فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال دهم شماره 3 (پیاپی 37، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/13
  • تعداد عناوین: 10
|
  • آرمان امینی بدر، نوید تقی زادگان کلانتری* صفحات 2-11

    در این مقاله، مدلی برای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع فعال ارایه شده است. با استفاده از الگوریتم کلاس بندی پیشنهادی و با درنظرگرفتن امکان بهره برداری جزیره ای شبکه توزیع در اثر وجود مولدهای محلی برق و ریزشبکه ها، قابلیت اطمینان سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. با ترکیب الگوریتم کلاس بندی شبکه و انجام بارزدایی بهینه با هدف حداقل کردن هزینه خاموشی مشترکان، ضمن یافتن ضریب وزنی هزینه نقاط بار موجود، شبکه توزیع توسط کلیدهای قدرت به نواحی مختلف تقسیم شده و با محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان، بهبود این شاخص ها نشان داده شده است. این روش برای تحلیل قابلیت اطمینان شبکه هایی با فیدرهای چندگانه مناسب بوده و توام با افزایش سرعت محاسبات، امکان بررسی تاثیر ظرفیت و مکان مولدهای محلی را فراهم می سازد.

    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، واحدهای تولید پراکنده، شبکه توزیع فعال، بارزدایی بهینه
  • امیر باقری*، عباس ربیعی، سجاد گلوانی، فرزاد فلاحی صفحات 12-29

    سیستم های انتقال انعطاف پذیر(FACTS) کارایی مناسبی در رفع مشکلات شبکه های انتقال از خود نشان داده اند. هدف از برنامه ریزی ادوات FACTS تعیین نوع، مکان، و مشخصات مناسب این تجهیزات در شبکه به منظور بهبود پارامترهای مختلف فنی سیستم قدرت است. برنامه ریزی ادوات FACTS یک مسئله بهینه سازی غیرخطی با متغیرها و قیود فراوان است که برای حل آن استفاده از الگوریتم های بهینه سازی مناسب ضروری می باشد. معمولا برنامه های بهینه سازی در محیط نرم افزارهای MATLAB یا GAMS پیاده سازی می شوند. از طرفی، در شرکت های برق معمولا از نرم افزار DIgSILENT به منظور انجام مطالعات شبکه استفاده می شود. لذا برای بهینه سازی لازم خواهد بود که اطلاعات شبکه به نرم افزارهای مذکور انتقال داده شود که این عمل برای کاربران امری دشوار و زمان بر است. در این مقاله، مسئله جایابی ادوات FACTS توسط الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات گسسته بر روی شبکه برق منطقه ای گیلان صورت می پذیرد. الگوریتم مذکور در محیط برنامه نویسی (DPL) نرم افزار دیگسایلنت پیاده سازی شده و بدین ترتیب نیازی به انتقال اطلاعات شبکه برای انجام بهینه سازی در نرم افزار دیگر نخواهد بود. نتایج مطالعه بیانگر کارایی فنی و اقتصادی احداث ادوات FACTS پیشنهادی در شبکه مورد مطالعه است.

    کلیدواژگان: ادوات FACTS، جایابی بهینه، الگوریتم اجتماع ذرات گسسته، نرم افزار DIgSILENT، محیط DPL
  • رضا صابری، حمید فلقی*، مصطفی اسماعیلی صفحات 30-43

    تاب آوری به صورت توانایی سیستم برای حفظ یک سطح قابل قبول از عملکرد در برابر یک اغتشاش شدید و بازگشت در یک دوره زمانی مناسب تعریف می شود. بروز شرایط نامساعد آب وهوایی و حوادث طبیعی همواره منجر به تحمیل خسارات و خاموشی های گسترده در سطح شبکه های توزیع شده است؛ که تعداد و شدت این رخدادها در سال های اخیر اغلب رو به فزونی بوده است. لذا ارزیابی تاب آوری شبکه و توانایی بازگشت پذیری آن در مقابله با شرایط نامساعد جوی، کاهش میزان تاثیرپذیری شبکه توزیع برق در مقابل رخداد حوادث قهری می بایستی جزو اولویت های برنامه ریزی برای طراحی و بهره برداری از شبکه قرار گیرد. در این مقاله، در ابتدا مفهوم تاب آوری و مشخصه های آن تعیین و در ادامه با مدل سازی حوادث طبیعی متداول مانند سیل و طوفان، به معرفی شاخص جدید برای ارزیابی تاب آوری در شبکه های توزیع در حضور منابع تولید پراکنده پرداخته شده است. مدل پیشنهادی ارایه شده برای ارزیابی کمی تاب آوری بر روی یک شبکه نمونه واقعی اعمال شده و در نهایت تاثیر منابع تولید پراکنده بر روی تاب آوری شبکه توزیع با استفاده از این شاخص مورد مطالعه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: توزیع برق، شاخص تاب آوری، سیل، طوفان، منابع انرژی پراکنده
  • علی اکبر کاکویی*، علی وطنی، محمد محمدی خانا پشتانی صفحات 44-55

    متخصصان حوزه نفت و گاز نظیر مهندسان مخازن، زمین شناسان و ژیوفیزیکدان ها دریافته اند که حصول حداکثر بازدهی تولید برای موفقیت در آینده صنعت نفت و در نتیجه تنظیم میزان عرضه و تقاضا امری ضروری است. در این راستا، لزوم بهبود بازیابی حجم عظیمی از نفت و گاز باقی مانده در مخازن هیدروکربوری، در کنار رقابت جهانی برای تولید بیشتر، ضرورت عملیات مدیریت مخازن و اهمیت تعیین دقیق راهبرد تولید را مشخص می سازد. ازاین رو توجه ویژه به آینده پژوهی توسعه فناوری های مرتبط، منجر به تولید صیانتی و هرچه هدفمندتر شدن این منابع می شود. در این راستا، با دستیابی به درک درست و دقیق تر از جریان سیال در محیط متخلخل حین برداشت از ذخایر هیدروکربوری، از مسایل حایز اهمیت در تولید صیانتی در صنعت نفت و گاز کشور است. در این تحقیق، فناوری های مختلف در شبیه سازی جریان در محیط متخلخل مورد تحلیل قرار گرفته و اعمال فناوری برتر شبیه سازی شبکه بولتزمن با استفاده از توموگرافی اشعه ایکس که در سال های اخیر توانسته است توجه جامعه علمی را در حوزه دینامیک سیال محاسباتی به خود جلب کند، نمایش داده شده است. به این منظور، هندسه محیط متخلخل با استفاده از یک فایل متنی وارد کد محاسباتی گردید و جریان حفره مقیاس گاز طبیعی با استفاده از مدل شبکه بولتزمن با زمان بازآرایی چندگانه، به طور مستقیم روی هندسه سه بعدی حل شد. به این ترتیب تراوایی نمونه محیط متخلخل حاضر ، در نسبت فشارهای مختلف محاسبه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی و عددی ارایه شده در متون فنی مرتبط، تطابق رضایت بخشی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی حفره مقیاس جریان، محیط متخلخل، برداشت صیانتی، شبکه بولتزمن، فناوری برتر
  • سعید میرزا محمدی*، آرمین جبارزاده، مهران صالحی شهرابی صفحات 56-69

    تغییرات اقلیمی و روند افزایشی جمعیت کشورها، اهمیت توسعه گلخانه ها برای موضوع امنیت غذایی در آینده را بیش از پیش مطرح ساخته است. یکی از مهم ترین ملاحظات در تولیدات محصولات گلخانه ای، نیاز به مصرف انرژی برای ایجاد شرایط محیطی مناسب گلخانه است. لذا در این پژوهش، مسئله برنامه ریزی تامین انرژی گلخانه ها با محوریت انرژی های تجدیدپذیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بدین منظور ابتدا تعیین میزان بهینه به کارگیری واحدهای انرژی های تجدیدپذیر در کنار واحدهای ذخیره ساز انرژی با هدف کاهش هزینه ها در حالت ریزشبکه مدل سازی می شود. در ادامه، مدل عدد صحیح آمیخته غیرخطی (MINLP) ارایه شده، با بهره گیری از داده های سرعت متوسط باد و میزان تابش ماهیانه نور خورشید منطقه مکران و درنظرگرفتن ترکیبات مختلف پارامترهای هزینه ای، در قالب 16 مسئله مختلف، حل و تحلیل می گردد. از جمله مهم ترین نتایج به دست آمده از مسایل فوق، می توان به تعیین شرایط مقرون به صرفه بودن به کارگیری انرژی خورشیدی اشاره کرد که در صورت حداکثر 2 برابر بودن هزینه سرمایه گذاری آن نسبت به هزینه سرمایه گذاری CHP، توجیه اقتصادی دارد. همچنین نتایج نشان می دهند تاثیر میزان منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر در منطقه جغرافیایی مورد بررسی در کنار مقادیر هزینه های سرمایه گذاری و نگهداری تعمیرات، می تواند منجر به عدم توجیه فنی-اقتصادی به کارگیری همزمان منابع مختلف تجدیدپذیر گردد.

    کلیدواژگان: گلخانه، ریزشبکه، برنامه ریزی انرژی، انرژی های تجدیدپذیر، مدل سازی ریاضی انرژی
  • کریم آتشگر، لیلا عباسی* صفحات 70-77

    در سال های اخیر، با توجه به عوامل متعددی مانند محدودیت سوخت های فسیلی و پیامدهای زیست محیطی استفاده از این سوخت ها، تمرکز بر منابع انرژی تجدیدپذیر افزایش چشم گیری داشته است. در کشورهای توسعه یافته به کارگیری انرژی های پاک مانند انرژی بادی به عنوان یکی از منابع جایگزین موردتوجه قرارگرفته است. در این رویکرد، پایش عملکرد توربین های بادی و کنترل کیفیت توان خروجی آن ها یکی از موضوعات مهم در مدیریت نیروگاه های بادی است. یکی از مشخصه های مهم و تاثیرگذار در بررسی توان خروجی توربین های بادی، منحنی توان است که نشان دهنده رابطه بین سرعت باد و توان خروجی توربین می باشد. ازاین رو در تجزیه وتحلیل عملکرد توربین های بادی، منحنی توان موردتوجه کارشناسان قرار می گیرد. برآورد دقیق منحنی توان توربین بادی یک موضوع کلیدی برای ارزیابی صحیح از عملکرد توربین بادی است. در این مقاله رویکرد پارامتریک در مدل سازی منحنی توان مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا چهار روش موجود برای مدل سازی پارامتریک منحنی توان توربین های بادی (چندجمله ای درجه دو، نمایی، مکعب، مکعب تقریبی) معرفی شده است. سپس مدل های معرفی شده در یک توربین بادی بکار گرفته شدند و از طریق آزمون نیکویی برازش، با منحنی توان اسمی سازنده توربین بادی مقایسه شدند. نتایج تجزیه وتحلیل ها نشان می دهد که منحنی توان نمایی در مقایسه با سه مدل دیگر از شایستگی بیشتری برخوردار است.

    کلیدواژگان: انرژی باد، مدل سازی پارامتریک، منحنی توان، توربین بادی
  • مصطفی جعفریان، محمود امید*، مجید خانعلی، مظفر مختاری صفحات 78-89

    انرژی خورشیدی یکی از انواع مطلوب انرژی های تجدیدپذیر است؛ اما به دلیل دایمی نبودن تابش خورشید، ذخیره سازی آن ضروری است و استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCMs) روشی مناسب برای این منظور است. به دلیل رخ دادن فرایندهای ذوب و انجماد در سامانه های ذخیره سازی انرژی حرارتی، تعیین ویژگی های حرارتی آن ها منجر به استفاده بهینه و طراحی مناسب این سامانه‎ ها می شود. در این پژوهش از پارافین واکس به عنوان PCM و از نانوذرات اکسیدآلومینیوم و مس، برای ارتقای خواص حرارتی آن استفاده شده است. خواص ریزساختاری نانوکامپوزیت های ساخته شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مطالعه شدند. آزمایش ها با آزمون فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 عامل اصلی درصد وزنی نانوذره (در 3 سطح)، نوع نانوذره (در 2 سطح) و اندازه قطر متوسط نانوذره (در 3 سطح) و پارافین واکس خالص، با 3 بار تکرار انجام شد. نقطه ذوب و گرمای نهان هر نمونه با استفاده از دستگاه گرماسنج روبشی تفاضلی اندازه گیری شدند. نتایج نشان دهنده کاهش اندک نقطه ذوب نانوکامپوزیت با افزایش غلظت نانوذره است، درحالی که نوع و اندازه نانوذره، اثر معناداری بر آن ندارند. افزودن نانوذرات، اثر مطلوبی بر بهبود گرمای نهان نانوکامپوزیت داشته اما غلظت آن حد بهینه دارد. در اندازه های کوچک تر نانوذرات، گرمای نهان بیشتری مشاهده شده است. استفاده از نانوذره مس با غلظت 1% و اندازه 30 نانومتر موثرترین تیمار در ارتقای گرمای نهان نانوکامپوزیت بوده است.

    کلیدواژگان: ذخیره سازی انرژی، گرمای نهان، مواد تغییر فاز دهنده، نانوفناوری، نانوکامپوزیت، نقطه ذوب
  • جلیل شاعری*، محمود یعقوبی، رزا وکیلی نژاد صفحات 90-99

    یکی از اصول معماری پایدار، کاهش مصرف انرژی در ساختمان هاست. از آنجا که تقریبا نیمی از انرژی مصرفی برای ایجاد آسایش در ساختمان ها ازطریق پنجره ها هدر می رود، مطالعات بسیاری با هدف دستیابی به راهکارهای ذخیره انرژی و کنترل تابش خورشید انجام شده است. یکی از این راهکارها استفاده از شیشه هوشمند الکتروکرومیک است. برای انتخاب بهینه مصالح، ارزیابی میزان تاثیر و کارایی این شیشه ها، در اقلیم های مختلف ایران ضروری بوده و تاکنون پژوهشی در این مورد انجام نشده است. در پژوهش حاضر، تاثیر استفاده از شیشه هوشمند الکتروکرومیک بر بار سرمایشی ساختمان اداری در سه شهر بوشهر با اقلیم گرم و مرطوب، شیراز با اقلیم گرم و خشک و تبریز با اقلیم سرد بررسی شده است. به این منظور، ساختمان اداری سه طبقه برای نمونه در نرم افزار دیزاین بیلدر شبیه سازی شده و بار سرمایش سالانه ساختمان در سه حالت با شیشه ساده شش میلی متری، شیشه دوجداره و شیشه هوشمند الکتروکرومیک محاسبه شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که استفاده از شیشه الکتروکرومیک در شهرهای بوشهر، شیراز و تبریز مناسب بوده و تاثیر قابل توجهی بر کاهش بار سرمایش دارد. در بوشهر با استفاده از شیشه الکتروکرومیک بار سرمایش 19% نسبت به شیشه معمولی و 8% نسبت به شیشه دوجداره کاهش یافته است. در شیراز و تبریز نیز سبب کاهش 28% نسبت به شیشه معمولی و 10% نسبت به شیشه دوجداره شده است. به این ترتیب، کارایی شیشه های الکتروکرومیک در اقلیم گرم و خشک و سرد بیشتر از اقلیم گرم و مرطوب است.

    کلیدواژگان: الکتروکرومیک، بار سرمایش، ساختمان اداری، گرم و خشک، گرم و مرطوب، سرد
  • مجید نیکفر، علی اکبر عالم رجبی*، دانگ کوک کیم صفحات 100-113

    تهیه آب شیرین یکی از معضلات کشورهای خاورمیانه از جمله ایران است. تکنولوژی شیرین سازی آب یکی از موضوعات مورد توجه دانشمندان در دهه اخیر است. در این میان، آب شیرین کن های خازنی با رشد فزاینده ای از مطالعات روبه رو هستند. مصرف بهینه انرژی، صرفه اقتصادی و فضای اشغالی کمتر، مطالعه بر روی این دستگاه را اجتناب ناپذیر می کند. در سال های اخیر در جهان، مطالعات تجربی فراوانی بر روی این دستگاه انجام شده است. زیرمدل هایی نیز برای مدل سازی جذب یون بر اساس تیوری لایه الکتریکی مضاعف، تعریف و توسعه یافته اند. اما در کشور ایران، به رغم بحران آب، مطالعه اساسی بر روی این دستگاه انجام نشده است. در مقاله حاضر در بخش اول، دستگاه آب شیرین کن خازنی معرفی شده و مطالعات در این زمینه مرور می شود. در بخش دوم، نتایج مطالعه ای تجربی با هدف بررسی امکان کوپل دستگاه آب شیرین کن خازنی الکترود جاری (FCDI) با انرژی خورشیدی ارایه می شود. به این منظور ابتدا سل FCDI مورد مطالعه معرفی می شود. از پنل های خورشیدی به صورت مستقیم برای تامین انرژی مصرفی جذب یون استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که دستگاه با اتصال پنل خورشیدی 2 وات، آب دریا را در یک مرحله 50 درصد شیرین می کند. در آزمون دیگر برای رسیدن به آب قابل شرب از پنل خورشیدی 75/0 وات استفاده شد و آب شور خروجی از مرحله قبل در یک سیکل بسته با گذشت 1 ساعت به آب قابل شرب تبدیل شد.

    کلیدواژگان: یون زدایی خازنی، نمک زدایی، الکترود متخلخل، الکترود جاری، جذب یون، انرژی خورشیدی
  • سید مهدی دیهیم*، قنبرعلی شیخ زاده، علیرضا آقایی صفحات 114-129

    در این مقاله، شبیه سازی جریان هوای اتمسفری (هوا، ریز ذرات، غبار وآلاینده های وسایل نقلیه) به منظور بررسی میدان جریان (حرکت ذرات پخش آلایند گی ها) و انتقال حرارت (هدایت، جابه جایی و تشعشع) درون خیابان های باریک و عمیق (دره های شهری) انجام شده است. مطالعه عددی برای چهار ساعت مختلف از روز (10 صبح، 1 بعد از ظهر، 4 بعد از ظهر و 8 شب) انجام شده است. هدف این است که وضعیت آب وهوایی موجود در دره های شهری را مورد بررسی قرار داده و متغیرهای فیزیکی موثر بر این واحدها، نظیر جهت گیری و هندسه خیابان ها، ارتفاع ساختمان های متقابل، جریان هوا، انتقال حرارت و سایر موارد را با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی مورد ارزیابی قرار داد. با استفاده از نتایج کار حاضر می توان به ساختار شهری ایده آلی دست یافت که از سازگاری بیشتری با محیط زیست برخوردار باشد. طبق نتایج، در تمامی ساعت ها و ماه های مورد بررسی، انتقال حرارت جابه جایی طبیعی برای جریان سیال در برابر جابه جایی اجباری ناچیز بوده و عمده حرکت جریان سیال و آلاینده ها به واسطه سرعت باد در ورودی و سرعت پخش آلاینده هاست؛ به طوری که هرچه سرعت باد در بالای ساختمان پشت به باد نسبت به سرعت ورود آلاینده ها بیشتر باشد، غلظت آلایندگی در ناحیه بین دو ساختمان بیشتر است. دره هایی که در آن ها ساختمان پشت به باد کوتاه تر است و در کل ارتفاع هر دو ساختمان متقابل نسبت به عرض و طول خیابان کم است، کمترین غلظت آلایندگی را در سطح اشغال شده عابران پیاده دارا هستند.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، حل دو فازی، انتقال حرارت(هدایت، تشعشع، جابه جایی)، پدیده غبار- مه، توزیع آلایندگی ها
|
  • Arman Amini Badri, Naveid Taghizadegan Kalantari* Pages 2-11

    This paper presents a reliability assessment algorithm for radial distribution systems such as microgrids and distributed generation units. The effects of these units and system reconfigurations on distribution system reliability can be evaluated by using the proposed algorithm. The impacts of the location and capacity of the distributed energy resources of microgrids and sectionalizing switches on reliability indices are determined. Moreover, proper location is determined by the classification of load points in distribution system. An approach to identifying the out of the service section after a fault event is presented based on the adjacency matrices. The classification of nodes is obtained by identifying different adjacency matrices based on protective devices. At last, the reliability indices of radial distribution system are calculated.

    Keywords: Reliability Analysis, Distributed Generation, Active Distribution System, Load Shedding
  • Amir Bagheri*, Abbas Rabiee, Sajjad Galvani, Farzad Falahi Pages 12-29

    Flexible AC transmission systems (FACTS) devices have shown efficient capability in alleviating the problems of power systems. The aim of FACTS devices allocation is determining the type, location, and the appropriate characteristics of these devices in order to improve the power system technical parameters. This problem is a non-linear optimization problem with many variables and constraints which requires the deployment of proper optimizing algorithms. Usually, the optimization problems are implemented in MATLAB or GAMS softwares. On the other hand, electric companies usually perform the power system studies in DIgSILENT software. Therefore, for the sake of optimization, it is required to export the power system’s data to optimizing softwares, which means a difficult and time-consuming task for the engineers. In this paper, a discrete particle swarm optimization algorithm (DPSO) is employed for the optimal allocation of FACTS devices on Gilan regional electric company’s (GilREC) network. The DPSO algorithm has been programmed in DPL (DIgSILENT Programming Language) environment of DIgSILENT software so that there will be no need for data exchange between DIgSILENT and optimizing softwares. The obtained results verify the effectiveness of the proposed methodology in power flow control and the improvement of system’s technical parameters.

    Keywords: FACTS Devices, Optimal Allocation, Discrete PSO Algorithm, DIgSILENT
  • Reza Saberi, Hamid Falaghi*, Mostafa Esmaeeli Pages 30-43

    Resilience is defined as the system ability both to keep an acceptable performance level against a severe disturbance and to return to a stable condition in a suitable time. Occurrence of inconvenient weather conditions and natural disasters, which are growing in numbers and severity during the last years, has always led to damages and wide outage throughout the distribution network. Therefore, the assessment of distribution network resilience and its return ability against severe weather condition and the reduction of the vulnerability of distribution network against those events should take priority in the planning and operation of these networks. In this paper, the resilience concept and its characteristics are determined; afterwards, by modeling natural disasters such as flood and storm, a new index for resilience assessment of distribution networks in the presence of distributed generators is introduced. The proposed model has been applied to a real network and the effects of distributed generators on the resilience of distribution networks have been studied using the new introduced index.

    Keywords: Power Distribution, Resilience Index, Flood, Storm, Distributed Energy Resources
  • AliAkbar Kakouei*, Ali Vatani, Mohammadi Khanaposhti Pages 44-55

    Specialists in the field of oil and gas such as reservoir engineers, geologists, and geophysicists have found that achieving optimal or maximum production returns is essential to the success of the oil industry and should be considered as one of the most important macroeconomic policies of the country. The need to improve the recovery of a large volume of residual oil and gas in hydrocarbon reservoirs, along with global competition for further  production, demands  reservoir management for planning in this area as well as an accurate determination of  the production strategy. Such special attention to these issues and the future of the development of related technologies will, thus, lead to the production of such resources and the targeted ones. A clearer and more accurate understanding of the flow of fluid in the porous environment during the harvesting of hydrocarbon reserves is one of the important issues in the steady production of the countrychr('39')s oil and gas industries. In this research, various technologies in simulating flow in a porous environment have been analyzed, yet the application of the superior technology for simulation of the Boltzmann network using X-ray tomography, having recently attracted attention of the scientific communities in the field of computational fluid dynamics, has been domenstrated. For this Purpose, the geometry of the porous medium was entered into a computational code using a text file, and the flow of the natural gas cavity was solved directly on 3D geometry using the Boltzmann grid model with multiple repositioning time. In this way, the permeability of the present porous media was calculated in a ratio of different pressures. The results of the simulation comply satisfactorily with the experimental and numerical results presented in the related technical texts.

    Keywords: Pore-Scale Flow Simulation, Porous Media, Optimized Production, Lattice Boltzmann, Premier Technology
  • Saeed Mirzamohammadi*, Armin Jabbarzadeh, Mehran Salehi Shahrabi Pages 56-69

    Climate change and the increase in population of countries have foregrounded the importance greenhouses for future food security. One of the most important considerations in greenhouse production is the need for energy to create suitable greenhouse conditions. Therefore, this paper will investigate the problem of greenhouse energy planning with a focus on renewable energies. To this end, at first, the optimal numbers of renewable energy units and storage units are modeled in order to reduce costs in the micro-grid mode. Afterwards, it analyzes the proposed mixed integer nonlinear problem (MINLP) by using the average wind speed data and the monthly amount of sunlight in the Makran region and by considering different combinations of parameters Cost-wise in 16 different problems. One of the most important results drawn is the determination of the cost-effectiveness of solar energy utilization, which is economically justified, if the investment cost is twice as high as the CHP investment cost. The results also show that the impact of different renewable energy sources in the geographical area-- studied along with the costs of their investment and maintenance costs-- can lead to the unjustifiable technical-economic use of different renewable resources.

    Keywords: Greenhouses, Micro-Grid, Energy Planning, Renewable Energy, Energy Mathematical Programing
  • Karim Atashgar, Leila Abbassi* Pages 70-77

    In recent years, due to the limitation of fossil fuels and the environmental impacts of using such fuels, focusing on renewable energy sources has significantly increased. In developed countries, using clean energy such as wind power has been considered as an alternative source. Monitoring the performance of wind turbines and controlling their output power quality is one of the important issues for managing wind farm. One of the influential characteristics of a wind turbine is the power curve which depicts the relationship between output power and hub height wind speed. Therefore, accurate models of power curves can play an important role in improving the performance of wind-energy-based systems. Hence, this paper has carried out the parametric techniques for power curve modeling. First, the following parametric equations are introduced to represent the power curves of wind turbines: polynomial power curve, exponential power curve, cubic power curve and approximate cubic power curve. Next, the models have been applied to a wind turbine, and, then, they were compared with manufacturer’s normal power curves by using the goodness of fit test. The results have shown that the exponential method for modeling of power curve is more desirable compared with three other models.

    Keywords: Wind Energy, Wind Turbine, Parametric Modeling, Power Curve
  • Mostafa Jafarian, Mahmood Omid*, Majid Khanali, Mozafar Mokhtari Pages 78-89

    Solar energy is a desirable type of renewable energies. However, it should be stored due to the sun radiation discontinuity. Phase-change materials (PCMs) store the thermal energy through their phase transitions, and the optimization of their thermal properties leads to more efficient thermal storage. In this study, paraffin wax was used as a PCM and aluminum oxide, and copper nanoparticles were used to improve its thermal properties. The morphology of the nanocomposites was studied with Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). Experiments were conducted in a factorial arrangement in a completely randomized design with three main factors, including: the weight percentage of nanoparticles (three levels), the type of nanoparticles (two levels), and the size of the nanoparticles (three levels), and pure Paraffin wax as a control sample. The melting point and the latent heat of each sample were measured with differential scanning calorimetery (DSC). The results showed that by an increase in nanoparticles concentration, the melting point of nanocomposites decreased slightly. On the other hand, the type and size of nanoparticles had no significant effect on the melting point. The addition of nanoparticles increased the latent heat of nanocomposites noteworthy in an optimal concentration. With a decrease in the nanoparticles size, the latent heat of nanocomposites increased. The nanocomposite sample which was filled with copper nanoparticle at the concentration and size of 1% and 30 nm respectively, had the highest latent heat.

    Keywords: Energy Storage, Latent Heat, Phase Change Material, Nanotechnology, Nanocomposite, Melting Point
  • Jalil Shaeri*, Mahmood Yaghoubi, Roza Vakilinazhad Pages 90-99

    Reducing building energy consumption is one of the sustainable architecture principles. Since nearly half of consumed energy in the buildings is lost through windows, many studies have been conducted to find solutions for energy conservation and solar radiation control. Application of electrochromic smart glass is one of those solutions. In order to have optimum building selection, the evaluation of the effectiveness of this type of glasses in various climates in Iran is necessary. So far no research has been conducted on this issue. In the present study, the effect of using electrochromic smart glass on the cooling load of an office building is investigated in three cities of Bushehr (with hot-humid climate), Shiraz (with hot-dry climate), and Tabriz (with cold climate). For this purpose, a three-storey office building is simulated in Design Builder software and the annual cooling load of the building is calculated in three modes with 6mm plain glass, double-glazed glass and electrochromic smart glass. The results show that in Bushehr, Shiraz, and Tabriz, the application of electrochromic glass has a significant effect on the reduction of cooling load and, thus, is appropriate. In Bushehr, the application of electrochromic glass has reduced the cooling load of the building by 19% and 8% compared with the ordinary glass and the double-glazed one, respectively. In Shiraz and Tabriz, the cooling load also decreases by 28% and 10%. These results show that the efficiency of electrochromic glass in hot-dry and cold climate is higher than hot-humid climate.

    Keywords: Electrochromic, Cooling Load, Office Building, Hot-Humid, Hot-Dry, Cold
  • Majid Nikfar, Aliakbar Alemrajabi*, Dong Kook Kim Pages 100-113

    Producing potable water is a challenge for Middle Eastern countries including Iran. Hence, desalination technology has become one of the interesting subjects for researchers, especially in the last decade. In this field, capacitive deionization (CDI) has increasingly been studied. Advantages such as low energy usage, low cost, and smaller footprint, in fact, have made studies on such systems unavoidable. In recent years, throughout the world, many experimental studies have been conducted, and, thus, some sub models have been suggested and developed based on EDL theorem for adsorption of ions. However, in Iran, in spite of water crisis, no serious study has been reported on the capacitive desalination. In the first part of the present study, the apparatus for the capacitive desalination is introduced, and studies in this field are reviewed. In the second part, the results of an experimental feasibility study on coupling of flow-electrode CDI (FCDI) to solar energy is presented. In this regards, the FCDI cell is introduced. This study deployed solar panels directly to provide the energy required for the adsorption of ions. The results show that sea water is desalinated up to 50% in the first step by connecting a 2 W solar panel to an open mode FCDI;   afterwards, to achieve drinkable water, it was processed for 1 hour under a 0.75 W solar panel in a batch mode.

    Keywords: Capacitive Deionization, Desalination, Porous Electrode, Flow-Electrode, Ion Adsorption, Solar Energy
  • Sayed Mahdi Deyhim*, GhanbarAli Sheikhzadeh, AliReza Aghaei Pages 114-129

    In the present paper, a two-phase simulation of atmospheric aerosol (air, pollution, fine particles of dust, and vehicles pollutants) is carried out to investigate the pollutants dispersion and heat transfer (conduction-convection-radiation) in urban street canyons under haze-fog conditions. Numerical calculations were considered for four time periods during the day, including: 10 am, 1 pm, 4 pm, and 8 pm on the first days of April, July, October, and January. For this purpose, Computational Fluid Dynamics (CFD) method and the simulation are used and dynamic characteristics of airflow and heat transfer have been obtained. The results show that the trend of the ground temperature variation in different months is the same and the maximum value of it has always occurred at 1 pm. In addition, in all the hours and months that examined in the present study, the natural convection for the fluid flow than the forced convection is insignificant, and the main of the fluid flow and pollutants is due to the wind velocity at the inlet boundary condition and the pollutants velocity. In cases with higher windward wall and small aspect ratio between buildings and street, the lowest pollutant concentration in passengerchr('39')s level is achieved.

    Keywords: Numerical Simulation, a Two-Phase Model, Conduction-Convection-Radiation Heat Transfer, Haze-Fog Condition, Pollutants Dispersion