فهرست مطالب

مهندسی و مدیریت انرژی - سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 44، تابستان 1401)

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 44، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/05
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سعید اسمعیلی، علیرضا ناطقی، حسن زارع*، حسین اصغرپورعلمداری صفحات 2-11

    در این مقاله، برنامه ریزی بهره برداری ریزشبکه ها مشتمل بر منابع تولید انرژی و سیستم های ذخیره انرژی مبتنی بر یادگیری تقویتی عمیق ارایه شده است. با توجه به خاصیت پویایی مسیله، ابتدا در قالب یک فرایند تصمیم گیری مارکوف متشکل از چهارتایی (حالت، اقدام، تابع احتمال انتقال و پاداش) فرمول بندی شده است. سپس، الگوریتم گرادیان استراتژی قطعی عمیق به منظور یادگیری استراتژی بهینه برنامه ریزی بهره برداری ریزشبکه با هدف کمینه کردن هزینه های بهره برداری ارایه شده است. این الگوریتم یک روش بی نیاز از مدل، مستقل از استراتژی و بر مبنای معماری عامل-نقاد است که می تواند به خوبی فضای حالت و اقدام مسیله را به صورت پیوسته مدل سازی و بر چالش بزرگ بودن ابعاد مسیله غلبه کند. به منظور ارزیابی الگوریتم ارایه شده، نتایج با الگوریتم یادگیری Q عمیق و روش تحلیلی مقایسه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی، کارایی الگوریتم گرادیان استراتژی قطعی عمیق ارایه شده را از جهت همگرایی، زمان اجرا و هزینه کل نشان دادند.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، گرادیان استراتژی قطعی عمیق، فرایند تصمیم گیری مارکوف، برنامه ریزی بهره برداری
  • مصطفی دودانگه، نوید غفارزاده* صفحات 12-25

    در این مقاله روشی جدید برای تشخیص خطا و تعیین محل خطا در ریزشبکه DC چندپایانه ای (MTDC) ارایه شده است. مسایلی از جمله گسترش منابع و بارهای DC و تلاش برای افزایش کیفیت توان باعث گسترش شبکه های MTDC شده است. تشخیص انواع و محل خطا برای تداوم سرویس دهی و جلوگیری از خرابی بیشتر مورد اهمیت است. در این روش یک کیت مداری به شبکه متصل می شود. در صورت رخداد خطا در شبکه با عبور جریان از کیت های متصل شده و اندازه گیری امواج سیار مشتق جریان خطا و اعمال آن به یک فیلتر ریخت شناسی ریاضی، تشخیص خطا صورت می گیرد. تعیین محل خطا با استفاده از معادلات مداری و محاسبات جریانی صورت می گیرد. در تعیین نوع خطا از خروجی phaselet و سیستم استنتاج فازی استفاده شده است. روش ارایه شده در یک ریزشبکه MTDC متصل به منابع ذخیره کننده و تجدیدپذیر انرژی با خطاهای بسیاری آزموده شد. نتایج بیان کننده صحت روش پیشنهادی است. خطای روش پیشنهادی کمتر از 7 درصد است. و نسبت به تغییر فرکانس نمونه برداری (بین 500 هرتز تا 50 کیلوهرتز)، مقاومت خطا (تا 125 اهم) و بارگذاری (تا 120% بار نامی) به صورت مقاوم عمل می کند و در خطاهای با امپدانس بالا عملکرد بسیار خوبی دارد.

    کلیدواژگان: حفاظت ریزشبکهMTDC، سیستم استنتاج فازی، دسته بندی خطا، تشخیص و تعیین محل خطا، تزریق جریان، phaselet آنلاین و فیلتر ریخت شناسی ریاضی
  • میلاد چنددل، جواد علمائی*، عارف جلیلی ایرانی صفحات 26-37

    ریزشبکه، سیستم قدرت کنترل شده در مقیاس کوچک بوده که می تواند در حالت جزیره یا متصل به شبکه به منظور تامین توان مورد استفاده قرار گیرد. در ریزشبکه مستقل از شبکه، به دلیل اینرسی کم سیستم با بروز کوچک ترین اغتشاش، فرکانس سیستم تحت تاثیر شدید قرار می گیرد. در ریزشبکه مستقل از شبکه، منابع تولید متعددی از قبیل خورشیدی، بادی و... را می توان در نظر گرفت. همچنین در کنار این نیروگاه ها می توان بحث تبدیل انرژی ناشی از تغییرات دمایی را نیز اشاره کرد که می تواند به عنوان مبدل ترموالکتریک مدنظر قرار گیرد. در این مقاله سعی بر آن است که مدلی برای میکروگرید با حضور سیستم ترموالکتریک ارایه شود. با توجه به انواع عدم قطعیت ها و تغییرات بار، لازم است برای بهبود پایداری دینامیکی و قابلیت اطمینان سیستم میکروگرید، کنترل کننده پیشرفته ای توسعه داده شود. کنترل کننده مذکور پیشنهادی، PID گام کسری فازی بهبود یافته بوده و به منظور ارزیابی مقاوم، به یک میکروگرید نمونه با وجود تغییرات پارامتریک و تحت تقاضاهای بزرگ و اغتشاشات، اعمال شده و با کنترل کننده های PID، FOPID و FPID مقایسه گردیده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی کارایی مناسبی داشته است و عملکرد مقاومی را از خود بروز می دهد.

    کلیدواژگان: ترموالکتریک، کنترل بار فرکانس، ریزشبکه، الگوریتم ژنتیک، منطق فازی، کنترل کننده گام کسری، کنترل کننده PID گام کسری فازی بهبودیافته
  • رضا بهبود، مینا ملاصالحی*، گئورگ قره پتیان صفحات 38-55

    افزایش روزافزون دمای کره زمین و نیاز حیاتی به کاهش آلاینده های زیست محیطی ناشی از گازهای گلخانه ای تولیدشده در اثر مصرف سوخت های فسیلی از یک سو و تجدیدناپذیری این نوع سوخت ها از سوی دیگر، منجر به تغییر رویکرد و استفاده از فناوری های پیشرفته و منابع تجدیدپذیر انرژی به عنوان سوخت های جایگزین در تجهیزات تولیدکننده انرژی الکتریکی شده است. با این حال طبیعت نامتناوب منابع انرژی تجدیدپذیر سبب شده است تا از دیزل ژنراتور به عنوان یک منبع پشتیبان برای پوشش بار در شرایط حساس و اضطراری استفاده شود. در این میان استفاده از سوخت زیستی به عنوان جایگزین سوخت فسیلی در دیزل ژنراتورها، نه تنها از انتشار خالص کربن دی اکسید و سایر آلاینده های سمی در هوا جلوگیری می کند، بلکه از لحاظ اقتصادی نیز می تواند از صرف هزینه های بسیار در آینده جلوگیری کند. در این پژوهش سعی شده است تا علاوه بر حفظ مشخصات فنی و افزایش قابلیت اطمینان سیستم ناشی از افزودن نیروگاه برق آبی به سایر سیستم های بادی و خورشیدی، از سوخت بایو دیزل (سوخت زیستی) به عنوان جایگزین سوخت فسیلی در دیزل ژنراتور استفاده و بهینه ترین ترکیب سیستم به لحاظ اقتصادی با اعمال هزینه های اجتماعی و حد مجاز انتشار گازهای آلاینده و گلخانه ای در حالت مستقل از شبکه با کمک نرم افزار هومر برای مطالعه موردی روستای ونایی در استان لرستان در کشور ایران شناسایی شود.

    کلیدواژگان: بایو دیزل ژنراتور، کاهش آلاینده های زیست محیطی، انرژی های تجدیدپذیر، سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، قابلیت اطمینان، نرم افزار هومر
  • اشکان صوفی زاده، بهروز طوسی*، وحید تلاوت، سعید رضائیان مرجانی صفحات 56-63

    پایداری ولتاژ باس، فاکتور بسیار مهمی در قابلیت اطمینان سیستم قدرت است. اگر سیستم قدرت توانایی پاسخ به تقاضای توان راکتیو را روی یک باس نداشته باشد، ولتاژ شروع  به کاهش کرده، در صورت عدم عملکرد سیستم حفاظت الکتریکی می تواند منجر به فروپاشی ولتاژ گردد. بنابراین جبران سازی توان راکتیو می تواند احتمال فروپاشی ولتاژ را کاهش دهد. در مقاله حاضر ضمن بررسی معیارهای موجود برای مشخص کردن ضعیف ترین باس از نظر توان راکتیو، دو معیار جدید برای این منظور معرفی شده است. شبکه 30 باس استاندارد IEEE مطالعه شده و احتمال قرار گرفتن شبکه در ناحیه های ولتاژی نرمال، زیر ولتاژ، ریسک و فروپاشی ولتاژ محاسبه شده است، سپس با جای گذاری خازن ها با استفاده از الگوریتم PSO، احتمال فروپاشی شبکه به طور چشمگیری کاهش داده شده است. همچنین معیارهای جدید برای مشخص کردن ضعیف ترین باس سیستم مورد بررسی قرار گرفته و برتری آن ها بر معیارهای مرسوم اثبات شده است. نتیجه استفاده از اندیس های ارایه شده و نتیجه استفاده از الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی مشابه هم هستند و می توانند برای کاهش احتمال فروپاشی در شبکه برق استفاده گردند.

    کلیدواژگان: فروپاشی ولتاژ، قابلیت اطمینان، خازن، توان راکتیو، PSO
  • علیرضا جوادی* صفحات 64-71

    یکی از روش های مرسوم حذف اکسید آهن از سطح ورق های فولادی نورد گرم شده، شست وشوی ورق توسط اسید است. رایج ترین اسیدی که در صنعت فولاد بدین منظور استفاده می شود اسید کلریدریک است. یکی از روش های بازیافت اسید کلریدریک از پساب محلول اسیدشویی که در صنایع فولاد استفاده می شود روش بازیافت اسید با استفاده از راکتور بستر سیال است که در راستای کاهش چالش های زیست محیطی و استفاده بهینه از انرژی و افزایش راندمان و بهره وری در صنایع فولاد مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق، دو روش استخراج حلالی و روش تبخیر و کریستالیزاسیون جهت بازیافت اسید پیشنهاد شد. نتایج نشان داد که روش استخراج حلالی دارای راندمان پایین و کنترل سخت سیستم و پایش مداوم بوده اما روش تبخیر و کریستالیزاسیون که در آن کمترین نیروی انسانی با کمترین میزان مصرف انرژی به همراه کمترین میزان آلایندگی برای محیط زیست با راندمانی بالا و همچنین محصولات نهایی ارزشمند را دارد، از ارجحیت قابل قبولی برخوردار است. در روش تبخیر و کریستالیزاسیون، محلول اسید هیدروکلریدریک 5/17% و کلرید آهن بازیافت می شود که مصارف زیادی داشته و قابل فروش است. آب حاصل از فرایند تبخیر و کریستالیزاسیون می تواند به عنوان یک محصول در کارخانه یا آب دهی فضای سبز کارخانه استفاده شود.

    کلیدواژگان: فولاد، اسیدشویی، بازیافت، انرژی، محیط زیست، تبخیر و کریستالیزاسیون
  • رحمت الله محبوب، کامران خیرعلی پور* صفحات 72-81

    یکی از مشکلات اصلی استفاده از سلول های خورشیدی ریزگردها هستند که سبب کاهش بازده آن ها می شوند. در مقاله حاضر تاثیر ریزگرد و زاویه استقرار پنل فتوولتاییک بر افت عملکرد آن در شهر ایلام بررسی شده است. آزمایش ها با استفاده از دو پنل مشابه و در فصل بهار با در نظر گرفتن مقادیر مختلف ریزگرد از 0 تا 94/236 گرم بر مترمربع اجرا شد. افت ولتاژ، جریان و توان محاسبه شد و اثر میزان ریزگرد و زاویه پنل بر افت آن ها در قالب آزمایش چندعامله بر پایه طرح کاملا تصادفی بررسی شد. اثر ریزگرد بر افت ولتاژ، جریان و توان در سطح احتمال 1% معنی دار بود و با افزایش میزان ریزگرد، افت آن ها افزایش یافت. کمترین افت عملکرد مربوط به ولتاژ بود که بین 53/1% در زاویه 8/4 درجه و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و 84/7% در زاویه 1/26 درجه و میزان ریزگرد 28/72 گرم بر مترمربع متغیر بود. شدت جریان خروجی نسبت به ولتاژ افت بیشتری داشته و بیشترین مقدار آن (19/87%) در زاویه 1/26 درجه پنل و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و کمترین مقدار آن (8/24%) در زاویه 1/26 درجه و میزان ریزگرد 85/42 گرم بر مترمربع مشاهده شد. بیشترین افت توان (5/87%) مربوط به زاویه 1/26 درجه و میزان ریزگرد 94/236 گرم بر مترمربع و کمترین افت آن (5/26%) در زاویه 1/26 درجه و میزان ریزگرد 85/42 گرم بر مترمربع محاسبه شد. مشخص گردید که زاویه تعیین شده بر اساس موقعیت جغرافیایی (1/26 درجه) نسبت به دیگر زاویه های مورد بررسی دارای افت عملکردی کمتری بوده و بنابراین زاویه مناسب تری برای تولید انرژی الکتریکی در صورت وقوع پدیده ریزگردها می باشد.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، پنل فتوولتائیک، افت عملکرد، ریزگرد، ولتاژ، جریان، توان
  • فرهاد وحیدی نیا*، حسین خراسانی زاده، علیرضا آقایی صفحات 82-95

    در مطالعه حاضر به صورت تیوری بر مبنای یک مدل حرارتی به بررسی عملکرد یک کلکتور سهموی خطی با استفاده از نانوسیال هیبریدی و مقایسه آن با مونو نانوسیال و سیال پایه پرداخته شده است. از ترمینول وی پی 1 به عنوان سیال پایه و از نانوذرات اکسید آهن برای تولید مونو نانوسیال و از نانوکامپوزیت نانولوله های کربنی چنددیواره- اکسید آهن به عنوان ذرات نانو برای تولید نانوسیال هیبریدی استفاده شده است. جریان سیال داخل لوله جاذب کلکتور به صورت مغشوش فرض شده است. نتایج نشان داد که وقتی از نانوسیال هیبریدی و مونو نانوسیال استفاده می شود، راندمان های انرژی و اگزرژی کلکتور نسبت به شرایط استفاده از سیال پایه بیشتر هستند، ولی مقدار آن ها با استفاده از نانوسیال هیبریدی اندکی کمتر از شرایطی است که سیال عامل مونو نانوسیال باشد. بیشترین افزایش راندمان انرژی کلکتور برای نانوسیال هیبریدی و مونو نانوسیال نسبت به سیال پایه به ترتیب برابر با 17/2% و 22/2% و بیشترین میزان افزایش راندمان اگزرژی به ترتیب برابر 49/1% و 58/%1 به دست آمد. با وجود این ضریب اصطکاک مونو نانوسیال نسبت به نانوسیال هیبریدی به طور متوسط حدود 7% بیشتر به دست آمد. نتایج نشان داد که معیار ارزیابی عملکرد کلکتور (بازده حرارتی- هیدرودینامیکی) وقتی از نانوسیال هیبریدی استفاده شود، بیشتر از شرایطی است که از مونو نانوسیال استفاده شود.

    کلیدواژگان: کلکتور سهموی خطی، نانولوله های کربنی چنددیواره، اکسید آهن، راندمان انرژی، نانوسیال هیبریدی، مونو نانوسیال، راندمان اگزرژی
  • سعید فروتنی، غلامرضا صالحی*، حسین فلاح سهی، کامران لاری، افشین محسنی آراسته صفحات 96-109

    در این تحقیق تاثیرات همزمان زمان بندی پاشش سوخت و به کارگیری گازهای سنتزی بر تولید آلاینده ها و عملکرد یک موتور اشتعال تراکمی با واکنش پذیری کنترل شده بررسی شده است. همچنین حل عددی تغییر زمان بندی پاشش سوخت از 10 تا 30 درجه قبل از نقطه مرگ بالا و ترکیبات سوخت در سه حالت دیزل معمولی، دیزل به همراه دو نسبت20 و 40% گاز سنتز (شامل ترکیب هیدروژن و مونوکسید کربن)، با حفظ انرژی ثابت برای هر سیکل، استراتژی هایی هستند که مورد مطالعه قرارگرفته اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش نسبت گاز سنتز، فشار و نرخ آزادسازی حرارت درون سیلندر افزایش می یابد، درحالی که با تعویق زمان بندی پاشش سوخت این مقادیر کاهشی هستند. علاوه بر این تولید اکسیدهای نیتروژن با افزودن گازهای سنتز، همانند مونوکسید کربن افزایش یافته، در صورتی که تعویق در زمان بندی پاشش سوخت موجب کاهش اکسیدهای نیتروژن و دی اکسید کربن و افزایش مونوکسید کربن شده است. آلاینده ذرات معلق با افزودن ترکیب گاز سنتز و افزایش آن، به شدت کاهش یافته است که روند کاهشی آن با تعویق در زمان بندی پاشش سوخت ادامه می یابد. از طرفی استفاده از گاز سنتز با تعویق در زمان بندی پاشش سوخت، باعث کاهش توان و بازده حرارتی اندیکاتوری و افزایش مصرف سوخت اندیکاتوری می شود. نهایتا نسبت 40 درصدی گاز سنتز و زمان بندی پاشش سوخت 10 درجه قبل از نقطه مرگ بالا، استراتژی مناسبی برای کاهش آلاینده ها (ذرات معلق و دی اکسید کربن) است.

    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، زمان بندی پاشش سوخت، گاز سنتز، انتشار آلایندگی
  • محمد حسینی، ابوالفضل فتاحی* صفحات 110-117

    بعد از گذشت چند سال از بهره برداری سیکل ترکیبی در یکی از نیروگاه های حرارتی کشور مشاهده شد که لوله های فوق گرمکن بخش دما بالای دیگ بخار دچار آسیب و گسیختگی از محل اتصال به سرلوله های فوقانی شده است. بر اساس بررسی ها مشخص شد این پدیده برای چندین لوله در یک زمان و به صورت ناگهانی اتفاق افتاده که موجب خسارت سنگین به تجهیزات ابزار دقیق دیگ بخار و آسیب به سازه های داخلی در زمان حادثه شده است. بررسی آزمایشگاهی لوله های آسیب دیده با آزمون های مختلفی همچون آنالیز سوخت ورودی به محفظه احتراق، سختی سنجی لوله های سالم و گسیخته شده، ساختارشناسی از محل گسیختگی و آنالیز ترکیب رسوب داخل لوله فوق گرمکن صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دمای فلز در محل اتصال و تنش های ثابت اعمال شده به مدت طولانی عامل تخریب آن هستند. برخورد مستقیم گاز ورودی به دیگ بخار به لوله های فوق گرمکن دما بالا و همچنین تنش های ناشی از انبساط طولی لوله های مذکور باعث آسیب دیدگی و متعاقبا خروج اضطراری واحد از چرخه تولید توان شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مواردی از قبیل استفاده از سیستم دوده روب، بهبود کیفیت سوخت مورد استفاده، اصلاح سیستم احتراقی برای استفاده از سوخت های خارج طراحی و تنظیم پذیر کردن مشعل ها برای جلوگیری از نقص های ایجادشده پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: دیگ بخار، فوق گرمکن دما بالا، انبساط طولی لوله، تنش حرارتی، گسیختگی مکانیکی
|
  • Saeid Esmaeili, Alireza Nateghi, Hassan Zare*, Hossein Asgharpour-Alamdari Pages 2-11

    In this paper, the operation scheduling of Microgrids (MGs), including Distributed Energy Resources (DERs) and Energy Storage Systems (ESSs), is proposed using a Deep Reinforcement Learning (DRL) based approach. Due to the dynamic characteristic of the problem, it firstly is formulated as a Markov Decision Process (MDP). Next, Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) algorithm is presented to minimize total operational costs by learning the optimal strategy for operation scheduling of MG systems. This model-free algorithm deploys an actor-critic architecture which can not only model the continuous state and action spaces properly but also overcome the curse of dimensionality. In order to evaluate the efficiency of the proposed algorithm, the results were compared with the analytical method and a Q-based learning algorithm which demonstrates the capability of the DDPG method from the aspects of convergence, running time, and total costs.

    Keywords: Microgrid, Deep deterministic policy gradient, Markov decision process, Operational scheduling
  • Mostafa Dodangeh, Navid Ghaffarzadeh* Pages 12-25

    In this paper, a new method for fault detection, location, and classification in multi-terminal DC microgrid (MTDC) is proposed. MTDC grids have expanded due to some issues such as the expansion of DC resources, loads, and aims to increase power quality. Diagnosing the types and location of faults is important to continue the service and prevent further outages. In this method, a circuit kit is connected to the grid. In fault time, the fault in the network is detected by passing the current through the connected kits and measuring the traveling waves derived from the fault current as well as applying it to a mathematical morphological filter. Determining the location of the fault is done using circuit equations and current calculations. Phaselet output and fuzzy inference systems are used to determine the type of faults. The presented method was tested in an MTDC microgrid connected to renewable and energy storages with many faults. The results show the ability of the proposed method. The error of the proposed fault location method is less than 7%. This method is resistant towards the change in sampling frequency (between 500 Hz and 50 kHz), fault resistance (up to 125 ohms), and loading (up to 120% of the nominal load); it acts very well in high impedance faults.

    Keywords: MTDC microgrid protection, Fuzzy inference system, Fault classification, Fault detection, location, Flow injection technique, online phaselet, mathematical morphology filter
  • Milad Chandel, Javad Olamaei*, Aref Jalili Irani Pages 26-37

    The Microgrid is a small-scale controlled power system, which can be used in islanded mode or in a grid-connected one to provide power. In the islanded Microgrid, the system frequency will be affected severely by the smallest disturbance which can happen due to light inertia in the system. In the independent Microgrid, several generation sources such as solar, wind, and so on can be considered. In addition to these power plants, the discussion of energy conversion as a result of temperature changes can be considered as a thermoelectric converter. In the present article, the effort has been made to propose a microgrid model which incorporates a Thermoelectric Generator (TEG) system. In this system, due to the variety of uncertainties and load variations, an advanced controller must be developed to improve the dynamic stability and reliability of the microgrid system. The Improved Fuzzy Fractional-Order PID is the suggested controller. The proposed controller is applied to a sample islanded microgrid to establish a robust evaluation and to be checked under parametric changes, great demands, and disturbances. The offered controller is compared with those of other PID, FOPID and FPID controllers. The results of simulations reveal that the proposed controller has a proper and robust performance.

    Keywords: Thermoelectric generator, LFC, Microgrid, Genetic algorithm, Fuzzy logic, FOPID, IF-FOPID
  • Reza Behboud, Mina Mollasalehi*, George Gharepatian Pages 38-55

    An increase in global temperature, the vital need to reduce environmental emissions resulted from greenhouse gases, and the nonrenewablity of those energy resources have led to a change in attitudes and a turn to deploy advanced technologies and renewable energy resources as an alternative in electric power generation equipment. However, renewable energy resources are not reliable. In fact, the non-reliable nature of these resources has caused the deployment of diesel generators as a backup resource to cover loads in emergency situations. Among these non-reliable resources, biofuels as a substitute for fossil fuels in diesel generators not only stop the emissions of pure CO2 and other toxic pollutants in the air but also save money in the future. In this study, it has been tried to preserve technical specifications and the reliability of system by adding a hydroelectric power plant in addition to wind and solar systems. Furthermore, the use of biodiesel (biofuel) as an alternative in diesel generators can help identify an optimized autonomous hybrid system in terms of minimum costs while considering social costs and emission limits by Homer software of. Vanaei village in Lorestan province, Iran, is presented as acase study.

    Keywords: Optimal design, Biodiesel fuel, Environmental emissions, Social cost, Renewable energy, Off-grid system, Reliability, Homer, Hydroelectric power plant, Cash flow
  • Ashkan Sufizadeh, Behrouz Tousi*, Vahid Talavat, Saeed Rezaeian-Marjani Pages 56-63

    Bus voltage stability is very important factor in power system reliability.Voltage instability and protection system malfunction can lead to voltage collapse. If power systems cannot meet reactive power demands on a bus, voltage starts to drop. Thus, reactive power compensation can reduce the risk of voltage collapse. In this paper, two new indices are introduced for weak bus identification; also, a method is proposed for reducing the collapse probability of placing capacitors. To this end, the networks of 30 IEEE standard buses were studied; buses were ranked according to the weakest bus identification indices. Network probabilities of being in normal, under-voltage, and risk-and-collapse zones were calculated. By the strategic placement of capacitors with PSO (Particle swarm optimization), the algorithm probability of networks in the collapse zone reduced significantly; also, the performance of proposed indices over other methods was illustrated.

    Keywords: Voltage collapse, Reliability, Reactive power, Capacitor, PSO
  • Alireza Javadi* Pages 64-71

    One of the common methods of removing iron oxide from the surface of hot rolled steel sheets is to wash the sheet with acid. The most common acid used in steel industry for this purpose is hydrochloric acid. One of the methods of recycling hydrochloric acid from acid leaching effluent used in steel industry is acid recycling method using fluidized bed reactor. To this end, the effect of this method on the reduction of g environmental challenges, an optimal use of energy, and an increase in efficiency and productivity in steel industry was investigated. In this research, the solvent extraction method as well as evaporation and crystallization method for acid recycling was proposed. The results showed that the solvent extraction method has low efficiency, requires strict system control as well as continuous monitoring; however, the evaporation and crystallization method with the least man power, energy consumption environmental pollution as well as with high efficiency has an acceptable preference. In the evaporation and crystallization method, 17.5% hydrochloric acid solution and iron chloride are recycled; such event has many uses and can be sold. The water from the evaporation and crystallization process can also be used as a product in the factory or used to irrigate the green space in the factory.

    Keywords: Steel, Recycling, Energy, Environment, Evaporation, Crystallization
  • Rahmatollah Mahboub, Kamran Kheiralipour* Pages 72-81

    One of the main problems in using solar panels is dust which reduces their efficiency. In the present paper, the effect of dust and the angle of installation of the photovoltaic panel on its performance loss in the city of Ilam have been investigated. The experiments were performed using two similar panels in the spring by considering different amounts of dust from 0 to 236.94 g/m2. Voltage, current, and power losses were calculated and the effects of dust and panel angle on them were investigated in a multi-factor experiment based on a completely randomized design. The effect of dust on voltage, current, and power loss was significant at 1% probability level, and their losses increased with an increase in the amount of dust. The lowest performance loss was related to voltage which varied between 1.53% at an angle of 4.8° and the amount of dust at 236.94 g/m2 and 7.84 % at an angle of 26.1° and the amount of dust at 72.28 g/m2. The output current has a greater loss than the voltage, and its highest value (87.19%) was observed in the panel at the angle of 26.1° and the amount of dust at 236.94 g/m2and its lowest value (24.8%) at the angle of 26.1°and the amount of dust at 42.85 g/m2. The highest power loss (87.5%) was related to the angle of 26.1°and the amount of dust at 236.94 g/m2, and the lowest loss (26.5%) was related to the angle of 26.1° and the amount of dust at 42.85 g/m2. It was found that the angle determined based on the geographical location (26.1°) has a lower performance loss than the other angles and, therefore, is a more suitable angle for generating electrical energy in the event of dust.

    Keywords: Solar energy, Photovoltaic panel, Performance loss, Dust, Voltage, Current, Power
  • Farhad Vahidinia*, Hossein Khorasanizadeh, Alireza Aghaei Pages 82-95

    In the present study, the performance of a parabolic trough solar collector using a hybrid nanofluid and its comparison with a mono nanofluid and a base fluid were theoretically investigated based on a thermal model. Therminol VP-1 was selected as the base fluid and Fe3O4 and Nanocomposite Multi-walled carbon nanotubes- Fe3O4 were selected as the nanoparticles. The fluid flow inside the absorber tube of the collector is assumed to be turbulent. The rsults showed that the energy and exergy efficiencies using hybrid and mono nanofluids were higher than the base fluid. However, their amount using of hybrid nanofluid was slightly less than that of mono nanofluid. The highest enhancement in energy efficiency for hybrid and mono nanofluids compared with the base fluid was equal to 2.17% and 2.22% respectively. Also, the highest enhancement in exergy efficiency was 1.49% and 1.58% respectively. On the other hand, the friction factor of mono nanofluid in average was about 7% higher than that of hybrid nanofluid. The results showed that the thermal-hydrodynamic efficiency (performance evaluation criterion) of the collector (performance evaluation criterion) using hybrid nanofluid was higher than that of mono nanofluid.

    Keywords: : Parabolic trough collector, Multi-walled carbon nanotubes, Iron oxide, Energy efficiency, Hybrid nanofluid, Mono nanofluid
  • Said Foroutani, Gholamreza Salehi*, Hossein Fallahsohi, Kamran Lari, Afshin Mohseni Arasteh Pages 96-109

    In this study, the simultaneous effects of fuel injection timing and the use of syngas on the production of pollutants and the performance of a compression ignition engine with controlled reactivity have been investigated. Numerical solution of changing fuel injection timing from 10 to 30 degree before Top Dead Center and fuel compounds in three normal diesel modes, diesels with two ratios of 20 and 40% syngas (including hydrogen and carbon monoxide) are examined in this study while maintaining energy constant for each cycle. The results show that as the ratio of Syngas increases, the pressure and heat release rate into the cylinder increase; it is while, these values with the postponement of fuel injection timing​​have decreased. In addition, nitrogen oxide production is increased by the addition of syngas such as carbon monoxide, while delays in fuel injection timing reduce nitrogen and carbon dioxide oxides and increase carbon monoxide. The contamination of particulate matter has been greatly reduced by the addition of syngas, which continues to decrease with the delay in fuel injection timing. Also, the use of syngas, by delaying the timing of fuel injection, reduces the indicated power and indicated thermal efficiency while it increases the indicated fuel consumption. Finally, a 40% ratio of syngas and fuel injection timing of 10 degree before Top Dead Center is a good strategy to reduce pollutants.

    Keywords: RCCI Engine, Injection timing, Syngas, Pollution emissions
  • Mohammad Hosseini, Abolfazl Fattahi* Pages 110-117

    After years from the first day of operating a power plant, it has been seen that the pipes of the high-temperature super heater suffer from damage and failure. In-depth investigations have revealed that the damage has occurred suddenly and remained heavy ruining instrumentations and buildings. Experiments and finite-element numerical simulations are conducted to understand the risk factors. The experiments such as gas flue analysis, hardness test for both intact and damaged tubes, the morphology of the failure part, and the analysis of the sediment inside the tubs are done. The main reasons for the failure of the super heater unit are found to be: striking hot flue gases with temperature of 530° Celsius and the stress of thermal elongation of the tubes .With the obtained results, some remedies such as using soot removal systems, using high-quality fuels, modifying combustion systems for applying fuels out of design, and using adjustable burners can be presented to solve the aforementioned problems. The current results can be valuable for other researchers to prohibit similar phenomena.

    Keywords: Boiler, High temperature super heater, Longitudinal expansion, Numerical simulation, Mechanical failure