فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت انرژی - سال نهم شماره 1 (پیاپی 31، بهار 1398)

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال نهم شماره 1 (پیاپی 31، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/01/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • علیرضا رئیسی، محمد عابدینی صفحات 2-13
    برنامه های پاسخ گویی بار ازجمله اقداماتی می باشند که هم خرده فروشان جهت مدیریت ریسک سبد قراردادهایشان و هم بهره بردار شبکه جهت مدیریت تراکم باهدف افزایش رفاه اجتماعی انجام می دهند. در این مقاله ساختاری جهت مدیریت تراکم شامل اجرای پاسخ گویی بار بر اساس مکانیزم بازار ارائه می شود که منفعت خرده فروشان نیز در آن لحاظ می گردد. در ساختار پیشنهادی بهره بردار شبکه با استفاده از سیگنال های اقتصادی خرده فروشان را جهت کاهش تقاضایشان در شینه های مشخص، تشویق می کند. خرده فروشان در واکنش به سیگنال های اقتصادی و جهت بیشینه کردن درآمدشان، در معامله پاسخ گویی بار باDRA[1]s شرکت می کنند و تقاضاهای جدیدشان را برای بهره بردار شبکه ارسال می کنند. جهت مدل سازی رفتار شرکت کنندگان در معامله پاسخ گویی بار، از تئوری بازی استکلبرگ استفاده خواهد شد که در آن خرده فروشان به عنوان بازیکن های پیشرو و DRAs به عنوان بازیکن های پیرو هستند. در این مقاله همچنین جهت مشخص کردن تاثیر پاسخ گویی بار هر شینه بر کاهش تراکم شبکه، مفهوم الاستیسیته تراکم تعریف شده و در محاسبه منفعت خرده فروشان استفاده می شود. نتایج مدل سازی ها نشان داد که مدیریت تراکم بر اساس الگوریتم پیشنهادی ضمن کاهش تراکم شبکه سبب افزایش منفعت خرده فروشان نیز می گردد.
    کلیدواژگان: مدیریت تراکم، پاسخ گویی بار، خرده فروشان، مکانیزم بازار
  • حسین شریفی، محمود اوکاتی صادق * صفحات 14-25

    در سیستم های تولید سنتی، انرژی دریافتی از سوخت صرفا به انرژی الکتریکی تبدیل می شود درحالی که در سیستم های تولید همزمان (CHP) ، انرژی سوخت علاوه بر تولید انرژی الکتریکی به تولید انرژی حرارتی نیز می پردازد لذا، بازده این سیستم ها به طور قابل توجهی بیشتر از سیستم های سنتی است و این لزوم استفاده از سیستم هایCHP را توجیه می کند. ظهور سیستم های CHP در کنار نیروگاه های سوخت فسیلی باعث می شود توزیع اقتصادی توان و حرارت بین واحدهای تولیدکننده انرژی به نحوی که کمترین هزینه را داشته باشد، از مسائل مهم بهره برداری از سیستم های قدرت به شمار آید. دراین میان لزوم در نظر گرفتن آلایندگی ناشی از واحدهای تولید کننده انرژی درکنار سایر قیود عملیاتی نیروگاه ها باعث پیچیدگی مسئله توزیع اقتصادی بار می شود. حضور توابع هدف متعدد وگاها متضاد مسئله فوق را به یک مسئله بهینه سازی چند هدفه تبدیل می نماید. این مقاله ضمن بررسی مسئله توزیع اقتصادی بار در نیروگاه ها در کنار واحدهای تولید هم زمان برق و حرارت از روش فرا ابتکاری الگوریتم جستجوی هارمونی چندهدفه در حل مسئله پخش اقتصادی توان و حرارت استفاده می کند. برای نشان دادن کارآئی روش پیشنهادی از سیستمی با 4 واحد تولید توان الکتریکی ، 2 واحد تولید همزمان و یک واحد تولید توان حرارتی استفاده می شود. کارایی الگوریتم پیشنهادی از طریق مقایسه با سایر روش های پیشرفته بهینه سازی چندهدفه نظیر NSGA-II و MOPSO نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: توزیع اقتصادی توان و حرارت، قیود عملیاتی نیروگاه ها، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم جستجوی هارمونی، آلاینده های زیست محیطی
  • محمد شهرکی، بهادر فانی، ایمان صادق خانی صفحات 26-35
    با توجه به پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک قدرت، ریزشبکه های مبتنی بر منابع اینورتری در حال گسترش هستند. یکی از روش های متداول تسهیم توان بین این منابع در یک ریزشبکه جزیره ای، استفاده از کنترل افتی می باشد. اما به دلیل اختلاف امپدانس خطوط، تسهیم توان راکتیو با استفاده از این روش دقیق نبوده و منجر به اضافه بار در برخی از منابع می شود. برای رفع این مشکل، این مقاله روشی را ارائه می دهد که بر پایه استفاده از مشخصه های افتی مرسوم شکل گرفته و از پتانسیل امپدانس مجازی در سیستم کنترل منابع پراکنده استفاده می کند. افت ولتاژ ایجاد شده توسط امپدانس مجازی، منجر به افزایش دقت تسهیم توان راکتیو بین منابع خواهد شد. برای تولید امپدانس مجازی مناسب، کنترل کننده های محلی هر یک از منابع با استفاده از یک لینک مخابراتی با پهنای باند کم، اطلاعات مورد نیاز را با مرکز مدیریت ریزشبکه مبادله می کنند. سپس با استفاده از مشخصه افتی امپدانس مجازی-توان راکتیو پیشنهادی در سیستم کنترل منابع، مقدار امپدانس مجازی هر منبع متناسب با بار ریزشبکه و ظرفیت منبع تعیین می شود. با توجه به تغییرات بار در ریزشبکه، شیب مشخصه پیشنهادی به صورت تطبیقی تنظیم می گردد. برای تایید کارآیی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلفی در ریزشبکه تست ولتاژ کم شبیه سازی می شوند.
    کلیدواژگان: منابع اینورتری، کنترل افتی مرسوم، تسهیم توان راکتیو، امپدانس مجازی، ریزشبکه
  • امیرحسین پاکروان، علی قیاسیان * صفحات 36-47

    یکی از کاربردهای مهم شبکه‏ های بی سیم در زمینه پزشکی، شبکه‏های حسگر بی سیم بدنی (WBAN) می باشد. تعبیه حسگرهای اندازه گیر برروی یا درون بدن انسان ایجاب می کند که میزان مصرف انرژی آن ها باید بسیار کنترل شده و اندک باشد تا خطری برای بیمار ایجاد نکند. وجود تداخل میان گره های فرستنده و گیرنده مختلف در این شبکه ها یکی از مهمترین چالش هایی است که میزان مصرف انرژی در حسگرهای تشکیل دهنده WBAN را افزایش می دهد. در این مقاله از روش کنترل کننده فازی-ژنتیک به منظور کنترل توان انتقال در حسگرهای WBAN استفاده شده است. در این روش با استفاده از الگوریتم ژنتیک تلاش می شود که پایگاه دانش کنترل کننده فازی به گونه ای تنظیم گردد که کنترل کننده فازی بتواند با مدیریت توان انتقال هریک از حسگرهای WBAN، هم مقدار مصرف انرژی را کاهش دهد و هم کمترین میزان تداخل را با دیگر حسگرها در WBANهای همسایه موجود در محیط ایجاد نماید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش کنترل کننده فازی ژنتیک می تواند میزان مصرف توان را تا 34 درصد نسبت به روش متداول حریصانه کاهش دهد.

    کلیدواژگان: تداخل، کنترل توان، کنترل کننده فازی ژنتیک، WBAN(Wireless Body Area Network)
  • مریم مجیدزاده صفحات 48-55
    این مقاله به ارائه یک ساختار اصلاح شده شیشه کاهنده مصرف انرژی با هدف مدیریت مصرف انرژی سیستم تهویه مطبوع و همچنین بهبود کیفیت مخابره باندهای پرکاربرد فرکانسی می پردازد. بهره گیری از شیشه های کاهنده مصرف انرژی اگرچه منجر به کاهش مصرف انرژی می گردد، به صورت همزمان اثر تضعیفی بر سیگنال های باند فرکانسی 8/0 تا 6 گیگاهرتز شامل باندهای مورد نیاز برای مخابره موبایل، GPS و GSM دارد. در ساختار اصلاح شده کاهنده مصرف انرژی پیشنهادی یک حلقه بیضوی از روی پوشش اکسید فلزی برش خورده است که می تواند میزان انتقال باند فرکانسی 8/0 تا 6 گیگاهرتز را به اندازه 22/20 دسی بل بهبود داده و درصد انتقال آن را از 78/68% به ازای شیشه کاهنده مصرف انرژی به 75/87% برساند که به اندازه 97/18% بهبود دارد. شایان ذکر است که با اصلاح انجام شده میزان انتقال انرژی گرمایی از 43% به 49/45% می رسد. بهبود حاصله در باند 8/0 تا 6 گیگاهرتز به ازای تنها 5/2% افزایش در میزان انتقال انرژی گرمایی به دست آمده است که قابل اغماض می باشد. ساختار ارائه شده و بهبودهای ناشی از استفاده از این نوع شیشه در مدیریت مصرف انرژی و بهبود کیفیت کانال های کاربردی مخابراتی در طول مقاله به دقت مورد تحلیل قرار می گیرند.
    کلیدواژگان: شیشه کاهنده مصرف انرژی، باند مادون قرمز، باند امواج مرئی، باند 8، 0 تا 6 گیگاهرتز، شیشه اصلاح شده کاهنده مصرف انرژی، برش حلقه بیضوی
  • حجت طالبی، قنبرعلی شیخ زاده، سید شهریار میرحکیمی صفحات 56-63
    راندمان یک کوره ی ذوب آلومینیوم احتراق مستقیم که سوخت آن گاز طبیعی می باشد در یک کارخانه ی ذوب و نورد با استفاده از روش های انرژی و اگزرژی، به منظور بهبود سیستم مشعل در کوره و شناخت پتانسیل های بهبود ارزیابی می شوند. چنین بهبودهایی نه فقط مصرف سوخت را ‏، بلکه میزان گازهای سمی دودکشی و اثرات زیست محیطی مثل تغییر آب و هوا را کاهش می دهد.در این مطالعه راندمان انرژی کوره ی ذوب آلومینیوم 10% و راندمان اگزرژی آن 6% به دست آمد.بدین ترتیب آنالیز اگزرژی به طور سودمندی می تواند برای آنالیز و بهبود راندمان کوره مورد استفاده قرار گیرد و راندمان اگزرژی یک اندازه گیری عملی تر در واقعیت است. بینش های به دست آمده از طریق برآورد کوره ی ذوب توضیح داده می شود و پتانسیل های بهبود مشخص شده شرح داده می شود. با بررسی نتایج راهکارهایی شامل اضافه کردن مشعل بازیاب و سیستم بازیاب انرژی، پیش گرم نمودن شمش ها، متراکم کردن گاز طبیعی، بازیابی گرما از آب خنک کننده برای بهینه نمودن مصرف انرژی پیشنهاد شد، که پیش بینی می شود برای طراحان و سیستم ها مفید و مورد علاقه باشد.
    کلیدواژگان: اگزرژی، راندمان، انرژی، آلومینیوم، کوره ی ذوب
  • امیر گودرزی، مصطفی زاهدزاده، محمد مهدی دوستدار صفحات 64-75
    تحلیل اگزرژی ابزاری برای تعیین سهم فرآیندهای دخیل در انتقال قابلیت کاردهی ورودی به سیستم و مکانی که در آن افت انرژی مفید در یک سیستم یا فرآیند رخ می دهد است. در این تحقیق تحلیل اگزرژیک عملکرد موتور تربوپراپ در شرایط کاری مختلف مدنظر است. برای این منظور یک موتور توربوپراپ بر اساس روش صفر بعدی با استفاده از نرم افزار گزترب مدل سازی شده و عملکرد آن ابتدا در نقطه طرح و سپس در چندین نقطه خارج از طرح برای شرایط کاری مختلف ارتفاع و ماخ پروازی مشخص می گردد. سپس ​پایه های مفهومی لازم برای تحلیل اگزرژی سیستم، با تعریف عبارات اگزرژی و ایجاد معادله تعادلی مربوطه بنا نهاده می شود و روابط مربوط به بازده قانون دوم بر اساس تعاریف مربوط به عایدی و مصرفی در هر جزء ارائه می گردد. در مرحله بعد با استفاده از داده های ترمودینامیکی بدست آمده از نرم افزار برای مقاطع مشخصه سیستم به آنالیز اگزرژی اجزای مختلف موتور پرداخته می شود. از نتایج تحلیل اگزرژی مشخص می شود که فرآیند احتراق عامل غالب در بازگشت ناپذیری سیستم است.
    کلیدواژگان: موتور توربوپراپ، آنالیز انرژی، آنالیز اگزرژی، تحلیل صفر بعدی، نرم افزار گزترب
  • قاسم نجفی، مجید خانعلی صفحات 76-88
    برق دار کردن روستا و مناطق دور افتاده، با اتصال به شبکه محدود و یا بدون اتصال به شبکه یکی از مهم ترین چالش ها در کشور های درحال توسعه مانند ایران است. از طرفی در ایران بیشتر نیاز الکتریسیته به واسطه مولدهای دیزل تامین می شود. مولد های دیزل نگرانی های اقتصادی و زیست محیطی زیادی دارند؛ که توسط استفاده از فناوری های انرژی تجدیدپذیر هیبریدی به حداقل رسیده اند. این مقاله به کاربرد انرژی های تجدیدپذیر به منظور تامین نیاز الکتریسیته یک روستا با جمعیت 10 خانواده در شهرستان دامغان پرداخته است. برای گسترش کنترل سیستم بهینه بر اساس استراتژی مدیریت بار از مدل نرم افزاری هومر استفاده شده است. در این مقاله، تحقیقی درباره آنالیز کارایی یک سیستم انرژی هیبریدی باد/ فتوولتاییک/ دیزل/ و باتری می باشد. نتایج حاصل نشان داد که هزینه خالص فعلی سیستم و میزان انتشارات آلاینده ها به ترتیب برابر 75315 دلار و 6470 کیلوگرم در سال می باشد. که منجر به کاهش انتشارات آلاینده ها در مقایسه با نیروگاه های رایج می شود. سیستم انرژی هیبریدی تحلیل شده ممکن است برای سایر مناطق ایران که در وضعیت اقلیمی مشابهی دارند کارآمد باشد.
    کلیدواژگان: سیستم انرژی هیبریدی، نرم افزار هومر، بهینه سازی، فتوولتاییک، باد، دیزل ژنراتور
|
  • Ali reza Reisi, Mohammad Abedini Pages 2-13
    Demand Response (DR) program is one of the measures, performing with both of Retail Electricity Companies (Recos) and market's operator. This paper aims to provide a novel framework for optimal congestion management via encouraging a collaboration between the independent system operator (ISO) and Retail electricity companies (Recos) in implementing demand response (DR) programs based on the market mechanism. The merit of the paper is to increase the market efficiency. Economic signals specified by the ISO, are used for assisting Recos in evaluating any benefits from implementing DR in various network buses. A Stackelberg game is adopted for designing a DR trade between Recos and demand response aggregators to help Recos identifying their optimal demands in the market which are then used by the ISO to analyze grid congestion and consequently to re-specify the new economic signals. The game is repeated until the Nash equilibrium point, the optimal congestion reduction and the optimal Recos' demands, are obtained. The performance of the proposed framework are assessed using a test power system, The paper demonstrates an effective performance for the proposed framework.
    Keywords: Congestion management, demand response, retailers, market mechanism
  • Hosein Sharifi, Mahmoud Oukati Sadegh Pages 14-25

    Abstract: In traditional generation systems, energy from fuel is simply converted into electrical energy, while in the combined heat and power (CHP) systems, fuel energy, in addition to generating electricity, also generates thermal energy. Therefore, the efficiency of these systems is considerably higher than traditional systems, and this justifies the need for CHP systems. The emergence of CHP systems alongside fossil fuels power plants makes the economic dispatch of power and heat between the energy generating units with the lowest cost one of the important issues of power systems utilization. In this regard, the need to consider emissions from energy generating units along with other operational constraints of power plants complicates the economic dispatch. The presence of multiple objective functions, and in some cases opposites, transforms the above problem into a multi-objective optimization problem. This paper, while investigating the problem of economic dispatch of load in power plants along with the CHP and heat generating units, uses the meta-heuristic method of multi-objective harmony search algorithm (MOHS) in solving the problem of economic power and heat dispatch. To demonstrate the efficiency of the proposed method, a system with 4 units of electric power generation, 2 units of CHP and one unit of heat generation is used. The performance of the proposed algorithm is shown by comparing with other advanced multi-objective optimization methods such as NSGA-II and MOPSO.

    Keywords: Economic dispatch, operational constraints, multi-objective optimization, search harmony algorithm, emission
  • Mohammad Shahraki, Bahador Fani, Iman Sadeghkhani Dr. Pages 26-35
    With recent advances in power-electronics, inverter-based microgrids are gaining great attention. Droop control is one of the main methods to share the real and reactive power among distributed energy resources (DERs) in an islanded microgrids. Due to different characteristics of microgrid feeders, reactive power sharing is not fully accurate and consequently, some DERs may face overload. To address this problem, this paper presents a droop-based method using virtual impedance concept in the DER control system. The resultant voltage drop on the virtual impedance increases reactive power sharing accuracy. To adjust this virtual impedance, the local controllers of DERs exchange the required data with the microgrid management center using the low bandwidth communication links. Then, a virtual impedance‒reactive power droop characteristic is proposed to calculate the value of virtual impedance. The slope of this characteristic is adaptively adjusted based on the microgrid load. To verify the effectiveness of the proposed method, various scenarios are tested on the benchmark low voltage microgrid network.
    Keywords: Droop control, Inverter-based DER, Microgrids, Reactive power sharing, Virtual impedance
  • Ali Ghiasian Pages 36-47

    WBANs (Wireless Body Area Network) are expected to consume very low electrical power. One of the most important factors of energy consumption in WBAN is the presence of interference between the transmitter and receiver nodes. In this paper, a fuzzy- genetic based power control method is proposed to intelligently align transmission power of sensor nodes within a WBAN. This technique utilizes the concepts of genetic algorithms to set up membership functions of fuzzy controller and its knowledge base so that by controlling the level of transmission power of each sensor, the entire network energy consumption is reduced by mitigating the impact of interference in neighborhood nodes. Compared to distributed Greedy power control algorithm, it is shown that the proposed genetic-fuzzy power control approach can reduce power consumption by at least 34 percent.

    Keywords: Interference, Power Control, Wireless Body Area Network, Fuzzy, Genetic Algorithm
  • Maryam Majidzadeh Dr Pages 48-55
    Abstract: This paper proposes a modified energy saving glass (MESG) for energy management of air conditioning system and transmission improvement of in-service and applicable frequency bands. For a typical float glass, the transmission of IR signals is about 98.2% which diminishes to 43% by the deployment of an ESG. Utilization of ESGs although yields energy consumption reduction, but simultaneously demonstrates destructive attenuating effects on 0.8-6.0 GHz frequency band including mobile communication, GSM, and GPS frequency bands. The presented MESG is a typical ESG in which elliptical rings are etched on the metallic oxide layer which improves the transmission of 0.8-6.0 GHz frequency band by 20.22 dB. By the proposed MESG structure, transmission rate of the 0.8-6.0 GHz frequency bands increases from 68.78% for a typical ESG to about 87.75%, showing 18.97% enhancement. It is worth noting that transmission of IR frequency band increases from 43% to 45.49% through the utilization of MESG which ends in 2.5% increment which is negligible compared to the great transmission enhancement in 0.8-6.0 GHz. The proposed MESG structure and the obtained improvements in energy saving and signal transfer issues are discussed in detail throughout the paper.
    Keywords: Energy saving glass (ESG), infrared frequency band, visible frequency band, 0.8-6.0 GHz frequency band, modified energy saving glass (MESG), elliptical ring
  • Hojat Talebi, GhanbarAli Shaikhzadeh, Seyed Shahryar Mirhakimi Pages 56-63
    Abstract : The efficiency of a natural gas-fired aluminium melting furnace in a caster plant is examined using energy and exergy methods, to improve understanding of the burner system in the furnace and so that potential improvements can be identified. Such improvements not only reduce fuel consumtion, but also mitigate environmental emissions and impacts such as climate change. In this study, the energy efficiency of the Aluminum melting furnace obtained 10% and its exergy efficiency 6%. The results confirm that exergy analysis can be used beneficially to analyze and improve the furnace efficiency and that exergy efficiency is a more practical measure in reality. The insights gained through the assessments into the melting furnace are described and potential improvements indicated are discussed. By reviewing of results, It was suggested the solutions to optimize energy consumption include adding regenerative burners and regenerators, preheating ingots, using compressed natural gas, reclaiming heat from cooling water, and replacing combustion air. It is anticipated that the results will be of interest and benefit to designers of new and retrofit systems.
    Keywords: Exergy, Efficiency, Energy, Aluminium, Melting Furnace
  • Amir Goudarzi, Mostafa Zahedzadeh, Mohammad Mahdi Dostdar Dr Pages 64-75
    Exergy analysis is a method of evaluating the proportion of each process on the transmission of system availability and determining how the useful energy is loosed. In this research, a turboprop engine is simulated using GASTURB 10 commercial software which is developed based on zero-dimensional approach. The performance of turboprop engine is calculated at design point and some off-design points and thermodynamic properties of engine components at different flight altitudes and Mach numbers are calculated. After that, by defining exergy terms and using related exergy equilibrium equations, the necessary conceptual basis for exergy analysis is introduced. Then thermodynamic data obtained from GASTURB software are used to exergy analysis of engine components. Results show that combustion process has the dominant portion of the system irreversibility.
    Keywords: Turboprop engine, Energy analysis, Exergy analysis, Zero dimensional analysis, GASTURB
  • Ghasem Najafi, Majid Khanali Pages 76-88
    Electrification to rural and remote areas with limited or no access to grid connection is one of the most challenging issues in developing countries like Iran. Most of electricity demand is met by diesel generators in Iran remote areas, although they create environmental problems and economic concern. These issues can be minimized by hybrid renewable energy systems. This research paper aims at analyzing a hybrid system based on the wind, photovoltaic (PV) panels, diesel generators, storage batteries, for rural electrification in an off-grid village of 10 families, Dameghan Province, situated in the central part of Iran using HOMER software System was simulated by using HOMER software to optimize system control variables, based on load management strategies. The results show that current net system cost and pollutants emission rate are 75315 dollars and 6470 kg/year respectively. This analyzed hybrid energy system might be applicable for other Iran regions.
    Keywords: Hybrid Energy Systems, Homer Software, Optimization, Photovoltaic, Wind, Diesel Generator