فهرست مطالب

نشریه انرژی ایران
سال بیست و دوم شماره 3 (پیاپی 84، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • الهه توکلی، زهرا سادات زمردیان*، محمد تحصیلدوست، محمدرضا حافظی صفحات 7-29

    عمده سهم مصرف انرژی در کشور و بیش از یک سوم اتلاف آن در کاربری مسکونی است. سرانه مصرف برق خانگی فاصله زیادی با استاندارد جهانی دارد و وجود یارانه حاملهای انرژی در ایران و درنتیجه قیمت پایین آنها، باعث کم توجهی ساکنان نسبت به مصرف انرژی می شود. نظر به سیاست حذف یارانه ها نمیتوان تاثیر بهسازی ابنیه و رفتار متصرفین بر مصرف را نادیده گرفت. هدف از این تحقیق بررسی اثر رفتار کاربران بر مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی شهر اصفهان است. جامعه آماری، ساختمانهای مسکونی (78 واحد با تیپ یکسان) کوی شهید پاکدل است، که 61 واحد از آنها به روش تمام شماری به عنوان نمونه انتخاب شدند. ارزیابی وضعیت بهسازی و مصرف انرژی ساختمانها در حالت موجود نشان داد، اقدامات بهسازی انجام شده و رده برچسب انرژی در %40 از واحدهای مسکونی مورد بررسی به سه دسته تقسیم شده است. 22 واحد با اقدامات گروه اول (رده برچسب انرژی C)، 2 واحد از آن با اقدامات گروه دوم (رده برچسب انرژی D) و یک واحد از آن با اقدامات گروه سوم (رده برچسب انرژیF) بهسازی شدند، سایر 36 واحد بدون بهسازی (رده برچسب انرژی F) است. از اینرو در تحقیق حاضر علاوه بر سنجش مقدار کاهش مصرف ناشی از بهسازی از طریق ممیزی ساختمانهای مسکونی مشابه در کوی شهید پاکدل، به ارزیابی اثر نحوه رفتار متصرفین از طریق تحقیق میدانی و تطبیق یافته های حاصل از شبیه سازی (با استفاده از نرم افزار دیزاین بیلدر) بر مشاهدات و پرسشنامه ها (بر اساس استانداردهای بین المللی) می پردازد تا مشخص شود اصلاح الگوی رفتار متصرفین چه میزان امکان صرفه جویی در مصرف برق را فراهم می کند. مطابق نتایج، بهسازی ابنیه تا 4.6% و رفتار متصرفین بین سه تا ده برابر این مقدارکاهش در مصرف برق فراهم مینماید که بیشترین سهم مربوط به نحوه استفاده از لوازم الکتریکی و روشنایی است.

    کلیدواژگان: ساختمان های مسکونی، مصرف برق، رفتار ساکنان، بهسازی ساختمان، برچسب انرژی
  • سامان قنبری*، محسن کلانتر صفحات 31-48

    بروز تکنولوژی های مختلف همچون سیستم های ذخیره انرژی، خودروهای برقی و منابع تولید پراکنده باعث بهبود مشخصه های سیستم های قدرت شده است. از طرفی، استفاده از این ادوات در شبکه های توزیع باعث بهبود مشخصه های مختلفی همچون تلفات توان خواهد شد. یکی از روش های موثر برای بهبود مشخصه های مختلف سیستم در شبکه توزیع تغییر آرایش شبکه است. در این پژوهش، علاوه بر بررسی نقش تجدید آرایش شبکه بر بهبود مشخصه های فنی و اقتصادی، اثر این روش بر روی بهبود تاب آوری شبکه در مواقع بحرانی بررسی شده است. در این راستا، یک مدل جامع برای باز آرایی شبکه توزیع در حضور سیستم های ذخیره انرژی، خودروهای برقی، و توربین های بادی و سلول های خورشیدی داده شده است. مکان و ظرفیت خروجی بهینه جهت بهره برداری بهینه برای تمام ادوات اشاره شده تعیین شده است. جهت بررسی کارایی مدل، چهار حالت مختلف در نظر گرفته شده اند. نتایچ چهار حالت مورد مقایسه قرار گرفته است نتایج بدست آمده نشان دهنده تاثیر بازآرایی شبکه و ادوات دخیره انرژی بر خروجی های مدل است. مدل ذکر شده بر روی شبکه 33 شینه IEEE در محیط GAMS   و با سالور Sbb پیاده سازی شده است.

    کلیدواژگان: خودرو الکتریکی، سیستم های ذخیره سازها، منابع تولید پراکنده، بازآرایی، مکان یابی، هزینه بهره برداری
  • عدنان رجائیان، روح الامین زینلی داورانی*، فاطمه زینلی دولت اباد صفحات 49-71

    با توجه به استقرار کشور ایران بر کمربند خورشیدی، در بسیاری از قسمت های کشور انرژی تابشی بالاتر از میانگین بین المللی بوده و این موضوع سبب رشد قابل ملاحظه استفاده از انرژی خورشیدی و یکی از مسایل روز سیستم قدرت شده است. ازطرفی باید اثر تحولات اقتصادی جامعه بر سودآوری یک پروژه به عنوان یک عامل مهم در موفقیت آن، مورد ارزیابی قرارگیرد. برای این منظور در این مقاله افزایش شدید نوسانات ارز در سال های اخیر بر اقتصادی بودن احداث نیروگاه های فتوولتاییک مورد بررسی قرارگرفته است. در این بررسی عوامل متعددی ازجمله نرخ تسعیر یورو، تورم، قیمت ارز مبادله ای و آزاد و... در شبیه سازی ها درنظر گرفته شده است. درمجموع 48 حالت بررسی شده و یک ارزیابی جامع از احداث نیروگاه های فتوولتاییک در شرایط مختلف اقتصادی کشور ارایه شده است. نتایج نشان می دهند، علاوه بر نوع ارز اختصاص یافته جهت احداث نیروگاه خورشیدی، نرخ تورم نیز در ارزیابی اقتصادی احداث نیروگاه موثر می باشد.

    کلیدواژگان: نیروگاه فتوولتائیک، ارزیابی اقتصادی، تغییرات قیمت ارز، بازگشت سرمایه
  • نیما نوروزی، مریم فانی* صفحات 73-94

    این مقاله حاکی از نتایج یک تحقیق در مورد امکان بازیابی گرمای ضایعات و تعیین پارامترهای طراحی یک بویلر بازیاب برای مجموعه ای از دیزل ژنراتور با سرعت متوسط ، با ظرفیت  7 مگاوات است (ظرفیت نامی تمام یونیت ها 42 مگاوات خواهد بود که مطالعه بر یک یونیت انجام می شود) و برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرد. هدف اصلی از این مطالعه طراحی سیستم بازیابی پسماند حرارتی برای موتورها و همینطور بهره بردن از فناوری زمین گرمایی برای سیستم خنک کن نیروگاه است. حداکثر پتانسیل نظری تولید برق در حدود 22 مگاوات برآورد شده است و مدل آنالیز پینچ ، رسیدن به 80٪ این پتانسیل را امکان پذیر می کند. در این مقاله  عملکرد اگزرژی و آنالیز اقتصادی واحد برای مرحله بهینه نیز انجام شده و نتایج در بیش از حداقل دمای تفاوت و نقاط پینچ مختلف بررسی می شود. و در آخر اینکه یک سیستم خنک کننده زمین گرمایی برای کنترل آلودگی حرارتی گازهای خروجی و مصرف آب سیستم طراحی شده است. همینطور ترکیبی کردن سیکل نیروگاه بر روی راندمان اگزرژی و انرژی واحد (17 و 14.1٪) اثر مثبت دارد و تولید برق نیروگاه را 19 مگاوات افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: کندانسور، زمین گرمایی، مدل برنامه ریزی قطعی، بهینه یابی
  • سحر دهنوی*، یاسر مقصودی مهرانی، محمدجواد ولدان زوج صفحات 95-118

    ایرادیانس طیفی مستقیم خورشیدی، یکی از کمیتهای رادیومتریک بنیادی است، که داشتن اطلاعات دقیق از آن، میتواند محققین را در دستیابی به اطلاعات جدید در حوزه بهره بری از انرژی پاک خورشیدی و سایر حوزه های مربوطه یاری رسان باشد. در این کار پژوهشی، گامها و فرآیندهای مورد نیاز برای استقرار، کالیبراسیون و اعتبارسنجی یک ایستگاه دایم اندازه گیری ایرادیانس طیفی فرودی مستقیم خورشیدی در شهر هانوفر، آلمان ارایه شده است. این ایستگاه پس از تکمیل این مطالعه در دانشگاه هانوفر توسط محققین این پژوهش راه اندازی شد. به این ترتیب ایرادیانس فرودی خورشید با حد تفکیک طیفی یک نانومتر در بازه 300-800 نانومتر و حد تفکیک زمانی بسیار بالا (هر یک ثانیه 6 اندازه گیری) قابل اندازه گیری است. در این مطالعه، بهترین و دقیقترین ابزار ردیاب خورشیدی از بین سه دستگاه متداول انتخاب شد. مقایسه ی نتایج اندازه گیری های این ایستگاه تازه تاسیس شده، با اندازه گیریهای ایستگاه پیرانومتری، همبستگی بالای اندازه گیری ها را نشان می دهد. هدف از ارایه این راهنمای فنی، انتقال دانش فنی بروز به داخل کشور است، تا محققین داخلی کشور بتوانند با مطالعه این مقاله، به تاسیس مدرن ترین ایستگاه های اندازه گیری تابش خورشیدی بومی اقدام به عمل آورند.

    کلیدواژگان: ایرادیانس طیفی مستقیم فرودی خورشیدی، اندازه گیری میدانی، مشاهدات پیرانومتر، مطالعات آب و هواشناسی و خورشیدی
  • حمیدرضا لاری*، محمدرضا شاه نظری صفحات 119-132

    یکی از تکنولوژی های آتی تامین انرژی در صنعت برق و خودرو استفاده از پیل های سوختی میباشد. هیدروژن بعنوان منبع اصلی سوخت در پیل های سوختی میباشد. رفرمینگ متان از طریق اکسیداسیون جزیی متان از روش های تولید هیدروژن میباشد. در این مقاله این فرایند جهت تولید گاز هیدروژن که بعنوان منبع انرژی این پیل های سوختی میباشد به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است.  در ابتدا مدلسازی برای یک راکتور محیط متخلخل انجام و سپس پایلوت آزمایشگاهی جهت تست تجربی ساخته شد. جهت ایجاد محیط متخلخل در راکتور از گرانول ها اکسید آلومینیوم استفاده شده است. با هدف ماکزیمم تولید هیدروژن، چگونگی تاثیر تغییرات نسبت هم ارزی هوا به سوخت برای مقادیر نسبت های 1.5 و 2 انجام و نتایج ارایه شده است. همچنین پروفیل های درجه حرارت در محور مرکز راکتور در سه مقطع اندازه گیری و نتایج بهمراه مقادیر غلظت منوکسید کربن و هیدروژن در خروجی راکتور ارایه شده است.

    کلیدواژگان: رفرمینگ متان، اکسداسیون جزیی، پیل سوختی، محیط متخلخل، هیدروژن
  • محمد نهاوندی نژاد، علیرضا زاهدی* صفحات 133-166

    در این مقاله با ارایه و مقایسه چهار سامانه ترکیبی پمپ حرارتی زمین گرمایی فتوولتاییک-حرارتی خورشیدی با چیدمان های سری و موازی و تبادل حرارت مستقیم در شهر زاهدان نیاز حرارتی شامل تامین آبگرم مصرفی، گرمایش، سرمایش ساختمان و تامین بخشی از نیاز برق مصرفی تجهیزات و فروش برق مازاد تولیدی به شبکه سراسری به عنوان منبع تامین مالی پروژه و درآمد زایی برای ساکنین صورت پذیرد و در عین حال نیاز منطقه از دسترسی به گاز طبیعی برطرف گردد. در گام نخست میزان انرژی مورد نیاز یک خانه مسکونی به نقشه پلان 94 متر مربعی با مصالح متداول ساختمانی منطقه برای یک خانواده چهار نفره در نرم افزار دیزاین بیلدر طراحی و نیاز حرارتی ساعتی در طی یک سال محاسبه شد. طراحی، مدلسازی و کنترل عملکرد هر سیستم پیشنهادی در نرم افزار پلی سان با استفاده از 25 عدد کلکتور فتوولتاییک-حرارتی خورشیدی با مساحت کل 25/33 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتی زمین گرمایی عمودی به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تامین انرژی ساختمان، از لحاظ میزان مصرف انرژی، ضریب عملکرد پمپ حرارتی، میزان برق تولیدی و میزان دی اکسید کربن منتشر شده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. بیشینه و کمینه مقدار ضریب عملکرد در میان طرحهای طراحی شده به ترتیب معادل 39/4 و 87/3 برای سامانه تبادل حرارتی مستقیم و سامانه سری بود. با مقایسه طرح های پیشنهادی، طرح بهینه با میزان برق مصرفی  kwh4957 و میزان برق تولیدی kwh10667 در سال معرفی شد. طول مدت بازگشت سرمایه 7 سال برآورد شد. با سامانه طراحی شده سالیانه از انتشار  kg7/5089 دی اکسید کربن جلوگیری خواهد کرد. نتایج نشان دادند که طرح بهینه پیشنهادی برای اجرا در مناطق جنوب و جنوب شرقی ایران دارای صرفه اقتصادی و زیست محیطی خواهد بود.

    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی، پمپ حرارتی زمین گرمایی، فتوولتائیک ترمال، خورشیدی
|
  • Elahe Tavakoli, Zahra Sadat Zomorodian*, Mohamad Tahsildoost, Mohamadreza Hafezi Pages 7-29

    The main share of energy consumption in the country and more than a third of its loss is in residential use. Per capita, household electricity consumption is far from the world standard, and the existence of subsidies for energy carriers in Iran, and consequently their low prices, causes occupants to pay less attention to energy consumption. Due to the policy of eliminating subsidies, the effect of improving buildings and occupant behavior on consumption cannot be ignored. The purpose of this study is to investigate the effect of occupant behavior on energy consumption in residential buildings in Isfahan. The statistical populations are 78 typical retrofitted and non-retrofitted residential buildings. Retrofitted buildings are grouped based on the implemented measures into three categories and compared with non-retrofitted units. In addition, the effect of occupants behavior in the studied cases is assessed through questionnaire surveys and simulations (using Design builder software) to determine the impact of behavior change on reducing energy consumption. According to the results, the implemented retrofit measures reduced electricity consumption by up to 4.6%. While occupants behavior (i.e. electrical appliances and lighting use) could save between three to ten times more than retrofit actions.

    Keywords: Residential Building, Electricity Consumption, Occupant Behavior, Energy retrofit, Energy grade
  • Saman Ghanbari*, Mohsen Kalantar Pages 31-48

    Introduction of new technologies such as energy storage systems, electric vehicles, and distributed generation improved the characteristics of networks. On other hand, using these components in distribution systems improves system performances such as power losses. One of effective methods for improving system characteristics is distribution network reconfiguration. In this study, in addition to these effects, the role of reconfiguration in improving system resilience is investigated. Accordingly, a comprehensive model for network reconfiguration in the precense of energy storage systems, electric vehicles, wind turbines, and photovoltaic generation is proposed. Regarding this, the optimal location and capacity for optimal operation of system is obtained for all mentioned components. The effectiveness of model is proved in four case studies, The results of the four modes are compared. The results show the effect of network reconfiguration and storage components on the outputs of the model. The model is implemented on the 33 IEEE network in the GAMS environment with Sbb solver.

    Keywords: Eclectic vehicle, Energy storage system, Distributed generation, Network reconfiguration, Placement, Operation cost
  • Adnan Rajaeyan, Ruholamin Zeinali Davarani*, Fatemeh Zeinali Dolat Abad Pages 49-71

    A quarter of Iran’s area is made from deserts with radiation exceeding . Also, the solar radiation of many parts of Iran is above the international average. So, the use of solar energy in the power system has increased in recent years. On the other hand, the success or failure of a project relates to the economic fluctuations of the country. In this paper, the effects of currency price sudden increment on the construction of the photovoltaic power plant is evaluated. In this research, several factors including the euro exchange rate, adjustment rate, inflation, taxation, government exchange rate, free exchange rate, and … are considered. A total of 48 cases have been investigated and a comprehensive economic assessment of the construction of photovoltaic power plants in different economic conditions is presented. The results reveal that in addition to the type of dedicated currency, the inflation rate is also effective in the economic evaluation of the photovoltaic power plant.

    Keywords: Photovoltaic Power Plant, Economic Assessment, Currency Price Changes, Return on Investment
  • Nima Norouzi, Maryam Fani* Pages 73-94

    This paper presents the results of a research into the feasibility of recovering waste heat and determining design parameters of a recovery boiler for a set of medium-speed diesel generators with a capacity of 7 MW (the nominal capacity of all units is 42 MW, which would be a study on a unit). And is used to generate electricity. The main purpose of this study is to design a thermal waste recovery system for motors and to utilize geothermal technology for the power plant cooling system. The maximum theoretical potential of power generation is estimated at about 22 MW, and the pinch analysis model enables this potential to reach 80%. In this paper, the exergy performance and unit economic analysis are also performed for the optimum stage and the results are investigated at different minimum temperature and different pinch points. Finally, a geothermal cooling system is designed to control the thermal pollution of the exhaust gases and the water consumption of the system. Also, combining the power plant cycle has a positive effect on the exergy and unit energy efficiency (17and 14.1%) and increases the power generation of the power plant by 19 MW.

    Keywords: Condenser, Geothermal, Operational planning, Optimization
  • Sahar Dehnavi*, Yasser Maghsoudi, Mohammadjavad Valadanzoej Pages 95-118

    The spectral Direct Normal Irradiance (SDNI) is a basic radiometric quantity from which many other quantities can be derived. It provides not only information about the spectral and distribution of the direct solar radiation reaching a particular location. Accurate knowledge about the spectral direct irradiance shall enable us to gain new scientific results in the: determination of cloud effects, calculation of power yield of solar cells for electricity providers, derivation of aerosol distributions and their impact on the radiation field, determining the UV spectral irradiance for medical applications and in the improvement of our understanding of the radiative transfer in a changing climate. Nevertheless, at present, DNI measurements are not available in many instances. Therefore, the main objectives of this project are the setup, characterization, the calibration, the validation and the application of an operational measurement for the (SDNI) at the Institute of Meteorology and Climatology (IMUK) at the Leibniz University Hannover. With sampling times of less than one second even rapid changes of the SDNI can be recorded with a spectral resolution of about 1 nm in the wavelength range from 300 -800 nm (from UV to NIR). For this purpose three different tracking units were used to precisely track the sun location in the sky and finally based on the measurements and tracking strategy best instrument was selected. Finally the best tracking unit was used and the set-up was tested in the institute of Meteorology and climathology of Hannover (Longitude 52.37◦, Latitude 9.73◦). The comparison between the integrated value of the measurements and Pyranometer observations on the same platform, and during a complete day presented in this paper. It is worth to mention that the technique for setting up such a measurement station is very important as a basis for remote sensing research focused on the solar energy and meteorology applications.

    Keywords: Spectral Direct Normal Irradiance, Field measurements, Pyranometer Observations, Meteorological, Solar research
  • HamidReza Lari*, MohammadReza Shahnazari Pages 119-132

    One of the future technologies for energy supply in the electricity and automotive industries is the use of fuel cells. Hydrogen is the main source of fuel in fuel cells. Methane reforming through partial oxidation of methane is one of the methods of hydrogen production. In this paper, this process for the production of hydrogen gas, which is the energy source of these fuel cells, is examined numerically and experimentally. In this paper the thermal partial oxidation process of methane was investigated numerically and experimentally. Thermodynamic calculations and kinetic simulation were performed to determine the practical operating conditions. Experimentally, a porous material-based reactor was built to perform the partial oxidation process. Al2O3 granular with different size selected as porous structures and installed in the reaction zone. Physical parameters include diameter of the rector is considered for other experimental test. As the result the temperature profiles along the reactor central axis and concentration profiles of CO and H2 were measured. Also the effects of equivalence air ratio on the reforming process were investigated. Different equivalence air ratio 1.5 and 2 was considered to perform the partial oxidation process.

    Keywords: Partial oxidation, Porous media, Mmethane reforming, Fuel cell, Hydrogen
  • Mohammad Nahavandinezhad, Alireza Zahedi* Pages 133-166

    This paper attempts to present and compare four solar assisted ground source heat pump combined systems with series and parallel layouts and direct and indirect heat exchange in Zahedan in order to supply part of the electricity demand for equipment and selling surplus electricity to the grid as a source of project financing and revenue generation for residents, moreover, fulfill the region's need for access to natural gas. In the first step, the energy need for a residential building on the 94-square-meter plan with common building materials of the region is designed for a family of four in Design builder software and the hourly heat needed for a year is calculated. Design, modeling and performance control of each proposed system in Polysun software is conducted with utilizing 25 solar photovoltaic-thermal collectors with a total area of 33.25 square meters and 2 vertical geothermal heat exchangers in 100 meters depth. And all four plans are evaluated and compared after supplying energy of the building in terms of the amount of energy consumption, heat pump performance coefficient, the amount of produced electricity and CO2 emissions. The maximum and minimum values of the performance coefficient among the plans for direct heat exchange and series systems are 4.39 and 3.87, respectively , the optimal plan is introduced with 4957 kWh electricity consumption and 10667 kWh electricity production. The period of return on capital is estimated for 7 years. Due to the environmental impacts of fossil fuels and due to environmental assessment, the designed system will prevent 5089/7 kg CO2 emissions annually. The results indicate that the proposed optimal plan for exploiting in the south and southeast of Iran will have economic and environmental benefits.

    Keywords: GSHP, SAGSHP, DHW, Solar collector, COP, PVT