فهرست مطالب

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 5 (تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/06/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید یاسر درخشنده صفحات 7-12
    نفوذ بالای منابع بادی و خورشیدی و عدم قطعیت های موجود در میزان تولید این گونه از منابع می تواند باعث ایجاد اشکالاتی در بهره برداری یک ریزشبکه مبتنی بر این منابع و کاهش سطح قابلیت اطمینان آن گردد. . بهره گیری توامان از منابع الکتریکی با سرعت پاسخ بالا (نظیر تولیدات آبی) در کنار منابع دارای عدم قطعیت ازجمله راهکارهای کمک به افزایش قابلیت اطمینان سیستم است. در این مطالعه ساختار و روابط حاکم بر یک ریزشبکه مبتنی بر تولیدات آبی، بادی و خورشیدی تشریح می شود و با در نظر گرفتن مدل خطوط ارتباطی بین ریزشبکه و شبکه بالادست، شاخص های کلیدی قابلیت اطمینان مورد ارزیابی قرار می گیرد. به منظور ارزیابی روش ارائه شده، نتایج شبیه سازی صورت گرفته بر روی 5 سیستم تست ارائه و نتایج مربوطه تحلیل شده است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، تولیدات آبی، تولیدات خورشیدی، تولیدات بادی، ریزشبکه
  • سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری *، مجید احسانی صفحات 13-23
    در قسمت زانویی سرریزهای نیلوفری انتظار می رود، بدلیل وجود سرعت بالای جریان که منجر به جداشدگی و افت فشار ناشی از زبری و انحنا می شود، کاویتاسیون شکل بگیرد و همین نکته این سرریزها را به عنوان یکی از مستعدترین سرریزها برای وقوع کاویتاسیون تبدیل می کند. در پژوهش حاضر تاثیر تغییر ارتفاع شفت قائم بر امکان پذیری وقوع کاویتاسیون در زانویی سرریز نیلوفری با مدلسازی عددی مورد بررسی قرار گرفت. برای مدلسازی عددی از نرم افزار FLOW3D استفاده شده و نتایج با اطلاعات آزمایشگاهی مقایسه گردیده است که نتایج تطابق مطلوبی را بین مدل عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد. نتایج فشار برای طول های مختلف شفت قائم و در دبی های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس احتمال وقوع کاویتاسیون با بدست آوردن شاخص کاویتاسیون مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسی بر روی تغییر طول شفت قائم، تاثیر مستقیم این پارامتر بر مقادیر فشار و شاخص کاویتاسیون را نشان می دهد، بطوریکه با افزایش طول شفت قائم در دبی و نقطه ای مشخص، فشار بیشتر شده و خطر کاویتاسیون کمتر می گردد. همچنین با افزایش دبی فشار وارد بر زانویی بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: سرریز نیلوفری، مدلسازی عددی، کاویتاسیون، شفت، FLOW3D
  • جعفر نژادرجبعلی بیشه*، علیرضا ریاسی، سید احمد نوربخش صفحات 24-36
    پمپ رژنراتیو، یک پمپ دینامیکی است که قابلیت تولید هدهای بالا در دبی های پایین را دارد. در این مقاله، عملکرد یک پمپ رژنراتیو، با تغییر شکل پره های شعاعی و تبدیل آن به پره های باکت مانند و نیز تغییر در هندسه محفظه جریان، به منظور افزایش بازده به کمک شبیه سازی عددی جریان سیال با استفاده از نرم افزار سی اف ایکس ، مورد مطالعه قرار گرفته است. در مطالعه عددی صورت گرفته، جریان سیال به صورت پایا بوده و از تکنیک روتور بی حرکت استفاده شده است. برای مدل سازی جریان آشفته از مدل k-ε تحقق پذیر که برای جریان های پیچشی و گردابی بسیار مناسب می باشد، استفاده شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان داد که بهترین زاویه پره برای دست یابی به راندمان بیشینه، در حدود زاویه 40 درجه می باشد. منحنی های عملکرد پمپ جدید طراحی شده، با استفاده از شبیه سازی عددی جریان سیال استخراج و با منحنی های عملکرد پمپ رژنراتیو با پره-های شعاعی حاصل از نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که بازده پمپ رژنراتیو با پره های باکت مانند به همراه محفظه جریان با هسته مرکزی، نسبت به پمپ با پره های شعاعی بهبود یافته است، همچنین ملاحظه می شود که با کاهش ضریب دبی، ضمن افزایش میزان چرخش سیال در پمپ، هد پمپ نیز افزایش می یابد. استفاده از هسته مرکزی در محفظه جریان سبب کاهش میزان آشفتگی سیال در حین چرخش شده و درنتیجه از میزان تلفات ناشی از آشفتگی جریان کاسته می شود.
    کلیدواژگان: پمپ رژنراتیو، شبیه سازی عددی، پره های شعاعی، پره های باکت مانند، مدل k، ε تحقق پذیر
  • سعید اکبری فرد، کورش قادری، مریم علیان نژاد صفحات 37-49
    یکی از مسائل مهم بهینه سازی در زمینه مدیریت منابع آب، مساله بهره برداری بهینه از مخازن سدها می باشد. در این پژوهش از الگوریتم فراابتکاری چرخه آب (WCA) برای یافتن استراتژی های تخصیص بهینه منابع آب در سیستم دو مخزنه سدهای گلستان و وشمگیر واقع در حوضه آبریز گرگان رود (شمال ایران)، برای یک دوره پنج ساله (از سال آبی 87-86 تا 91-90) استفاده شده است. پس از اطمینان از درستی عملکرد الگوریتم WCA با استفاده از چندین تابع محک استاندارد، مدلی برای بهره برداری بهینه از سیستم مخازن حوضه آبریز گرگان رود توسعه داده شد. تابع هدف در سیستم مورد مطالعه به صورت کمینه سازی کل کمبود در طول دوره آماری تعریف شده است. برای بررسی عملکرد الگوریتم های مورد بررسی در بهره برداری بهینه از سیستم مخازن، از شاخص های عملکرد قابلیت اعتماد زمانی، حجمی و آسیب پذیری استفاده شده است. همچنین نتایج حاصل از الگوریتم مورد بررسی با نتایج الگوریتم جستجوی گرانشی(GSA) و روش سیاست بهره برداری استاندارد (SOP) مقایسه شده است. روش های WCA، GSA و SOP به ترتیب قادر به تامین 73/97، 26/85 و 78/76 درصد از نیاز کل پایین دست سد گلستان و تامین 06/97، 31/89 و 29/68 درصد از نیاز کل پایین دست وشمگیر بودند. نتایج به دست آمده حاکی از عملکرد بالای الگوریتم WCA در مقایسه با دیگر روش های مورد بررسی در بهره بردری بهینه از سیستم مخازن می باشد.
    کلیدواژگان: الگوریتم چرخه آب، الگوریتم جستجوی گرانشی، بهره برداری بهینه، حوضه گرگان رود، سد گلستان و وشمگیر
  • غضنفر شاهقلیان صفحات 50-64
    وظیفه اصلی کنترل فرکانس-بار (LFC) برگشت خطای فرکانس حالت دائمی به صفر است. انحراف فرکانس از مقدار نامی و تامین توان اکتیو مورد نیاز مصرف کننده ها، باعث تغییر آب ورودی به توربین می شود. در این مقاله با بیان معادله حالت و تابع انتقال سیستم کنترل بار- فرکانس با توربین آبی، پایداری سیگنال کوچک همراه با اثر تغییر پارامترها مانند ثابت اینرسی، زمان شروع آب و ثابت تنظیم سرعت بر رفتار دینامیکی سیستم بررسی شده و کاربرد جبران کننده افتی گذرا در پاسخ توربین آبی با آنالیز مقادیر ویژه و شبیه سازی رفتاری دینامیکی سیستم قدرت نشان داده می شود. همچنین با استفاده از توابع انتقال، کنترل کننده PID برای کنترل بار-فرکانس سیستم قدرت طراحی شده و تغییر بهره های کنترل کننده بررسی می شود. نتایج شبیه سازی برتری پاسخ کنترل کننده پیشنهادی را نسبت به پاسخ کنترل کننده متداول انتگرالی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: توربین آبی، کنترل فرکانس، آنالیز مقادیر ویژه، پایداری سیگنال کوچک، جبران کننده افتی گذرا
  • مجید پاسبانی خیاوی، مرتضی علی قربانی، لیلا سیفی صفحات 65-73
    در این مقاله به بررسی تاثیر اینرسی رسوب بر نمایش لرزه ای سد بتنی وزنی با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش پرداخته می شود. برای بررسی رفتار لرزه ای، رسوب کف مخزن با فرض سیال معادل مدل سازی می شود. آب داخل مخزن به صورت یک سیال غیر لزج، تراکم پذیر با تغییر مکان های کوچک در نظر گرفته شده و سد نیز به صورت جامد الاستیک با رفتار خطی فرض می شود. با توجه به پیچیدگی سیستم سد- مخزن- فونداسیون-رسوب، از روش اجزای محدود به دلیل قابلیت مناسب در اعمال شرایط مرزی مختلف، برای مدل سازی و تحلیل استفاده شده است. برای آنالیز لرزه ای سیستم مدل اجزای محدودی با استفاده از نرم افزار انسیس تهیه شده است. در استخراج معادلات حاکم بر دامنه ها، اثرات اندرکنش بین سد، مخزن، فونداسیون و رسوب در مدل لحاظ شده و شرایط مرزی متنوعی برای اعمال بر سیستم پیش بینی شده است. با توجه به تحریکات دینامیکی، آنالیز در حوزه زمان انجام گرفته و برای حل معادلات دینامیکی حاصل شده از روش نیومارک استفاده شده است که از لحاظ عددی به صورت غیر مشروط پایدار می باشد. برای نشان دادن تاثیر اینرسی رسوب بر پاسخ لرزه ای سد بتنی وزنی، سد پاین فلت به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده و زمین لرزه السنترو به مدل اعمال شده است. مدل مورد نظر برای دو حالت مخزن بدون رسوب و مخزن با 20 درصد حجمی رسوب مورد آنالیز و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از آنالیزها، تاثیر اینرسی رسوب کف مخزن را بر افزایش پاسخ لرزه ای سد بتنی وزتی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: زلزله، اجزای محدود، اندرکنش، سد بتنی وزنی، رسوب، تحلیل تاریخچه زمانی
|
  • Seyed Yaser Derakhshandeh Pages 7-12
    The high penetration of wind and solar resources and uncertainties in electricity generation from these kinds of DERs may cause problems in the operation of microgrids based on renewable energies and decreases the reliability indices. Implementation of high response generations such as hydro generation is one of the solutions to reduce the uncertainties. This paper presents a method for modeling a microgrid based on hydro, wind and solar generations. Reliability indices of the microgrid are calculated in presence of the lines connecting the microgrid to the upstream network. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, detailed simulation results are presented and analyzed for 5 case studies.
    Keywords: Reliability, Hydro generations, Photovoltaic generations, Wind generations, Microgrid
  • Seyed Ali Akbar Salehi Neyshabouri *, Magid Ehsani Pages 13-23
    In the elbow of morning glory spillway, the occurrence of cavitation is expected due to the high velocity and head, separation and pressure drop because of the geometry of curve. Hence, morning glory spillways are one of the most talented cases for the occurrence of cavitation phenomena. In this study the possibility of cavitation occurrence in the spillway’s elbow due to the hight change of vertical shaft is considered by using numerical modeling. To model the flow, “FLOW3D” software is used. It is investigated that numerical results are vwey near to experimental results. The pressure distribution for different length of vertical shaft by different rates of flow was evaluated. Later, the possibility of the cavitation occurrence was analyzed by obtaining the cavitation index. The results show that changing vertical shaft’s length, has a meaningful effect on the pressure values and cavitation index. The pressure increases by increasing the length of vertical shaft and the cavitation danger in reduces. Moreover, the pressure on the spillway’s elbow is increased by increasing the rate of flow.
    Keywords: Morning glory spillway, Numerical modeling, Cavitation, Shaft, Flow3D
  • Jafar Nejadrajabali *, Alireza Riasi, Seyed Ahmad Nourbakhsh Pages 24-36
    The regenerative pump is a rotor-dynamic turbomachine capable of developing high pressure rise at low flow rates.In this paper, the CFX software is carried out to investigate the performance of a regenerative pump considering the modification in blade and casing geometry. For this purpose, the blade shape changes to the bucket form. In this study, the fluid flow is considered steady-state and frozen rotor technique is used. For the turbulence modeling, realizable k–ε model is chosen which is suitable for complex shear flows involving in rapid strain, swirl, vortices and locally transitional flows. Results of the numerical simulation show that the modified blade angle to achieve the maximum efficiency is about 40 degree. The performance curves of the new designed pump extracted from CFD simulation, have been compared with the experimental results of regenerative pump with radial blades. Results show that the efficiency of the pump with bucket-shape blades and new casing with central core is improved relative to radial blades one. Also, the head coefficient and the number of the flow rotations increases while the flow coefficient decreases. The turbulence intensity decreases during rotation of fluid using central core in the casing and as consequent turbulent losses is reduced.
    Keywords: Regenerative pumps, Numerical simulation, Radial blades, Bucket shape blades, Realizable k, ? model
  • Saeid Akbarifard, Kourosh Qaderi, Maryam Aliannejad Pages 37-49
    One of the most important problems in water resources management is the optimal operation of reservoirs. In this research, a metaheuristic algorithm called Water Cycle Algorithm (WCA), has been developed in MATLAB software, with the purpose of optimal allocation strategies of a multi-reservoir system (Golestan and Voshmgir dams) located at Gorganrood Basin (North of Iran), for a five year period (from 2007-2008 to 2011-2012). Firstly, the performance of the developed model was investigated through several standard test functions. Next, the developed model is applied for monthly operation of Gorganrood multi-reservoir system. The objective function was defined as the “minimization of the total deficit for the study period”. In order to investigate the performance evaluation of the developed model, two criteria of reliability (temporal and volume) and vulnerability have been used. The results of the developed model were compared with Gravitational Search Algorithm (GSA) and standard operation policy (SOP). WCA,GSA and SOP models were capable to supply 97.73, 85.26 and 76.78 percent of Golestan dam water demand, respectively. For the Voshmgir dam, the mentioned methods could supply 97.06, 89.31 and 68.29 percent of water demand, in same order. The results revealed that WCA model was the best in optimal operation of a multi-reservoir system, among other studied models.
    Keywords: Water Cycle Algorithm, Gravitational Search Algorithm, Optimal operation, Gorganrood basin, Golestan, Voshmgir Dams
  • Ghazanfar Shahgholian Pages 50-64
    The main objective of load frequency control (LFC) is to return the steady-state frequency error to zero. Frequency aberrance from the nominal value and supplying active power consumers are the main reasons of the change of water entered to turbine. In this paper the state equation and transfer function of the load-frequency control with hydro-turbine is described. Small signal stability together with the effects of parameters such as inertia constant, water starting time and constant speed on the dynamic behavior of the power system have been investigated. Also, the application of transient droop compensation (TDC) in response to water turbine by eigenvalues analysis and behavior dynamic simulation of the power system is shown. Also, using transfer function, PID controller for load-frequency control in power system is designed and the change of the gain controller is investigated. The simulation results reveal that the response of the proposed controller is better than the response of the conventional integral controller.
    Keywords: Hydro, turbine, Load frequency control, Eigenvalues analysis, Small signal stability, Transient droop compensation
  • Majid Pasbani Khiavi, Morteza Ali Ghorbani, Leyla Seyfi Pages 65-73
    This paper presents a finite element model to get a reliable estimation of the effect of sediment inertiaon seismic performance of concrete gravity dams considering interaction effects. The equivalent fluid assumption is used to show the sediment behavior. Water is assumed as compressible, inviscid fluid with small amplitude displacements and the dam is modeled as an elastic solid. Due to the complexity of a dam­reservoir-foundation system, the finite element method is an efficient tool for studying the dynamic response of concrete gravity dams in which the different boundary conditions can be simulated more appropriately. In order to seismic analysis, a computational procedure for two-dimensional finite element analysis of system subjected to seismic excitations is developed using Ansys software. The analysis is carried out in time domain considering dynamic excitations. Newmark time integration scheme is developed to solve the time­discretized equations which is an unconditionally stable implicit method. To demonstrate the effect of sediment on seismic performance of concrete gravity dams, the response of Pine Flat dam due to El Centro ground motion is presented as a case study. The model was analyzed and compared with the cases in which the reservoir is assumed without sediment and with 20% volume of sediment. Obtained results show the amplification effect of sediment on seismic response of model.
    Keywords: Earthquake, Finite element, Interaction, Concrete gravity dam, Sediment