فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال یازدهم شماره 2 (پیاپی 40، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/31
  • تعداد عناوین: 10
|
  • رضا غنی زاده*، گیورگ قره پتیان صفحات 2-15

    در این مقاله، یک روش برای تقسیم دقیق بار های هارمونیکی و نامتعادل در ریزشبکه های جزیره ای پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی می تواند بر اساس قاعده جریان های چرخشی و توان های هارمونیکی و نامتعادل تامین شده توسط هر واحد تولید پراکنده (DG)، به صورت تطبیقی، تقسیم بار بین DGها را بهبود بخشد. در مقایسه با روش های پیشنهادی قبلی، روش پیشنهادی نیازی به یک کنترل کننده مرکزی اختصاصی ندارد و ارتباطات فقط بین DGهای مجاور مورد نیاز است. همچنین در این روش، نیازی به داشتن اطلاعات از مقادیر امپدانس فید ر DGها و وضعیت بارگذاری نیست و اثر روش پیشنهادی روی کیفیت ولتاژ خروجی DGها نیز کمتر خواهد بود. فرایند طراحی روش پیشنهادی به طور کامل تشریح گردیده و به منظور نشان دادن کارایی آن، مطالعات شبیه سازی بر روی یک ریزشبکه جزیره ای نمونه در محیط Matlab/Simulink انجام شده است.

    کلیدواژگان: تولید پراکنده، ریزشبکه، تقسیم بار، جریان چرخشی، بار های هارمونیکی و نامتعادل
  • سعید ابریشم فروشان اصل، مجید گندمکار*، جواد نیکوکار صفحات 16-31

    در این مقاله، هماهنگی حفاظتی بهینه مقید به پایداری سیستم به صورت مسئله تصادفی در ریزشبکه با مدهای عملکردی اتصال به شبکه و جزیره ای متشکل از منابع انرژی تجدیدپذیر و سیستم های ذخیره ساز انرژی بیان می شود. این مسئله برای تنظیم بهینه رله های اضافه جریان تنظیم دوگانی و انتخاب اندازه راکتانس محدودکننده جریان خطا، کمینه سازی زمان عملکرد کل رله ها در مدهای حفاظتی اولیه و پشتیبان را بر عهده دارد. همچنین مقید به محدودیت های فاصله زمانی هماهنگی، پارامترهای تنظیم رله ها، اندازه محدودکننده جریان خطا و پایداری ریزشبکه در شرایط خطا می باشد. ریزشبکه ها عموما دارای منابع تجدیدپذیر و ذخیره ساز انرژی هستند، پس طرح حفاظتی پیشنهادی نیاز به بهره برداری روزانه ریزشبکه با مدل تصادفی به منظور محاسبه متغیرهای شبکه قبل از رخداد خطا دارد. لذا مسئله مذکور، کمینه سازی هزینه های بهره برداری و ریزش بار ریزشبکه مقید به معادلات پخش توان بهینه آن در حضور منابع مختلف با فرض عدم قطعیت های بار و تولید را بر عهده دارد. بنابراین، اعمال طرح پیشنهادی بر روی ریزشبکه های 9 و 32 باس، حل آن با الگوریتم جست وجوی کلاغ و با انتخاب اندازه بهینه برای منابع تجدیدپذیر و ذخیره ساز انرژی متناسب با شاخص های بهره برداری و هماهنگی حفاظتی، می توان راه حل حفاظتی سریع مقید به پایداری سیستم در شرایط خطا را به دست آورد.

    کلیدواژگان: الگوریتم جست وجوی کلاغ، بهره برداری بهینه روزانه ریزشبکه، پایداری سیستم، سیستم ذخیره ساز انرژی، منابع انرژی تجدیدپذیر، هماهنگی حفاظتی بهینه
  • معصومه خودسوز* صفحات 32-41

    عدم استقامت الکتریکی مناسب تجهیزات و شکست عایقی آن ها در برابر اضافه ولتاژها یکی از دلایل موثر در خروج خط است. اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه، کلیدزنی و دیگر عوامل مخرب قابلیت خروج خط و یا خرابی پست ها را دارند. در این میان، تجهیزات متفاوتی به منظور بهبود امنیت، قابلیت اطمینان و کیفیت توان شبکه وجود دارد. یکی از تجهیزات حفاظت از سیستم عایقی به کاررفته در برابر اضافه ولتاژهای صاعقه و کلیدزنی، برقگیر است. در این مقاله، تاثیر برقگیر بر عملکرد سیستم عایقی پست های توزیع در وضعیت نرمال شبکه و همچنین در حالت گذرا به واسطه اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه مورد بررسی قرار گرفته است. نرخ خرابی برقگیر، کیفیت ساخت، تنش ولتاژ، دمای بهره برداری و نحوه چیدمان برقگیرها در پست به عنوان موارد تاثیرگذار بر عملکرد برقگیر در محاسبات لحاظ شده اند. اثر پیرشدگی برقگیر به عنوان یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر عملکرد برقگیر از دیگر پارامترهایی است که در پژوهش انجام شده مورد توجه قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان دهنده تاثیر بسزای پارامتر پیرشدگی برقگیر در ارزیابی احتمالی عملکرد سیستم حفاظت عایقی در برابر صاعقه است.

    کلیدواژگان: پست های سیستم توزیع، پیرشدگی، سیستم حفاظت عایقی در برابر صاعقه، برقگیر
  • فائق کرمانی، جواد علمائی* صفحات 42-55

    به کارگیری واحدهای تولید پراکنده در شبکه های توزیع به علت مزایای بسیار آن، توجه مدیران شبکه قدرت را به خود جلب کرده است. در این تحقیق، جایابی و تعیین ظرفیت منابع تولید پراکنده با اهداف مختلف به صورت همزمان بررسی شده است. اهداف برنامه ریزی در این تحقیق کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ، بهبود پایداری ولتاژ و کاهش سطح اتصال کوتاه شبکه است. برای محاسبه مقادیر توابع هدف از پخش بار جاروب رفت و برگشت و محاسبات اتصال کوتاه استفاده شده است. برای حل مسئله از یک الگوریتم بهینه سازی چندهدفه موسوم به الگوریتم بهینه سازی ژنتیک چندهدفه نامغلوب بهبودیافته استفاده شده است. این الگوریتم منجر به ایجاد جواب های متنوعی می شود که کاربر می تواند برحسب نیاز، هرکدام از آن ها را انتخاب کند. برای انتخاب بهترین پاسخ از جواب های بهینه از روش فازی استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه استاندارد 33 شینه IEEE بررسی شده است. برای این منظور سناریوهای مختلفی لحاظ شده و جواب بهینه در هریک از این حالات تعیین گردیده است. نتایج حاصل از روش پیشنهادی، کارایی آن را نشان خواهند داد.

    کلیدواژگان: تولید پراکنده، شبکه توزیع، جایابی، الگوریتم ژنتیک چندهدفه بهبودیافته نامغلوب II
  • وحید امیر، مهدی عظیمیان*، مرتضی جوادی فر صفحات 56-69

    نفوذ بی سابقه تولیدات پراکنده در شبکه انرژی، توزیع شرایط را برای بهره وری انرژی توسط ریزشبکه ها مهیا کرده است. پیاده سازی یک ریزشبکه، مزایای زیادی مانند تعویق سرمایه گذاری، کاهش گازهای گلخانه ای، بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات شبکه را پیشنهاد می دهد. شبکه انرژی آینده شامل فرم های مختلف انرژی است که از طریق ترکیب منابع و ذخیره سازهای مختلف تحت مفهوم ریزشبکه چندحاملی حاصل می شوند. به منظور نمایش عملکرد موثر این ریزشبکه های چندحاملی، بهره برداری و طراحی بهینه ضروری است. این مقاله یک استراتژی ترکیبی را به منظور پیدا کردن مناسب ترین تجهیز از نظر ظرفیت و نوع به همراهی توزیع بهینه توان در یک ریزشبکه متصل به شبکه با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان ارایه می کند. در اینجا، سطح مناسب قابلیت اطمینان در فرایند بهینه سازی به منظور تامین تقاضاهای چندگانه مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مدل پیشنهادی برای ایجاد یک ریزشبکه جدید از تجهیزات مختلفی نظیر مولد تولید همزمان برق و حرارت، ترانسفورماتور، سیستم خورشیدی، و گرماساز به همراه ذخیره ساز انرژی الکتریکی و حرارتی با نرخ های خرابی متفاوت از بین چندین نمونه استفاده شده است. روش برنامه ریزی غیرخطی عدد صحیح-آمیخته در نرم افزار گمز و الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب برای حل مسئله بهینه سازی ترکیبی استفاده شده است. علاوه بر آن، یک برنامه پاسخ گویی بار بر اساس قیمت محلی به منظور تغییر الگوی مصرف پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی قابلیت سیستم را برای توسعه برنامه ریزی ریزشبکه نشان داده است.

    کلیدواژگان: روش بهینه سازی ترکیبی، پاسخ گویی بار، برنامه ریزی توسعه تولید، ریزشبکه چندحاملی، قابلیت اطمینان
  • حمید اصغری راد، میثم جعفری نوکندی*، سید مهدی حسینی صفحات 70-81

    پارکینگ های شارژ خودروهای برقی به دلیل تجمیع تعداد زیادی از خودروها می توانند امکان بهره گیری مناسب از ظرفیت باتری خودروها را فراهم کنند. با این حال، مکان و اندازه این پارکینگ ها، روی وضعیت شبکه توزیع تاثیرگذار خواهد بود. در این تحقیق، مدلی بر اساس برنامه ریزی خطی آمیخته با عدد صحیح (MILP) برای مکان یابی و تعیین ظرفیت بهینه پارکینگ های خودروهای الکتریکی با در نظر گرفتن قیود شبکه توزیع و الگوی حرکت خودروها بین نواحی مختلف شهری پیشنهاد شده است. در مدل مورد نظر، اهداف سفرها، تعداد خودروها و زمان ورود و خروج آن ها در نواحی مختلف با توجه به نوع سفر در نظر گرفته می شوند. محدودیت های شبکه توزیع نیز با استفاده از معادلات خطی شده پخش بار لحاظ می گردند. هدف این مدل، حداکثرسازی سود مالکان پارکینگ هاست. مدل مورد نظر در یک سیستم توزیع با 37 شین که شامل چهار ناحیه مختلف از نظر نوع سفر خودروها می باشد، پیاده سازی شده است. نتایج به دست آمده، کارایی مدل پیشنهادی برای مکان یابی پارکینگ های شارژ خودروهای برقی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: الگوی ترافیکی، تبادلات پارکینگ ها، جایابی پارکینگ ها، خودروهای برقی، چندناحیه ای
  • حمیدرضا عصارزاده نوش آبادی، مرتضی مدح خوان* صفحات 82-91

    به کارگیری مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در بخش های مختلف ساختمان به دلیل بالا بودن ظرفیت گرمایی این مواد، به بهبود شرایط آسایش حرارتی و کاهش مصرف انرژی می انجامد. با توجه به عملکرد بهتر این مواد در شرایط دمایی با نوسانات شدید، کاربرد آن ها در اقلیم کویری در کاهش مصرف انرژی و کاهش نوسانات تاثیر زیادی دارد. در تحقیق حاضر، شرایط دمایی گرم کاشان به عنوان دمای محیط و دیوارها با بتن معمولی به ضخامت های 10 و 20 سانتی متر و ارتفاع 100 سانتی متر در نرم افزار فلوینت مدل سازی شده اند. چند نوع ماده تغییر فاز دهنده برای این شرایط دمایی در نظر گرفته شده و بهترین نوع آن انتخاب شده است. نتایج عددی نشان می دهد که وجود ماده تغییر فاز دهنده نوسانات دمایی سطح داخل دیوارها را تا حدود °C 4 کاهش می دهد و همچنین موقعیت آن در سمت داخلی دیوار عملکرد بهتری دارد، ولی به طور کلی تغییر در موقعیت ماده تغییر فاز دهنده تاثیر زیادی بر روی نتایج نهایی ندارد. علاوه بر آن، تغییر در تعداد ضخامت ماده تغییر فاز دهنده تاثیر زیادی بر عملکرد دمایی آن ندارد. با توجه به نتایج برای منطقه کاشان، پارافین عملکرد بهتری از خود نشان می دهد؛ به عبارت دیگر برای هر منطقه باید ماده تغییر فاز دهنده متناسب با آن مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، مصرف انرژی، دیوار، مدل سازی، عملکرد دمایی
  • محسن یزدانی، مهدی مقیمی* صفحات 92-105

    در مقاله حاضر، مدل سازی ترمودینامیکی و تحلیل جامع عملکرد یک نیروگاه واقعی چرخه ترکیبی خورشیدی (ISCC) انجام شده است. ارزیابی عملکرد چرخه نیروگاه، در خارج از شرایط طراحی و در دو حالت عملکردی افزایش توان و صرفه جویی در سوخت، مورد بررسی قرار گرفته که تاکنون در پژوهش های قبلی، چنین رویکردی لحاظ نشده است. نیروگاه یزد به عنوان نیروگاه مورد مطالعه، شامل کلکتورهای سهموی بوده که به بخش بخار چرخه ترکیبی متصل شده اند. نتایج حاصل از شبیه سازی چرخه، در ساعات مختلف روز طراحی و در دوازده ماه سال ارایه شده است. مطابق با این نتایج، در حالت افزایش توان (مصرف سوخت ثابت)، از ساعت 6 صبح تا ساعت 15 روز طراحی، میزان تولید بخار بخش فسیلی، kg/s 12 کاهش یافته اما میزان تولید بخار بخش خورشیدی، kg/s 36 افزایش داشته است. فلسفه کنترلی شروع تولید بخار در میدان خورشیدی، با تثبیت دمای روغن در مقدار C° 392 تحلیل شده است. در حالت صرفه جویی در سوخت (توان خروجی ثابت)، در صورت فعال بودن میدان خورشیدی، مصرف سوخت مشعل های کمکی به میزان 28 هزار کیلوگرم در روز طراحی کاهش داشته است. نتایج این مقاله، بیانگر پایداری بیشتر توان خروجی نیروگاه های ISCC نسبت به چرخه های ترکیبی متداول، در روزهای گرم سال است.

    کلیدواژگان: چرخه ترکیبی خورشیدی، خارج از شرایط طراحی، حالت افزایش توان، حالت صرفه جویی در سوخت
  • نجمه دباغ زاده، محمد اسلامی* صفحات 106-115

    به دلیل تاثیر دمای ماژول فتوولتاییک در توان خروجی، در این پژوهش سعی بر آن است که با حل عددی معادلات بقای انرژی، توزیع دما در یک ماژول فتوولتاییک محاسبه و در نتیجه توان خروجی آن دقیق تر پیش بینی گردد. برای این منظور، به مدل سازی عددی چند ماژول فتوولتاییک با جزییات کامل در نرم افزار کامسول پرداخته شده است. روش جدیدی برای محاسبه توان خروجی به عنوان تابعی از دمای ماژول فتوولتاییک ارایه و به حل توامان آن با معادلات حرارتی پرداخته شده است. شبیه سازی حاضر به صورت سه بعدی و گذراست و لایه های مختلف ماژول به طور جداگانه در نظر گرفته شده اند. همچنین تاثیر استفاده از روابط متفاوت ضریب اتلاف حرارت جابه جایی اجباری در توزیع دما و توان خروجی ماژول فتوولتاییک مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که ویژگی های ذکرشده منجر به پیش بینی دقیق تر توزیع دما و در نتیجه، عملکرد ماژول فتوولتاییک می شود.

    کلیدواژگان: ماژول فتوولتائیک، توزیع دما، حل عددی، ضریب انتقال حرارت جابه جایی
  • وحید اعتماداصل، رسول اسمعیل نژاد*، بابک فرزانه، محرم جعفری صفحات 116-127

    استفاده از پره های راهنما روشی مناسب برای بهبود عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی ساونیوس است. پره های راهنما انرژی جریان باد اطراف توربین جریان باد را جمع آوری و به سمت قسمت مقعر روتور هدایت می کنند که موجب افزایش ضریب توان توربین می شود. در این مقاله، تاثیر پره راهنما بر روی عملکرد توربین ساونیوس مورد ارزیابی عددی قرار گرفته است. برای شبیه سازی جریان آشفته و گذرا در اطراف توربین از نرم افزار انسیس فلوینت استفاده شده است. طرح های پیشنهادی برای پره های راهنما شامل تعداد پره های 4، 5 و 6 می باشند که در هرکدام از آن ها، پره ها در زوایای 30، 40، 50 و 60 درجه قرار گرفته اند. نتایج عددی ضرایب توان و گشتاور نشان دهنده این است که پره های راهنما، باعث بهبود قابل توجه عملکرد توربین ساونیوس می شوند. برای توربین دارای 5 پره راهنما که در زاویه قرارگیری 30 درجه، ماکزیمم ضریب توان 51/0 می باشد که نشان دهنده افزایش 183 درصدی در مقایسه با توربین بدون پره راهنماست. ماکزیمم ضرایب توان برای توربین با تعداد پره های راهنمای 4 و 6 به ترتیب 42/0 و 49/0 است که در مقایسه با توربین ساونیوس بدون پره های راهنما به ترتیب به مقدار 133 و 172 درصد افزایش یافته اند.

    کلیدواژگان: توربین بادی، ساونیوس، پره راهنما، عملکرد آیرودینامیکی
|
  • Reza Ghanizadeh*, Gevork B. Gharehpetian Pages 2-15

    This paperproposes a method for accurate sharing of harmonic and unbalanced loads in islanded microgrids. The proposed method can adaptively improve the load sharing among Distributed Generation (DG) units based on the circulating current rules and the harmonic and unbalanced power provided by each DG. Compared with previous methods, the proposed method does not require a dedicated central controller, and a relation should only be established among the adjacent DGs. Moreover, in this method, there is no need to know the values of the impedance of the DGs feeder and the loading conditions, and the effect of the proposed method on the quality of the output voltage of the DGs is less. The design process of the proposed method has fully been described; furthermore, to demonstrate the efficiency of the method, studies on the simulation have been performed on a sample islanded microgrids in MATLAB/Simulink environment.

    Keywords: Distributed Generation, Microgrid, Load sharing, Circulating Current, Harmonic, Unbalanced loads
  • Saeed Abrisham Foroushan Asl, Majid Gandomkar*, Javad Nikoukar Pages 16-31

    This paper presents the system stability-constrianted optimal protection coordination (SSCOPC) as stochastic problem in the microgrid with grid-connected and islanded operation modes, including renewable energy sources (RESs) and energy storage systems (ESSs). To regulate optimally the dual setting overcurrent relays (DSORs) and to selectin the reactance size of fault current limiter (FCL), the system minimizes the total relays operation time in the primary and backup protection modes. Also, it is subject to the limits of the coordination time interval (CTI), DSORs setting parameters, FCL size, and microgrid stability in the fault condition. Generally, the microgrid includes RESs and ESSs; thus, the proposed SSCOPC needs a daily operation of microgrid as stochastic model to calculate network variables before fault occurrence. Hence, s this situation minimizes the microgrid operation cost and load shedding cost of islanded microgid which are subjected to optimal power flow equations in the presence of RESs and ESSswhile considering the uncertainty of the load and its generation. Therefore, by applying the proposed problem on the 9 and 32 bus microgrid, solving the problem by the Crow Search Algorithm (CSA), and selecting optimal size of RESs and ESSs, based on operation and protection coordination indices, the proposed SSCOPC can obtain a fast protection solution that considers system stability in faulty conditions.

    Keywords: Crow Search Algorithm, Daily Optimal Operation of Microgrid, System Stability, Energy Storage System, Renewable Energy Source, Optimal Protection Coordination
  • Masumeh Khodsouz* Pages 32-41

    Insufficient electrical endurance of equipment and insulation failure against overvoltage are one of the most effective reasons for the failure of the power lines. Lightening, switching, or other disruptive parameters can cause line outage or distribution substation failure. There are different devices used to improve the safety, reliability, and power quality of the system. Surge arresters are one of the insulation protection subsystems used against surge and switching overvoltages. In this paper, the effects of surge arrester performance have been investigated on the insulation system of distribution substation. The study has been done under normal and also transient conditions due to lightning overvoltage. The effects of failure rate, production quality, voltage stress, temperature and surge arrester permutation have been evaluated on surge arrester performances. The influence of surge arrester aging, as the most influential factor on the surge arrester performance, has been investigated as one of the factors involved in the present study. Obtained results have verified the great impact of surge arrester aging effect on the reliability of protection system.

    Keywords: Distribution Substation, Aging, Insulation Protection System against Lightning, Surge Arrester
  • Faegh Kermani, Javad Olamaei* Pages 42-55

    The use of distributed generation units in distribution networks has attracted the attention of network managers due to their great benefits. In this research, the location and determination of the capacity of distributed generation (DG) units for different purposes has been studied simultaneously. The multi-objective functions in optimization model are reducing the losses of the system line, reducing voltage deviation, increasing voltage stability margin, and decreasing network's short circuit when DG units are considered in the distribution network (DN). To calculate the values ​​of mentioned multi-objective functions, a backward and forward sweep load-flow and a short circuit calculation are used. To solve the problem, a multi-objective optimization algorithm called improved non-dominated sorting genetic algorithm–II (INSGA-II) is used. This algorithm leads to the creation of various responses that the user can choose, as needed, for each one. A tradeoff method, based on fuzzy set theory, is used to obtain the best optimal solution.The proposed method is examined on the IEEE 33-bus test case while considering different scenarios. In the end, the feasibility and the effectiveness of the proposed algorithm for optimal placement and the sizing of DG in distribution systems have been proved.

    Keywords: Distributed generation (DG), distribution network (DN), multi-objective optimization (MOO), improved non-dominated sorting genetic algorithm–II (INSGA-II)
  • Vahid Amir, Mahdi Azimian*, Morteza Javadifar Pages 56-69

    The unprecedented penetration of distributed generation in distribution networks provides utilities with a unique opportunity to manage the portions of networks by microgrids (MG). The implementation of an MG may offer many benefits such as capital investment deferral, a reduction of greenhouse gas emissions, an improvement in reliability, and a reduction in network losses. In order to draw the most effective performance from MG systems with multiple energies, appropriate designs and operations are essential. This paper represents a compound co-optimization strategy to find the best type and size of components as well as the associated optimum dispatch in a MG with multiple energies considering the reliability criterion. The mixed-integer nonlinear programming technique of GAMS and the genetic algorithm of MATLAB software have been utilized to solve the optimization problem. In addition, a novel time-based demand response program is modeled to prevent the energy usage at the peak. Numerical simulations have proved the effectiveness of the proposed expansion planning.

    Keywords: Demand Side Management, Generation Expansion Planning, Microgrid, Reliability
  • Hamid Asghari Rad, Meysam Jafari Nokandi*, Seyed Mehdi Hosseini Pages 70-81

    Parking lots for Electric Vehicles (EVs) can pave the way for a better utilization of EVs' battery capacity due to the large number of EVs. However, the location and size of parking lots will affect the condition of the distribution network. In this paper, a mixed-integer linear programming (MILP) model is proposed for locating and determining the optimal capacity of EVs' parking lots while considering the constraints of distribution network and the traffic patterns of different urban areas. In the proposed model, the purpose of trips, the number of EVs', and their arrival and departure time in different areas are considered. Distribution network constraints are also taken into account by using linearized load flow equations. The objective of the model was maximizing the profit of parking owners. The model was implemented in a distribution system with 37 buses which covered four different areas in terms of EVs' travel type. The results showed the effectiveness of the proposed model for locating EVs' parking lots.

    Keywords: Location of Parking Lots, Multi-zone, Parking Lots Interactions, Plug-in Electric Vehicle (PEV), Traffic Patterns
  • Hamidreza Assarzadeh Nooshabadi, Morteza Madhkhan* Pages 82-91

    Because of the high capacity of Phase Change Materials (PCM), the application of these materials in the variant parts of buildings leads to an improvement in temperature conditions as well as a reduction in energy consumption. Due to the high dependency of the performance of these materials on ambient temperature fluctuations, their application in climates with extreme temperature fluctuations has significant impacts on reducing the temperature fluctuations inside buildings as well as the consumption of energy. In this study, the high temperature of Kashan, as ambient temperature, and the walls of normal concrete with the thickness of 10 and 20 cm and the height of 100 cm were modeled in FLUENT software. Some kinds of PCM for these temperature conditions were considered, and the best was chosen. Numerical results show that the presence of PCM has reduced the temperature fluctuations of the inner surface of the walls about 4 ° C, and the position in the inner surface has better result. However, totally the changing in PCM position has not had great impacts on the ultimate results. Moreover, a change in the number of PCM thickness does not have a great influence on the temperature function. Based on the results, it can be concluded that parafin has a better function for Kashan’s climate and that every climate requires an appropriate PCM.

    Keywords: Phase Change Materials, Energy Consumption, Wall, Modeling, Temperature Function
  • Mohsen Yazdani, Mahdi Moghimi* Pages 92-105

    In this paper, a thermodynamic modeling and a comprehensive performance analysis of a real integrated solar combined cycle (ISCC) power plant are performed. The performance of the plant cycle is assessed in an off-design condition and in two operation modes of power-boosting and of fuel-saving. Such an approach has not been considered for an ISCC plant in previous studies. Yazd ISCC, as a case study, consists of parabolic collectors which are connected to a combined cycle section. The presented simulation results cover different times of the day and the twelve months of the year. According to these results, in the power-boosting mode, the steam production of the fossil section is reduced by 12 kg/s from 6:00 AM to 3:00 PM on the design day while the solar steam increases by 36 kg/s. By stabilizing the oil temperature on 392°C, the control philosophy of the starting of steam production in the solar field is also discussed. In the fuel-saving mode, if the solar field is in service, the fuel consumption of the auxiliary burners is reduced by 28,000 kg on the design day. The results of this paper indicate that the power output of ISCCs is more stable than the conventional combined cycles on the hot days of the year.

    Keywords: Integrated Solar Combined Cycle, Off-design Simulation, Power-boosting Mode, Fuel-saving Mode
  • Najmeh Dabaghzadeh, Mohammad Eslami* Pages 106-115

    Due to the effect of temperature on the output power of a photovoltaic module, this research tries to calculate temperature distribution in a photovoltaic module by numerical solving of the energy balance equations. Therefore, its output power can be accurately predicted. For this purpose, several photovoltaic modules are modeled in detail in the COMSOL software. A new method for calculating power output, as a function of the PV modules temperature, has also been presented to solve it using thermal equations simultaneously. Different layers of PV module are considered separately in the present three dimensional and transient models. The effect of different correlations for heat convection in the temperature distribution and output power has also been studied. Results show that the aforementioned features end in an accurate prediction of temperature distribution and, thus, of the performance of the PV module.

    Keywords: Photovoltaic Module, Temperature Distribution, Numerical Solution, Convection Heat Transfer Coefficient
  • Vahid Etmadeasl, Rasool Esmaeilnajad*, Babak Farzaneh, Moharram Jafari Pages 116-127

    The application of guide blades is an appropriate method for improving the aerodynamic performance of Savonius wind turbines. Guide blades gather wind energy around the turbine and guide them into the concave side of the Savonius rotor. In this paper, a numerical investigation is conducted to evaluate the effect of the guide blades on the performance of Savonius turbines. ANSYS Fluent 16.0 software is applied for the simulation of turbulent and transient flow around the turbine. Suggested designs for guide blades are 4, 5, and 6 blades which are located in the angles of 30, 40, 50, and 60 degrees. The numerical results of power and torque coefficients show that guide blades have significantly improved the performance of Savonius turbines.  For a turbine with 5 guide blades located at the angle of 30 degrees, maximum power coefficient is 0.51, which indicates an increase of 183% compared to a single Savonius turbine without the guide blades. For turbines with 4 and 6 guide blades, maximum power coefficients are 0.42 and 0.49 respectively; this finding shows an increase of 133% and 171% in comparison with a single Savonius rotor without guide blades.

    Keywords: Wind Turbine, Savonius, Guide Blade, Aerodynamic Performance