فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت انرژی - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 41، پاییز 1400)

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 41، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/14
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مهنوش شجیعی، سید کمال حسینی ثانی*، سعید شمقدری، محمدباقر نقیبی سیستانی صفحات 2-11

    در این پژوهش روش جدیدی برای طراحی رویتگر غیرخطی برای مدل غیرخطی توربین بادی به منظور تخمین گشتاور ژنراتور پیشنهاد شده است. با استفاده از طراحی رویتگر مد لغزشی دینامیکی که تا به حال برای توربین بادی به کار نرفته است، ثابت لیپشیتز را افزایش می دهیم که معادل افزایش محدوده کاری و افزایش مقاومت رویتگر نسبت به عامل غیرخطی است. نوآوری طرح، استفاده از بهره دینامیک در طراحی رویتگر مد لغزشی و تضمین شرط پایداری مجانبی توسط مساله کنترل بهینه  است. درجه آزادی اضافی پیشنهادی با این فرمول دینامیکی، برای مواجهه با عامل غیرخطی به کار می رود. با استفاده از رویتگر پایدار با بهره دینامیکی طراحی شده، رویتگر در مقابل عدم قطعیت غیرخطی مقاوم می گردد و مقاومت بیشتر نسبت به رویتگرهای مرسوم با بهره ثابت و نیز رویتگر لوینبرگر دینامیکی حاصل می شود. در نهایت با استفاده از پروفایل باد واقعی روند طراحی بر روی مدل توربین صد کیلو وات پژوهشکده هواخورشید پیاده سازی شد و همچنین نتایج حاصل با نرم افزار شبیه ساز توربین بادی (FAST) مورد ارزیابی و تایید قرار گرفت. همچنین به عنوان دستاورد دیگر مقاله با اضافه کردن نویز فرآیند و نویز اندازه گیری به توربین، برتری الگوریتم پیشنهادی نسبت به رویتگرهای دیگر بررسی شده است.

    کلیدواژگان: رانشگر توربین بادی، رویتگر دینامیکی مقاوم، مدلغزشی، عملکرد H∞
  • محمد رجبی نسب، حمید یعقوبی* صفحات 12-23

    با افزایش روزافزون سهم مزارع بادی در تامین برق شبکه های قدرت، اهمیت بررسی رفتار گذرای ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه های بادی، در هنگام بروز خطا یا اغتشاشات شدید شبکه بیش از پیش احساس می شود. در این میان، بررسی رفتار ژنراتور القایی دوسو تغذیه به عنوان متداول ترین ژنراتور در صنعت تولید برق بادی اهمیت ویژه ای دارد. در این مقاله ابتدا مدل ریاضی سیستم توربین_ژنراتور بادی متصل به شبکه قدرت به منظور تحلیل دقیق شرایط خطا بکار گرفته شده است. این مدل ریاضی شامل یک مدل مرتبه پنج از ماشین القایی روتور سیم پیچی شده به همراه مدل دو محوری توربین می باشد. در گام بعدی، ژنراتور القایی دوسو تغذیه متصل به شبکه قدرت در نرم افزار MATLAB/Simulink شبیه سازی و با اعمال خطاهای مختلف در شبکه چگونگی پاسخ ژنراتور به این اغتشاشات شدید بررسی شده است. در نهایت نیز نقش عوامل و پارامتر های مختلف سیستم توربین_ژنراتور بر پایداری ماشین و قابلیت گذر از خطای آن مورد مطالعه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: ژنراتور القایی دوسو تغذیه، توربین بادی، خطاهای شبکه، پایداری گذرا
  • امید دریجانی، روح الله فدایی نژاد* صفحات 24-41

    امروزه هوشمندسازی شبکه های توزیع از موضوعات چالشی و جدید محسوب می شود. یکی از مشخصه های هوشمندسازی در این شبکه ها قابلیت مکانیابی سریع و دقیق خطا در آنها است. این موضوع موجب کاهش بخشی از زمان خاموشی هایی می گردد که گروه های تعمیرات صرف جستجوی محل خطا به روش سنتی می نمایند. اما مکانیابی خطا در شبکه های توزیع با توجه به ذات توپولوژیک آنها (انشعابات متعدد، بارهای میانی، خطا در تخمین میزان بارها، نا همگن بودن خطوط و...) کار بسیار دشوار و متفاوت از شبکه های انتقال برق می باشد. در این تحقیق برای کاهش تعداد جوابهای مکانیاب خطا از اطلاعات نشانگرهای خطا استفاده شده است. در این مقاله جهت مکانیابی خطا، روشی مبتنی بر جاروب پس رو پیش رو معرفی شده است. در این راستا با توجه به تخمینی بودن میزان بارهای موجود در شبکه طبعا با پارامترهای دارای عدم قطعیت سر کار خواهیم داشت. بدلیل شرایط آب و هوایی تقریبا یکسان برای فیدرهای توزیع و رفتارهای بعضا مشابه مشترکین بین این پارامترها همبستگی نیز وجود خواهد داشت. لذا جهت مدلسازی مسئله و بدست آوردن تاثیر پارامترهای احتمالاتی بر روی محل محاسبه شده خطا از دو روش مرسوم مونت کارلو و تخمین دو نقطه ای استفاده شده است. در نهایت جهت ارزیابی روش پیشنهادی از شبکه تست 11 باس، و شبکه واقعی 306 باسه فیدر شرف آباد در شهر کرمان استفاده شده است.

    کلیدواژگان: مکانیابی خطا، پس رو پیش رو، شبکه های توزیع، پارامترهای احتمالاتی
  • سجاد باقری*، رضا جهان تاش، گئورگ قره پتیان صفحات 42-53

    تولید همزمان انرژی الکتریکی و حرارتی یک روش صرفه جویی انرژی است که در آن برق و حرارت به طور همزمان تولید می شوند. از ویژگی های مهم واحدهای حرارتی و الکتریکی، وجود یک وابستگی متقابل بین مقدار تولید برق و حرارت است که بر پیچیدگی مسئله می افزاید و می توان توسط روش های بهینه سازی قدرتمند مسئله را حل نمود. در این مقاله برنامه ریزی و بهینه سازی تولید همزمان برق و حرارت شامل تامین توان الکتریکی و حرارتی مورد نیاز شبکه انجام خواهد شد. این هدف با دو رویکرد کلی شامل اثر باز شدن دریچه های بخار و بررسی این اثر به همراه مدل نمودن پیک بار با حضور ذخیره سازهای انرژی از نوع باتری که از نوآوری های اصلی تحقیق بشمار می رود، صورت گرفته است. این مقاله استفاده از الگوریتم های جستجوی ابرکروی و بهینه سازی ازدحام ذرات به منظور بهینه سازی و حل مسئله پخش اقتصادی بارهای الکتریکی و حرارتی در واحدهای بزرگ و مقایسه و اعتبارسنجی نتایج را پیشنهاد می دهد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که می توان  از روش های پیشنهادی به عنوان یک روش مطمین برای حل مسئله پخش بار اقتصادی بارهای الکتریکی و حرارتی با لحاظ نمودن قیود مختلف استفاده نمود.

    کلیدواژگان: تولید همزمان برق و حرارت، اثر باز شدن دریچه های بخار، مدل سازی پیک بار، سیستم های ذخیره ساز انرژی، باتری، الگورتیم جستجوی ابرکروی
  • زهرا مروج*، مهرداد قهرمانی صفحات 54-65

    در این مقاله‏ ، روشی جدید برای تشخیص خطای امپدانس بالا در شبکه های توزیع ارایه شده است. در روش پیشنهادی، از تبدیل موجک ایستان (SWT) به منظور استخراج ویژگی ها استفاده شده است. الگوریتم تشخیص بروز اغتشاش در شبکه، با استفاده از تغییرات ویژگی های انتخاب شده در پنجره های داده پس از بروز خطا در مقایسه با پنجره های داده پیش از بروز خطا، خطای امپدانس بالا را شناسایی می کند. همچنین با استفاده از سیستم تصمیم گیری مبتنی بر رای بر اساس تجمیع خروجی طبقه بندی کننده (PNN) و استفاده از سه پنجره داده پسا-اغتشاش، قابلیت اطمینان روش پیشنهادی بهبود بخشیده شده است. نتایج اجرای روش پیشنهادی برای تشخیص خطای امپدانس بالا بر روی شبکه 34 گره IEEE در نرم افزار EMTP-RV بیانگر دقت، قابلیت اطمینان و امنیت در سطح بالایی می باشد.

    کلیدواژگان: خطای امپدانس بالا، شبکه های توزیع، تبدیل موجک ایستان، تشخیص اغتشاش، شبکه عصبی احتمالی
  • فاطمه شیبانی، هنگامه کشاورز*، مژگان ملاحسنی پور صفحات 66-77

    در بستر شبکه های هوشمند الکتریکی، بهره گیری از منابع سمت تقاضا (منابع پاسخ گویی بار)، مدیریت مناسب تر تقاضای روزافزون انرژی و همچنین کاهش چشم گیر هزینه های متحمل شده سیستم را فراهم می آورد. تعیین پتانسیل منابع سمت تقاضا به علت اثر گذاری بر برنامه ریزی های کوتاه مدت تا بلندمدت سیستم قدرت حایز اهمیت می باشد. مقاله ی حاضر، به ارایه ساختاری دو مرحله ای به منظور شناسایی پتانسیل نامی منابع پاسخ گویی تقاضا، بر مبنای تغییرات الگوی مصرف انرژی و تغییرات دمایی در افق زمانی سالیانه، می پردازد. در مرحله اول، با استفاده از الگوریتم حداکثر درست نمایی، آستانه دمایی عملکرد وسایل سرمایشی و گرمایشی تعیین می گردد. در مرحله دوم، براساس آستانه عملکردی وسایل سرمایشی و گرمایشی، داده های مصرف انرژی به دو بخش تفکیک می گردند؛ سپس، با اعمال ضرایب مختلف به منحنی تقاضا متوسط روزانه و منحنی تقاضا پرباری روزانه، میزان بار انعطاف پذیر(پتانسیل نامی منابع سمت تقاضا) تعیین می گردد. در پایان، با آنالیز آماری پتانسیل نامی منابع سمت تقاضا به دست آمده در سال های مختلف، پتانسیل نامی منابع مجازی سمت تقاضا در فصول گرم و سرد مشخص می گردد. ساختار پیشنهادی، با استفاده از داده های مصرف انرژی و داده های دمایی شهر BOSTON  مورد ارزیابی قرار می گیرد؛ نتایج حاصله، حاکی از میزان تفاوت در پتانسیل نامی با توجه به تغییرات دوره ای دما می باشد.

    کلیدواژگان: انرژی مصرفی، پاسخ گویی تقاضا، تغییرات دما، شبکه هوشمند
  • محمدرضا انصاری*، سید محمدصادق موسوی، شیلا صفایی صفحات 78-91

    امروزه مسئله کیفیت توان به عنوان پارامتری مهم برای مصرف کنندگان انرژی الکتریکی به حساب می آید. المان های غیرخطی (همچون تجهیزات الکترونیک قدرت، کوره های قوس الکتریکی، دستگاه های فرکانس بالا و...) دلیل اصلی وجود مشکلات مربوط به کیفیت توان و ایجاد هارمونیک در شبکه می باشد. در این مقاله یک روش جدید جهت بهبود کیفیت توان در یک کارخانه فولاد ارایه شده است. در این روش جهت حذف هارمونیک های جریان و ولتاژ که کوره های القایی در یک کارخانه فولاد ایجاد می نمایند از یک فیلتر فعال موازی استفاده شده است. جهت بهبود عملکرد فیلتر فعال موازی یک کنترل کننده جدید که بر اساس تیوری P-Q  و کنترل کننده PID طراحی گردیده، پیشنهاد شده است. همچنین در راستای افزایش عملکرد مناسب فیلتر و بهبود شاخص های کیفیت توان، از یک روش بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی گرگ های خاکستری اصلاح شده جهت تنظیم پارامترهای کنترل کننده استفاده گردیده است. با شبیه سازی یک کارخانه فولاد 10 باسه شامل 6 کوره القایی و استفاده از فیلتر فعال موازی ارایه شده در محیط نرم افزار MATLAB/SIMULINK و آنالیز شاخص های هارمونیکی، کارایی ساختار پیشنهادی در افزایش کیفیت توان شبکه قدرت نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: کیفیت توان، فیلتر فعال موازی، تئوری P-Q توسعه یافته، کنترل کننده PID، الگوریتم گرگ های خاکستری، کارخانه فولاد
  • امید شاکری، محمدرضا رضوی*، مهدی الیاسی صفحات 92-107

    سیاست گذاری و توسعه فناوری های حوزه انرژی، از مباحث پر استناد در حوزه اقتصاد است.گام اول برای سیاست گذاری توسعه فناوری، تبیین موانع موجود در مسیر توسعه و به دنبال آن تدوین سیاست ها و به کارگیری ابزارهای سیاستی مناسب در جهت رفع این موانع می باشد. نظر به گسترش روزافزون فناوری تولید همزمان برق و حرارت در کشورهای توسعه یافته و همچنین وجود زمینه های مستعد برای توسعه و کاربرد آن در کشور، این مقاله به شناسایی مهم ترین موانع و مشکلاتی که تا امروز سبب عدم توسعه این فناوری مطابق با اهداف پیش بینی شده در کشور شده است، می پردازد. رویکرد منتخب برای استخراج این موانع، رویکرد تحلیل چندسطحی است که از رویکردهای پرکاربرد و جامع در مطالعات مربوط به گذارهای فناورانه است و به دلیل توجه به عوامل اجتماعی و کلان، از آن استفاده شده است. مقاله، موانع عدم توسعه فناوری تولید همزمان برق و حرارت در کشور را با استفاده از تکنیک تحلیل عاملی تاییدی استخراج می کند. نتایج این تحقیق نشان میدهد عوامل مربوط به نظامات اجتماعی و هم چنین عوامل فرهنگی و اقتصادی کلان کشور، نقش پررنگ تری نسبت به عوامل مربوط به فناوری در عدم توسعه فناوری های بخش انرژی و به ویژه فناوری تولید همزمان برق و حرارت داشته اند.

    کلیدواژگان: توسعه فناوری، تولید همزمان برق و حرارت، گذار فناورانه، رویکرد چندسطحی، تحلیل عاملی تاییدی
  • میثم سعدی* صفحات 108-121

    در فصول گرم، به منظور ایجاد آسایش، از تجهیزات سرمایشی مختلفی استفاده می گردد. در ایران کولر آبی به دلیل سادگی مکانیزم و قیمت مناسب، استفاده فراوانی دارد. به منظور مدیریت انرژی و نیز با توجه به بروز بحران کم آبی و نیز افزایش رطوبت هوای سرد، نیاز به سیستم های دیگر با همان قیمت و کارایی بهتر احساس می شود. خالی بودن بازار سرمایش از محصولات سرمایش تبخیری غیرمستقیم، نیاز به تحقیق و توسعه را نشان می دهد. در این مقاله، نمونه ای از کولر سرمایشی تبخیری غیر مستقیم جریان عمود ساخته شد و عملکرد سرمایشی آن مورد بررسی قرار گرفت. بازده حباب مرطوب و بازده نقطه شبنم برای شرایط آب و هوایی مختلف محاسبه شد. همین طور برای برآورد خروجی کولر، با استفاده از معادلات انتقال حرارت و بالانس انرژی در مبدل حرارتی، کدی با استفاده از نرم افزار ایز نوشته شد و خروجی کد با مقادیر تجربی مقایسه گردید. نتایج نشان می دهند که افزایش دما و کاهش رطوبت نسبی هوای ورودی سبب بهبود عملکرد این نمونه کولر می شود. همچنین افزایش دبی هوای ورودی هر چند که باعث افزایش دمای هوای خروجی می شود، اما ظرفیت سرمایش را بهبود می بخشد.

    کلیدواژگان: سیکل سرمایش میسوتسنکو، مبدل جریان عمود، بررسی تجربی، بازده حباب مرطوب، بازده نقطه شبنم
  • سید محمدحجت محمدی* صفحات 122-141

    سیستم سرمایش فوق بحرانی دی اکسیدکربن (TCC) با تراکم دو مرحله ای ابزاری مناسب برای ایجاد دماهای پایین به شمار می رود، اما ضریب عملکرد آن بسیار کم است. در این پژوهش برای بهبود ضریب عملکرد این سیستم ، از یک مبدل حرارتی تحت عنوان پس خنک کن (AFC) استفاده شده است. وظیفه AFC این است که دمای مبرد خروجی از خنک کن گاز در سیستم TCC را تا کمترین میزان ممکن کاهش دهد. بار سرمایشی مورد نیاز در AFC توسط یک چیلر جذبی و گرمای مورد نیاز برای راه اندازی چیلر جذبی توسط حرارت بازیافت شده از گازهای داغ خروجی از کمپرسورها تامین شده است. انتخاب هایی که برای چیلر جذبی در نظر گرفته شده اند شامل؛ سیستم های جذبی تک اثره لیتیم برمایدی و آمونیاکی می باشد. پیکربندی های پیشنهادی در نرم افزار EES مدلسازی شده است واز دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج نشان داد که در شرایط کاری یکسان و با استفاده از سیستم سرمایش جذبی آمونیاکی در قسمت AFC، می توان ضریب عملکرد بالاتری را برای سیستم TCC رقم زد (22% بالاتر). اما با استفاده از سیستم آمونیاکی، فاکتور کاربرد انرژی کل سیستم (EUF) ) و نیز راندمان اگزرژی آن به ترتیب 25% و 29% پایین تر است. نتایج تحلیل پارامتری نیز نشان داد که طراحی دقیق شرایط کارکرد یک سیستم سرمایش فوق بحرانی دی اکسیدکربن می تواند سهم بسزایی در بهبود عملکرد این سیستم داشته باشد. به گونه ای که ضریب عملکرد و EUF در سیستم ترکیبی با AFC لیتیم برمایدی می تواند به ترتیب تا میزان 7/4% و 4/59% نسبت به سیستم ترکیبی با AFC آمونیاکی بهبود پیدا کند. از سوی دیگر نتایج تحلیل اقتصادی بیانگر این مطلب است که با قیمت های فعلی برق و گاز در ایران، هزینه های سالانه سیستم ترکیبی که از سیستم سرمایش جذبی لیتیم برمایدی استفاده می کند در مقایسه با سیستم TCC غیر ترکیبی به میزان $3720 و در مقایسه با سیستم ترکیبی با AFC آمونیاکی به میزان $4590 کمتر می باشد.

    کلیدواژگان: سیستم سرمایش فوق بحرانی دی اکسیدکربن، سیستم سرمایش جذبی، پس خنک کن، تحلیل اقتصادی، تحلیل اگزرژی
|
  • Mahnoosh Shajiee, Seyed Kamal Hosseini Sani*, Saeed Shamaghdari, Mohammad Bagher Naghibi Sistani Pages 2-11

    This paper investigates a new scheme in the design of a dynamic observer for generator torque estimation in the wind turbine. Using a dynamic sliding mode observer design that has never been used for a wind turbine, we increase the Lipschitz constant, which is equivalent to increase the operation range and increasing the observer's robustness to the nonlinear term. Design innovation is the use of dynamic gain in the design of the SMO and guarantee of asymptotic stability condition by  optimal control problem. The additional degree of freedom proposed by this dynamic formula is used to cope with the nonlinearity. Finally, using the real wind profile, the design procedure is implemented on the 100 kW wind turbine of the Sun and Air Research Institute and the results are also evaluated with the wind turbine simulator software FAST. Also, as the second contribution of this paper, by adding process noise and measurement noise to the turbine, the superiority of the proposed algorithm over others is investigated.

    Keywords: Drivetrain, Robust dynamic observer, Sliding mode, Hinf performance
  • Mohammad Rajabi Nasab, Hamid Yaghobi* Pages 12-23

    As the penetration of wind power into the power system has increased in recent years, the importance of transient behavior analysis of wind turbine generators is felt more than ever, especially during network faults. Among the various types of generators which are used in wind power plants, studying the behavior of Doubly fed induction generator (DFIG) as the most well-known generator in the wind power industry is so important. This Paper uses a detailed model of grid-connected DFIG appropriate for fault analysis. This model includes a  order mathematical model of the wound rotor induction machine along with a two-mass model of the mechanical drive train. In the next step, transient fault responses of DFIG based wind turbine are analyzed by using simulation results from the MATLAB/Simulink software. Further examinations are also made to verify the impact of various parameters of wind turbine-generator system on fault ride-through (FRT) capability of grid-connected DFIG.

    Keywords: Doubly-fed induction generator, Wind turbine, Grid faults, Transient stability
  • Omid Darijany, Roholla Fadaeinejad* Pages 24-41

    Nowadays, smart grid implementation is a new and challenging issue. One of the important parameters in the smart grids is their fast and accurate fault locator capability. This capability reduces power outage time, which the repair teams of the power distribution companies mostly lose to find the fault location in a traditional way. The fault allocation in the distribution networks, due to their topological nature (high complexity, intermediate loads, load uncertainty, no homogeneity of lines, etc.), is a very difficult and different from transmission networks. In this research, fault indicator information is used to deal with multiple result problem introduced by fault locator in distribution networks.  In this paper, a forward-backward sweep based method is introduced to find fault location. There are some uncertain parameter in fault location because of the error on the load estimation. There is correlation between these parameters due to similarity of the environmental conditions and customer behavior. Therefore, two methods (Monte Carlo and two-point estimation) are used to model probabilistic parameters on fault location. Finally, the 11-bus test network and the actual 306-bus Sharfabad feeder network in Kerman are utilized to evaluate the proposed method.

    Keywords: Fault Location, Fault Indicator, Load Probabilistic Model
  • Sajad Bagheri*, Reza Jahantash, Gevork Gharehpetian Pages 42-53

    The combined heat and power (CHP) generation is an energy-saving method in which power and heat are simultaneously generated. The important features of heat and power units are the interdependence between the amount of power and heat generated, which increases the complexity of the problem and can be solved by powerful optimization methods. In this paper, planning and optimizing the combined heat and power generation, including the supply of electrical and thermal power required by the network, are performed. This goal is achieved with two main approaches, including the valve point effect and examining this effect while modeling load peak in the presence of energy storage systems of the battery type, which is the novelty of this paper. This paper offers the hyper-spherical search (HSS) algorithm and particle swarm optimization method to optimize and solve the problem of CHPED in large units and, then, compares and validates the results. The simulation results show that the proposed methods can be used as a reliable method to solve the problem of CHPED by considering different constraints.

    Keywords: Combined heat, power, Effect of opening steam valves, Peak load modeling, Energy storage systems, Battery, Hyper-spherical search algorithm
  • Zahra Moravej*, Mehrdad Ghahremani Pages 54-65

    In this paper, a new method for detecting high impedance fault in distribution networks is presented. In the proposed method, the Stationary Wavelet Transform (SWT) is used to extract features. Disturbance detection algorithm in the network, using changes in selected features in the data windows after the fault occurrence, compared with the data windows before the fault occurrence, detects the high impedance fault. It also uses the vote-based decision-making system based on the aggregation of the output of the PNN classification and the use of three post-disturbance data windows, has been improved the reliability of the proposed method. The results of the proposed method for detecting high impedance fault on the 34-node IEEE in the EMTP-RV software indicate the accuracy, reliability, and security of the proposed method at a high level.

    Keywords: High impedance fault, distribution networks, Stationary Wavelet Transform, Disturbance detection, Probabilistic Neural Network
  • Fatemeh Sheibani, Hengameh Keshavarz*, Mojgan Mollahassani-Pour Pages 66-77

    Under the smart environment, utilizing demand side resources (DSRs), the so-called demand response resources (DRRs), provide more suitable management for the growing energy consumption as well as considerable reduction of system expenditures. Estimation of DSRs potential due to affecting the power system scheduling ranging from short-term to long-term is contemplated as an essential issue. In this paper, a two-stage structure is proposed to determine the potential of DRRs based upon the variation of energy consumption in comparison with the temperature along one year horizon time. In the first stage, utilizing a sample estimation method, the temperature threshold for commitment of cooling and heating appliances is specified. In the next stage, the energy consumption data are clustered in two categories regarding temperature thresholds. Then, the flexible load level, DRRs potential, is determined via implementing multifarious indices to the maximum and average daily load profile. Lastly, the final potential of DSRs will be determined in warm and cold weather conditions regarding the statistical analysis of computed DRRs’ potential in different years. To evaluate the capability of the proposed structure, the energy consumption as well as ambient temperature of Boston city is utilized. The obtained results show the difference between DRRs’ potential in different climate conditions.

    Keywords: Energy consumption, Demand response, Temperature variations, Smart grid
  • Mohammad Reza Ansari*, Mohammad Sadegh Mousavi, Shila Safaee Pages 78-91

    Nowadays, the issue of power quality is an important parameter for electricity consumers. Nonlinear elements (such as electronic power equipment, electric arc furnaces, high frequency devices, etc.) are the main reason for the problems related to power quality and the creation of harmonics in the network. In this paper, a new method to improve the power quality in a steel plant is presented. A shunt active power filter is used to eliminate current and voltage harmonics of electric arc furnaces in a steel plant in this method. To improve the performance of the shunt active power filter, a new controller based on PID controller and P-Q theory has been proposed. Also, an optimization method based on the modified gray wolf optimization (MGWO) has been used to adjust the control parameters in order to improve the proper performance of the filter and the power quality indices. A 10-bus steel plant, including 6 electric induction furnaces and a shunt active power filter is simulated by MATLAB/Simulink. The analysis of harmonic indices shows the efficiency of the proposed structure to increase the power quality of the power system.

    Keywords: power quality, shunt active power filter, developed P-Q theory, PID controller, gray wolf optimization, steel plant
  • Omid Shakeri, Mohammadreza Razavi*, Mehdi Elyasi Pages 92-107

    Making policies for technology development in energy sector has been amongst the most cited issues in economic studies. The first step to make policy for technology development is to recognize barriers and bottlenecks of technology development. Regarding the growing significance of CHP technology in developed economies and also the potential competence in Iran, this paper aims at identifying the most important barriers hindering the CHP development in Iran in comparison with the national plans. The Multi-Level Perspective approach was selected to recognize these bottlenecks as it considers the social and macro contextual factors. The problems were identified and then verified using confirmatory factor analysis. The results demonstrate that the social, cultural and macro-economic factors play the more important role compared to technological factors. More precisely, connecting to a centralized and public power grid has become a routine for industries in Iran. Moreover, regulations and standards required to connect the CHP plants to these centralized grid have not been designed well. At the next level of importance, some cultural attitudes such as preferring foreign technologies were noticed to have the considerable negative effect on CHP development in Iran.

    Keywords: Combined Heat, Power, technological transition, Multi-Level Perspective, Confirmatory Factor Analysis
  • Meisam Sadi* Pages 108-121

    In warm seasons, different types of cooling equipment can be implemented to provide cooling comfort. In Iran, the swamp cooler is very useful due to the simplicity of the mechanism and reasonable price. While due to energy management as well as the water shortage crisis and the increase in the humidity of the supplied air, the need for other systems with the same price and efficiency is felt well. The vacancy of indirect evaporative cooling products in the cooling market indicates that the need for research and development. In this paper, an indirect evaporative cooling cooler was constructed with the crossflow heat exchanger and its cooling performance was investigated. Wet-bulb effectiveness and dew point effectiveness were calculated for different inlet air conditions. Similarly, to estimate the cooler output, a code was written using the heat transfer equations and energy balance in the heat exchanger by EES software, and the code results were compared with the experimental values. The results show that an increase in the temperature and decrease in the relative humidity of the intake air improve the performance of the cooler. Also, an increase in the intake airflow improves the cooling capacity, although it increases the outlet air temperature.

    Keywords: Maisotsenko cooling cycle, cross-flow heat exchanger, wet-bulb effectiveness, dew-point effectiveness
  • S.M.Hojjat Mohammadi* Pages 122-141
    Introduction

    Two-stage Transcritical Carbon dioxide Compression (TCC) refrigeration system is a useful tool to provide low-temperature refrigeration, but with a low coefficient of performance (COP). In this research, in order to improve this COP, a heat exchanger, called After-Cooler (AFC), is embedded into the system configuration. The AFC cools down the temperature of the refrigerant leaving the gas-cooler to the lowest possible temperature. The cooling load of the AFC is provided by an absorption refrigeration system and the heating power required to run the absorption chiller is supplied by the waste heat, recovered from the hot refrigerant, leaving the compressors. When the recovered heat is not enough to provide the maximum cooling load, an auxiliary boiler is used in order to provide the redundant heat, required by the generator of the absorption chiller. Single-effect LiBr/H2O and Ammonia/Water absorption refrigeration systems are the two options for the AFC part. The proposed configurations are modeled in EES software and analyzed from energy and exergy viewpoints. A parametric study is also performed, in order to evaluate the performance of the two proposed systems, in different operating conditions. Finally, an economic analysis reveals the system with lower annual life-cycle cost (ALCC).

    Materials and methods

    In order to simiulate the proposed combined systems, mass, energy and exergy balance equations are applied on all components. These equations are solved for each componenet, so that the energy consumption and exergy destruction of that component are calculated. The results of the simulations of the TCC and absorption systems are validated by the presented literature. Then, a parametric study is performed in order to point out the optimal operating conditions. Finally, the proposed sytems are studied for the optimal operating condition, from an economic viewpoint.

    Result

    Results show that in mutual operating conditions, using an ammonia/water absorption chiller results in a higher COP for TCC system, say 22% higher. But compared to the LiBr absorption system, the ammonia absorption system reduces the Energy Utilization Factor (EUF) and the exergy efficiency of the whole system, 25% and 29%, respectively. Results of the parametric study state that the accurate design of the operating conditions of a TCC system result in the increase of system performances. So that, the COP and EUF of the system with LiBr AFC could respectively increase up to 4.7% and 59.4%, compared to the NH3-AFC counterpart. On the other hand, economic analysis illustrates that with the current energy carriers’ prices in Iran, the annual cost of the system which has combined the TCC and the LiBr-AFC is 3720$ less than that of a single TCC and 4590$ less than that of the combined TCC and the NH3-AFC.

    Discussion and Conclusion

    Energy and exergy analyses show that by use of a LiBr absorption chiller as the after-cooler, COP and EUF of the TCC system can be increased up to 48.73% and 73.4%, respectively. Also, it can be concluded that a LiBr after-cooler can reduce the ALCC of the combined system up to 5%, compared to a single TCC system.

    Keywords: Transcritical Carbon dioxide Compression refrigeration system, Absorption refrigeration system, After-cooler, Economic analysis, Exergy Analysis