The benefit-cost ratio is 1.7 and 5.9 for using turbines and PATs, respectively. In general, the use of PATs in small hydropower systems on the Ilam’s water supply system is technically feasible, and economically affordable alternative.
    Keywords: Electricity generation, Hydropower plant, Water supply pipelines, Turbine, PAT, Cost analysis
  • Abbas Naghavi * Vahid Babazadeh_Mehrdad Norouzi_Behzad Khalili Pages 13-20
    In order to reducing spillways construction costs, using Spillway with Converging Walls is cost effective and appropriate solution. Although the use of these type of spillways growing, most studies do not consider effects of the converging walls on flow pattern and structural performance of the spillway. In this study, Flow-3D software and RNG Turbulence model used for numerical simulation of the flow. CATIA software is used to define the geometry of the solid boundaries. A computational block consists of 4000000 calculations used to separating the flow field. In order to verify the numerical model, at first the results of numerical model compared with results of Gavshan dam physical model and after ensuring the accuracy of the numerical model, the effect of Gavshan dam spillway constriction on hydraulic characteristics of the flow modeled with angles of shrinkage 0, 1, 2.5, and 3 in addition to the two-degree angle, which is used in the design of the Gavshan dam, and evaluated for three flow rates of 600, 950, and 1350 cubic meters per second.
    Keywords: Spillway with Converging Walls, Numerical Simulation, Gavshan Dam Spillway, RNG Turbulence Model
  • Mohammad Reza Shekari * Pages 21-35
    Real accelerations and subsequent wall diaplecements appear as the main damage Factors in liquid storage tanks. Base-isolation systems, as the most appropriate earthquake engineering options in passive control, can be used to reduce these factors and following destruction of these special structures. In this paper, the dynamic behavior of base-isolated rectangular tanks is studied under different ground motions in which, two tanks (one broad and one slender) with fixed-base and LRB base-isolatiors including different stiffnesses, i.e. stiff and flexible, are considered. In the developed model, finite elements and boundary elements for the shell and liquid domains and nonlinear hysteretic elements for isolation system are respectively employed to perform the analysis of the flexible tank in frequency and time domains. Further, the effect of base-isolators on the seismic response of the whole system including natural frequency, liquid sloshing height, base shear and moment and dynamic pressure on the tank shell, under harmonic and real earthquake has been inspected.
    Keywords: Rectangular tank, Seismic isolation, Sloshing, Fluid–structure interaction, Seismic response
  • Akbar Safarzadeh Dr. *, Behzad Norouzi Eng Pages 36-47
    In this paper physical models of common rectangular pianokey weirs (PKW) and modified pianokey weirs (MPKW) have been made using PVC plates. Experiments are conducted for a wide range of the hydraulic conditions in order to determine the general flow field and head-discharge curves. Discharge capacity of the pianokey weirs with vertical wall at the upstream end of the outlet keys (UPKW), as an idea to increase the flow depth at the beginning of the key, and also a vertical wall at the downstream end of the inlet key (DPKW), as a technique to modify the flow pattern at the downstream of the weir, are evaluated. Results show that the UPKW performs almost the same as the PKW, while in the DPKW, the vertical wall at the downstream end of the inlet key, results in better distribution of the flow over the side crests and prevents the napes collision at the downstream end of the outlet keys. The improved flow field over the different parts of the DPKW increases the discharge coefficient compared to the PKW. Flow streamlines and 3D water surface maps obtained from numerical simulations, confirm these findings.
    Keywords: Piano key weir, Local Submergence, Discharge coefficient, Modified keys
  • Mahmoud Mohammad Rezapour Tabari *, Masoumeh Hashempour Pages 48-63
    Considering the importance of redesign of dams spillways to provide optimum dimensions, the hybrid meta-heuristic based approach of Particle Swarm Optimization (PSO), Gray Wolves (GWO) and Direct Search Optimization (DSO) were proposed. In this approach, the spillway volume, which indicates the amount of concrete and cost, is considered as the objective function and spillway height, number of cycles, apex length and angle of wall are considered as decision variables. By implementing the proposed model, based on the Ute dam labyrinth spillway data, the spillway optimal dimensions were determined and compared with the other studies result. The results represent the very good performance of the proposed approach in generating global optimal solution, and non-hybrid use of DSO algorithm is not recommended due to network size constraint, increased computational cost and failure to achieve optimal solution. The optimal dimensions led to concrete saving and reduction of costs to 64% compared to the existing dam design. Investigating the optimal dimension of trapezoidal labyrinth spillway indicates that increase the flow capacity of the spillway to 15760 cubic meters per second. Finally, the comparison of the optimal dimensions obtained with two trapezoidal and triangular sections showed that the optimal form for labyrinth spillway is triangular.
    Keywords: Labyrinth spillway, Optimization of labyrinth dimensions, PSO algorithm, Gray wolves algorithm, Ute dam
  • Majid Moazzami *, Esmaeil Ahadinia Pages 64-78
    With regard to the vast amounts of gas resources in Iran and ease of constructing gas plants, these plants have been widespread in the recent years. Among the problems of gas plants include air pollutions, high operation costs, limitation of natural gas grid, and more importantly gas outages during the winters. In winter season when gas outages occur, water resources can cover the mentioned drawbacks, however in summer they might not be accessible due to sultry weather conditions. Therefore, water reservoirs should be optimally consumed over the year. To solve these problems, a novel short-term coordination security-constrained unit commitment scheduling is proposed in this paper. The scheduling by coordinating sequential hydro-power and gas power plants, and considering the constraints of natural gas transmission system supplies the required system load. The proposed model is a nonlinear model that is converted to a linear mix integer model and solved by game theory and GAMS software. The presented model is implemented on a standard IEEE 6- bus test system. Simulation results show the proposed method ability to reduce the cost and operation coordination of cascade hydro and gas units with all available constraints.
    Keywords: Security Constrained Unit Commitment, Cascade hydro power plant, Gas power plant, Game theory