فهرست مطالب

سیستم های انرژی پایدار - سال یکم شماره 2 (بهار 1401)

نشریه سیستم های انرژی پایدار
سال یکم شماره 2 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید فرحان موسویان، احمد حاجی نژاد*، سهیل هاشمی زنوزی، داریوش برزوئی صفحات 97-110
    انتشار فزاینده گازهای گلخانه ای به عنوان مهم ترین عامل گرمایش جهانی، این موضوع را در سال های اخیر به یک نگرانی و معضل بزرگ تبدیل کرده است. یکی از مفاهیمی که برای درک روشن تر میزان انتشار گازهای گلخانه ای مطرح شده، ردپای کربن است. در ساده ترین تعریف می توان گفت که ردپای کربن عبارت است از: مقدار گازهای گلخانه ای حاصل از تولید یک محصول یا فعالیت مشخص. از آنجا که صنعت تولید برق، جزء صنایع اصلی آلاینده است، بررسی ردپای کربن در این بخش اهمیت ویژه ای دارد، چراکه سوخت های فسیلی همچنان در رتبه اول منابع تامین انرژی برای تولید برق هستند. نیروگاه های زغال سنگ سوز که دارای بیشترین میزان انتشار گازهای گلخانه ای هستند، جایگاه اول را در این زمینه به خود اختصاص داده و حتی در سال های آینده نیز سهم زیادی خواهند داشت. در مقاله حاضر، ضمن بررسی مفهوم ردپای کربن و روش محاسبه آن در صنعت برق، به صورت موردی در استان خراسان جنوبی، ردپای کربن حاصل از نیروگاه های بخاری و سیکل ترکیبی با سوخت گاز و گازوییل با نیروگاه زغال سنگ سوز طبس مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد ارتفاع ساختگاه با توجه به چگالی هوا می تواند تا 10 درصد بر میزان ردپای کربن نیروگاه سیکل ترکیبی تاثیر داشته باشد و تا حد امکان باید سایت هایی با ارتفاع کم را انتخاب کرد. همچنین، ردپای کربن نیروگاه زغال سنگ سوز با مقدار 968 گرم به ازای هر کیلووات ساعت به مراتب بالاتر از نیروگاه های فسیلی دیگر با مقدار 579 گرم به ازای هر کیلوات ساعت است.
    کلیدواژگان: ردپای کربن، تولید برق، سوخت های فسیلی، نیروگاه زغال سنگ سوز
  • رحیم زاهدی، زهرا مرادی پور، ابوالفضل احمدی* صفحات 111-129
    از آنجا که بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی در سراسر جهان به مصرف انرژی در ساختمان مربوط می شود، در حال حاضر بهینه سازی انرژی ساختمان با وجود محدودیت ها و با توجه به حفظ محیط زیست زمین بسیار حایز اهمیت است. این مقاله به محدودیت های مهم برای بهینه سازی عملکرد انرژی ساختمان با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات تک و چند هدفه و الگوریتم ژنتیک با نرم افزار شبیه سازی انرژی ساختمان انرژی پلاس و  MATLABبه بررسی داده های آب و هوای مختلف چند شهر ایران با در نظر گرفتن مدل تک اتاقی و تاثیر پارامترهای معماری ساختمان از جمله جهت گیری ساختمان، مشخصات سایه بان، اندازه پنجره، و لعاب و مصالح دیوار اعمال و... می پردازد. همچنین در بخش بهینه سازی، تحلیل های الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات تک و چند هدفه و ژنتیک مصرف برق سالانه سرمایش، گرمایش و روشنایی برای درک تعاملات بین توابع هدف و به حداقل رساندن کل تقاضای انرژی سالانه ساختمان مورد بررسی قرار گرفته که راه حل های بهینه به دست آمده به عنوان جبهه بهینه پارتو در نظر گرفته می شود. نتایج برای مدل این تحقیق، مصرف برق سرمایشی سالانه حدود 8/19 تا 3/33 درصد کاهش و گرمایش و روشنایی سالانه به ترتیب 7/1 تا 8/4 درصد و 5/0 تا 6/2 درصد در مقایسه با مدل های دیگر افزایش داده شده است که منجر به کاهش بهینه 6/1 تا 3/11 درصد از کل تقاضای برق سالانه ساختمان می شود. علاوه بر این، استفاده از دو روش یادشده منجر به یک سیستم انرژی، بهینه، کارآمد و افزایش بهره وری انرژی در مراحل اولیه طراحی ساختمان می شود.
    کلیدواژگان: انرژی ساختمان، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات تک و چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی
  • رضا غفارپور*، سعید زمانیان صفحات 131-146
    با گرم شدن شرایط آب و هوایی و رشد بار قابل توجه در بخش توزیع، مدیریت اوج سیستم قدرت در فصول گرما به یک مسیله مهم تبدیل شده است و برنامه‏های پاسخ گویی بار یکی از مناسب‏ترین روش‏های متداول برای مدیریت اوج بار شبکه است. نویسندگان در این مقاله رویکرد نوینی را برای مدیریت اوج شبکه در شرایط بحرانی و توسط شرکت توزیع پیشنهاد می‏دهند. این رویکرد، برنامه‏ریزی بهینه منابع انرژی پراکنده و منابع متنوع پاسخ گویی بار در راستای کاهش اوج مصرف شبکه در ساعت های اوج بحرانی و با کمترین هزینه است. منابع پاسخ گویی بار در این مقاله شامل سه برنامه قیمت گذاری اوج بحرانی، کاهش بار تشویقی و پاسخ گویی بار اضطراری است که توسط شرکت توزیع اجرا می‏شود. بهینه‏سازی این مسیله به واسطه یک برنامه‏ریزی ریاضی مقاوم و با در نظر گرفتن عدم قطعیت تولید منابع تجدیدپذیر صورت می‏پذیرد. نتایج به دست آمده نشان می‏دهد ارایه قیمت اوج بحرانی مناسب نه تنها بر کاهش مصرف بارهای الاستیک، بلکه بر نحوه همکاری سایر مشترکین در برنامه‏های کاهش بار و اضطراری نیز تاثیر می‏گذارد. همچنین، برنامه پاسخ گویی بار اضطراری با در اختیار قرار دادن ظرفیت انرژی مناسب در ساعت های محدود، نقش مهمی در مدیریت بار اوج دارد. تاثیر بار پیش بینی شده از سوی شرکت توزیع برای بازه ساعتی مدیریت اوج مقداری مثبت و برای زمان‏های غیر اوج منفی می‏شود. ضمن اینکه باید توجه داشت ریسک گریزی اپراتور و دخالت دادن عدم قطعیت موجب افزایش تاثیر بار می‏شود.
    کلیدواژگان: پاسخ گویی بار اضطراری، پاسخ گویی بار تشویقی، قیمت‏ گذاری اوج بحرانی، منابع انرژی پراکنده، مدیریت اوج مصرف
  • رضا سعیدی*، جواد آغاز صفحات 147-159

    انتقال حرارت بین مبدل حرارتی زمین گرمایی و خاک در سیستم های هیت پمپ زمین گرمایی نقش اساسی در بازده کلی سیستم دارد. از این رو، در این مقاله با اضافه کردن موادی با ضریب انتقال حرارت بالا در مبدل های حرارتی عمودی مارپیچ، اثر آن‏ها روی بازده و دمای خروجی مبدل حرارتی بررسی شد. مقاله حاضر با استفاده از محیط COMSOL شبیه‏سازی عددی را برای مدل 1 بعدی-3 بعدی پمپ‏های حرارتی زمین گرمایی در حالت خنک‏کننده ارایه می‏کند. به خلاف مدل های مارپیچی رایج، این مدل با عمق کم و قطر زیاد با میله های فلزی مخصوص (Fins) طراحی شده است. لوله مارپیچ شبیه سازی شده دارای عمق 10 متر و قطر 1 متر است. به منظور جبران کاهش انتقال حرارت ناشی از عمق کمتر، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله گام، هدایت حرارتی بر عملکرد حرارتی بررسی شده است . همچنین، به عنوان یک نوآوری، نوعی طرح نوآورانه متشکل از انواع متنوع میله های آلومینیومی افقی (Fins) در خاک متصل به لوله کاملا (Finned pipe) مدل سازی شده است. پره ها نه تنها لوله را در داخل زمین محکم نگه می دارند، بلکه سرعت انتقال حرارت را به دلیل افزایش مساحت و سیستم هدایت حرارتی بالا تا 31 درصد بهبود می بخشند.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت، مبدل حرارتی عمودی، هیت پمپ زمین گرمایی
  • امیرحسین حیدری* صفحات 161-173
    کشور ایران در کمربند بیابانی جهان قرار گرفته است و از نظر تابش خورشید، پتانسیل بسیار بالایی برای برداشت انرژی خورشیدی به روش‏های مختلف را دارد. با این اوصاف، روند توسعه تکنولوژی‏های انرژی خورشیدی ایران در مقایسه با سایر کشورهای جهان رضایت بخش نیست. این پژوهش با هدف تحلیل راهبردی و استراتژیک توسعه انرژی خورشیدی در مناطق کویری و بیابانی ایران انجام شده است. برای شناسایی عوامل داخلی و خارجی تاثیرگذار بر این تحقیق، با مصاحبه از خبرگان و داده‏های کتابخانه‏ای فهرستی از قوت ها، ضعف ها، فرصت ها و تهدیدها تهیه شد. با طرح پرسشنامه و تکمیل آن توسط کارشناسان، ماتریس SWOT جهت پیدا کردن راهبرد مناسب تشکیل شد و بر اساس ماتریسی که در این پژوهش به دست آمد، راهبرد تهاجمی SO برای توسعه انرژی خورشیدی در مناطق کویری و بیابانی ایران گزینه مناسبی بود، چرا که امتیاز 87/2 برای عوامل داخلی به دست آمد که قوت محسوب می‏شود و امتیاز عوامل خارجی 79/2 بود که دارای فرصت برای توسعه است. در چارچوب راهبرد تهاجمی برای توسعه انرژی خورشیدی در بیابان‏های ایران، باید با استفاده از قوت های داخلی موجود تلاش کرد تا از فرصت‏های خارجی بیشترین بهره را برد. در انتها، برخی پیشنهادها و راهبردهای تهاجمی متناسب با این تحقیق ارایه شده است.
    کلیدواژگان: آینده ‏نگری، انرژی خورشیدی، تحلیل SWOT، تحلیل راهبردی، کویر ایران
  • علیرضا قادر توتونچی، معین معینی اقطاعی*، مهدی داوودی، مرتضی آیین صفحات 175-189
    فناوری بلاک‏چین طی سال‏های اخیر عرضه‏شده و کاربردهای آن به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. این فناوری بیشتر با ارزهای دیجیتال (حذف واسطه‏ها و کاهش کارمزد تراکنش‏های مالی) شناخته می‏شود، ولی کاربردهای گسترده دیگری نیز دارد. از توانایی‏های این فناوری جدید می‏توان در حوزه‏های مختلفی، از جمله مهندسی انرژی، استفاده کرد. از آنجا که امروزه در بسیاری از کشورهای جهان سیستم برق‏رسانی در حال گذار از حالت متمرکز غیر تجدیدپذیر به تولید پراکنده تجدیدپذیر بازاری است، نیاز به استفاده از سیستم تسویه حسابی که بتواند مبادلات را در زمانی کوتاه، با کارمزد پایین و بدون محدودیت در حجم تبادلات انجام دهد، احساس می‏شود. این مقاله مروری بر فعالیت‏هایی است که با استفاده از فناوری بلاک‏چین در حوزه مبادلات انرژی انجام شده است. هدف از مطالعه، به دست آوردن مدل‏های تجاری کسب‏وکارهای فعال در این حوزه و در نظر گرفتن اهداف و چشم‏انداز آن‏ها در استفاده از این فناوری در حوزه بازار انرژی است. نتیجه این بررسی نشان می‏دهد ‏توسعه بازارهای پراکنده می‏تواند منجر به حمایت از تولیدکنندگان انرژی تجدیدپذیرشده و با آسان‏تر کردن تبادلات خرد، موانع مشارکت در بازار انرژی را کاهش دهد.
    کلیدواژگان: تبادل انرژی، بازار انرژی، بلاک چین، منابع پراکنده انرژی، مدل تجاری
|
  • Seyed Farhan Moosavian, Ahmad Hajinezhad *, Soheil Hashemi Zonouzi, Daryoosh Borzuei Pages 97-110
    The increasing emission of greenhouse gases as the most crucial factor in global warming has made this a global concern in recent years. One concept proposed to better understand the amount of greenhouse gas emissions is the carbon footprint. Carbon footprint is the amount of greenhouse gases produced by a particular product or activity in its simplest definition. Since the power generation industry is one of the most highly emitting sectors, the study of carbon footprint has also become significant. This is primarily because fossil fuels are still the number one energy source for electricity generation, and even coal-fired power plants, which have the highest greenhouse gas emissions, will be the number one source in the coming years. They will still have a high share. Therefore, in the present study, while examining the concept of carbon footprint and its calculation method in the electricity industry, in a case study of South Khorasan province, the carbon footprint from steam and combined cycle gas and diesel power plants has been compared with Tabas coal-fired power plant. The obtained results show that the site's elevation according to the air density can have up to 10% impact the carbon footprint of the combined cycle power plant, and sites with low height should be chosen as much as possible. Also, the carbon footprint of the coal-burning power plant with a value of 968 grams per kilowatt hour is far higher than other fossil power plants with a value of 579 grams per kilowatt hour.
    Keywords: Carbon footprint, Electricity generation, Fossil Fuel Power Plant, Environmental Impact Assessment
  • Rahim Zahedi, Zahra Moradi Pour, Abolfazl Ahmadi * Pages 111-129
    Since significant energy consumption worldwide is related to building energy, building energy optimization is currently very important despite the limitations and due to the preservation of the earth's environment. This paper addresses the important limitations for optimizing building energy performance using single and multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) and genetics (NSGA-II) algorithms with EnergyPlus and MATLAB building energy simulation software to examine different weather data of several cities in Iran with considering the one-room model offers with the effect of building architectural parameters. Also in the optimization section, the annual electricity consumption of cooling, heating, and lighting to understand the interactions between the target functions and minimize the total annual energy demand of the building is examined, and the results obtained, the annual cooling electricity consumption is reduced by 19.8-33.3% and the annual heating and lighting Respectively increased by 1.7-4.8% and 0.5-2.6% compared to other models, which leads to an optimal reduction of 1.6-11.3% of the total annual electricity demand of the building.
    Keywords: Building Energy, Genetic Algorithm (NSGA-II), Optimal, single, Multipurpose Particle Swarm Optimization Algorithm (MOPSO)
  • Reza Ghaffarpour *, Saeid Zamanian Pages 131-146
    With the warming of the weather conditions and significant load growth in the distribution sector, peak management in power systems has become an essential issue in hot seasons, and demand response programs are one of the most suitable common methods for managing peak. In this article, the authors propose a new approach to network peak management in critical conditions by the distribution company. This approach is the optimal scheduling of distributed energy sources and various demand response resources to reduce the network's peak consumption during critical peak hours and with the lowest cost. Demand response resources in this article include the three critical peak pricing, incentive-based load curtailment, and emergency load response, which the distribution company implements. The problem is optimized using a robust complex number linear programming and considering the power uncertainty of renewable resources. Providing a peak price 14% larger than the peak price of the normal tariff can bring a suitable load impact from the critical peak program customers in the network. The participation of customers in the load curtailment program in the beginning and end hours of peak management is equal to 30% and 20% of the customer's baseline. Considering the risk related to solar production, power contribution in this program increases by 117 and 74 kilowatts for the same hours. Adopting a risk-averse strategy increases the cost by 745 $ for the distribution company and the reason is the increase in curtailment of 120 kW through the emergency demand response program.
    Keywords: Emergency demand response, Incentive-based demand response, Critical peak pricing, Distributed energy resources, Peak load management
  • Reza Saeidi *, Javad Aghaz Pages 147-159

    The spiral type one is more prominent, of which the vertical type ground heat exchange (GHE) is the most common in ground source heat pumps (GSHP) and on the purpose of this study as well. The present paper provides numerical simulation for 1D-3D model of the ground source heat pumps in cooling mode by using COMSOL environment. In contrary to popular spiral models, this model is designed with a low depth and high diameter with special metal rods (Fins). The simulated spiral pipe has 10 m in depth and 1 m in diameter. In order to compensate for the reduction in heat transfer due to the lower depth, the effect of different parameters such as velocity, pitch, thermal conductivity, and specific heat capacity in backfill material and ground on the heat performance is investigated. Furthermore, different velocity range is recommended for several pitches. In addition, as a novelty, an innovative design is modeled consisting of diverse type of horizontal aluminum rods (Fins) in the soil connected to the pipe completely (Finned pipe). The fins not only hold the pipe inside the ground firmly but also improve the heat transfer rate due to the area increase and the high thermal conductivity system up to 31%.

    Keywords: Heat transfer, Vertical Ground Heat Exchanger, Geothermal Heat Pump
  • Amir Hossein Heydari * Pages 161-173
    Iran is located in the desert region of the world and, in terms of solar radiation, has a very high potential to receive solar energy in different ways. However, solar energy technology development is not satisfactory compared to other countries. Iran's desert areas have been the subject of this research to analyze solar energy development. By interviewing experts and looking at library data, a list of strengths, weaknesses, opportunities, and threats was prepared to identify internal and external factors affecting this research. The aggressive SO strategy was deemed a suitable option for the development of solar energy in desert areas of Iran based on a SWOT matrix formed by experts by completing a designed questionnaire. The total score of internal factors is 2.87, which is considered a strength, and the score obtained from external factors is 2.79, which has more development opportunities. In the framework of this strategy, it is possible to take maximum advantage of external opportunities by using internal strengths. In the end, some suggestions and techniques are presented according to the aggressive strategy of this research.
    Keywords: Foresight, Solar energy, SWOT analysis, Strategic analysis, The Desert of Iran
  • Alireza Ghadertootoonchi, Moein Moeini *, Mehdi Davoudi, Morteza Aien Pages 175-189
    Blockchain technology has been introduced in recent years and its applications have been widely investigated. This technology is mostly known with digital currencies (removing intermediaries and reducing financial transaction fees), but it has other applications. The new technology can be used in various fields, including energy engineering. This is due to the fact that in many countries, the electricity supply system is transitioning from a centralized non-renewable state to a distributed renewable market one. Therefore, there is a need to use a settlement system that can make transactions in a short time, with low fees and without volume restrictions. This article is an overview of the activities that have been carried out using blockchain technology in the field of energy exchanges. The purpose of the study is to obtain business models of businesses active in this field and to consider their goals and prospects in using this technology in energy markets. The result of this study shows that the development of decentralized markets can lead to the support of renewable energy producers and reduce the barriers to participation in the energy market by making small exchanges easier.
    Keywords: Energy exchange, energy market, Blockchain, Distributed energy, Business model