فهرست مطالب

سیستم های انرژی پایدار - سال یکم شماره 4 (پاییز 1401)

نشریه سیستم های انرژی پایدار
سال یکم شماره 4 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجتبی طحانی، محمدجواد ضیابخش گنجی، مبینا سیمائی* صفحات 295-310

    با کاهش تدریجی ذخایر در دسترس سوخت‏های فسیلی و اثرات زیست‏محیطی، نرخ استفاده از انرژی‏های تجدیدپذیر در جهان افزایش‏ یافته است. یکی از مزیت‏های سوخت‏های پایان ناپذیر، دسترس پذیری مداوم برای استفاده از آن‏ها است. یکی از این منابع انرژی تجدیدپذیر، انرژی جزرومدی دریاها و اقیانوس‏ها است، که پتانسیل آن به میزان قابل ‏توجهی در خلیج‏فارس ایران وجود دارد. برای دستیابی به انرژی جنبشی ناشی از جریان سیال به وجود آمده از اثر گرانش قمر بر آب‏های آزاد، راه‏های بسیاری مانند استفاده از توربین‏های محور افقی جزرومدی وجود دارد. از آنجا این نوع توربین‏ها دارای فناوری مشابه توربین بادی محور افقی احداث‏شده در نقاط مختلف ایران هستند، می‏توانند گزینه مناسبی برای احداث نیروگاه جزرومدی در ایران ‏باشند. در این مقاله اثر دیفیوزرهای تقویت‏کننده جریان بر توربین جزرومدی و تاثیر آن بر افزایش توان دریافتی به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی عددی جریان توربین، از مدل آشفتگی دومعادله‏ای اس اس تی، در نرم‏افزار دینامیک سیالات ANSYS CFX استفاده‏ شده ‏است. هندسه دیفیوزر و توربین، به ‏طور جداگانه بررسی ‏شده و مدل ارایه‏شده شامل توربین همراه با کانال بوده، که افزایش توان در آن حدود 4 برابر حالت بدون کانال است.

    کلیدواژگان: توربین جریانی جزر و مدی، دیفیوزر، دینامیک سیالات محاسباتی، تئوری تکانه المان پره
  • میرمهدی سیدرحیمی نیارق* صفحات 311-327

    در این پژوهش، ابتدا یک مدل مفهومی طراحی شده از 10 چاه عمیق اکتشافی توسعه داده شده و بر این اساس، مدل عددی سه بعدی از سیستم زمین‏گرمایی شمال‏ غرب سبلان ارایه شده است. به همین منظور، برای شبیه‏سازی مدل از مدول EOS3 (معادله حالت آب- هوا) کد شبیه‏ساز Tough2 استفاده شده است. مدل عددی مخزن با یک منشور مستطیلی با km 5/11 طول و km 8 عرض (km2 92) و km 11/5 عمق بیان شده و با 21 لایه افقی با محدوده ضخامت 100 تا 1000 متر از ماکزیمم ارتفاع 4110 تا 1000- متر از سطح دریا گسترش داده شده است. تعداد 22 تیپ‏سنگ که توزیع آن‏ها بر اساس توزیع واحدهای سنگی و ساختارهای زمین‏شناسی در 10 چاه اکتشافی عمیق بنا نهاده شده است، به مدل اختصاص داده شد. نفوذپذیری این ساختارهای زمین از 17-10×1 تا 13-10×9 مترمربع متغیر است. مدل‏سازی برای حالت طبیعی مخزن انجام شد و نتایج اعتبارسنجی، تطبیق خوبی بین داده‏های اندازه‏گیری شده درون چاهی و مدل‏سازی انجام شده برای دما و فشار را نشان می دهد. در بهترین حالت تطبیق، شبیه‏سازی یک زون جریان دما بالای رو به بالا در بخش جنوب‏ شرقی محدوده (زیر سایت‏های D و E)، فراهم کرد. این جریان از طریق زون‏های نفوذپذیر، گسلی و شکسته انتقال می یابد و درنهایت، از طریق سیماهای سطحی (چشمه ‏های آب‏گرم) در بخش شمال ‏غربی ناحیه تخلیه می‏شود. نتایج مطالعه مدل مفهومی مناسبی از مخزن زمین‏گرمایی سبلان را ارایه می‏دهد که می‏تواند در توسعه ‏های آتی مخزن استفاده شود.

    کلیدواژگان: محیط غیراشباع، حالت طبیعی مخزن، سیستم زمین گرمایی، شمال غرب سبلان
  • ستاره پیرو*، فاطمه راضی آستارایی صفحات 329-339
    در بیمارستان ها موضوع پایداری تامین از انرژی، کنترل اقلیم داخلی و تهویه هوا اهمیت ویژه ای دارد که دلیل آن پیچیدگی های زیاد و ملاحظات دقیق از لحاظ آسایش و ایمنی است. از این رو، ارزیابی عملکرد سیستم های عرضه انرژی و اقدامات مربوط به بازدهی انرژی برای بخش های مختلف بیمارستان در مقایسه با سایر ساختمان ها از پیچیدگی های بیشتری برخوردار است. در این پژوهش سیستم انرژی یک بیمارستان به عنوان مورد مطالعه با استفاده از نرم افزار Design-Builder مدل سازی شده و نتایج به دست آمده با استفاده از قبض های انرژی بیمارستان اعتبارسنجی شده است. سپس، سناریوهایی در راستای کاهش تقاضای انرژی حرارتی یا سرمایشی و بهبود کارایی سیستم های انرژی اولیه مطرح شده و میزان کاهش انرژی ناشی از آن ها با استفاده از نرم افزار برآورد شده است. این سناریوها که در راستای ارتقای سیستم انرژی مطرح شده اند؛ شامل استفاده از سیستم بازیابی حرارتی، بهبود درزبندی ساختمان، بهبود پوسته بنا و بهبود سیستم روشنایی است. برای انجام این پروژه، بیمارستان غیاثی واقع در جنوب غرب تهران به عنوان مورد مطالعه انتخاب شده است. بر اساس مدل سازی انجام شده، سیستم انرژی فعلی بیمارستان سالانه GWh 08/3 برق و GWh 23/4 گاز مصرف می کند که با پیاده سازی سناریوهای مختلف انرژی می توان میزان مصرف سالانه حامل های انرژی را کاهش داد. بررسی ها و مدل سازی های انجام شده نشان داد اضافه کردن سیستم بازیابی حرارتی می تواند باعث کاهش 30 درصدی مصرف گاز سیستم شود. از طرفی، بهبود سیستم روشنایی می تواند سبب صرفه جویی 22 درصدی در مصرف برق شود.
    کلیدواژگان: بازدهی انرژی، بازیابی حرارتی، سیستم انرژی بیمارستان، نرم افزار Design-Builder
  • امیرحسین حیدری*، رامین حقیقی خوشخو صفحات 341-354

    ساختمان ها بیشترین سهم مصرف سبد انرژی کشورها را به خود اختصاص می دهند، بنابراین مقایسه راهکارهای مختلف کاهش دهنده مصرف انرژی در ساختمان ها بسیار راهبردی است. از راهکارهای تولید انرژی در ساختمان، استفاده از سیستم فتوولتاییک پشت بام و پنجره های فتوولتاییک است و استفاده از مواد تغییرفازدهنده در دیوارهای جانبی ساختمان جزء راهکارهای کاهش دهنده مصرف انرژی است. در این مقاله تولید برق با استفاده از سیستم فتوولتاییک پشت بام، پنجره های فتوولتاییک و کاهش مصرف انرژی از طریق مواد تغییرفازدهنده برای تامین انرژی، مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان می دهد کاهش مصرف برق برای پنل‎های پشت بام، پنجره های فتوولتاییک و مواد تغییرفازدهنده به ترتیب 5/11، 4/1 و 1/2 درصد است. همچنین، احداث نیروگاه پشت بام و مصرف انرژی الکتریکی تولیدی نیروگاه، در مقایسه با فروش انرژی به وزارت نیرو بر اساس وضعیت اقتصادی کنونی ایران و نرخ تعرفه های سال 1400 این وزارتخانه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد در شرایط فعلی احداث و فروش برق نسبت به استفاده در ساختمان توجیه اقتصادی بهتری دارد و دوره بازگشت سرمایه 3/6 سال حاصل می شود.

    کلیدواژگان: اقتصاد انرژی، برق، پنجره های فتوولتاییک، فتولتاییک پشت بام، مواد تغییر فازدهنده
  • محمدحسین جهانگیر*، علی عبدی، وحید نورمحمدی صفحات 355-371

    با توجه به سهم عمده مصرف انرژی بخش ساختمان و اهمیت تامین انرژی و آسایش افراد در ساختمان، امروزه مسیله مدیریت انرژی ساختمان‏ها از اهمیت فراوانی برخوردار است. هوشمندسازی ساختمان‏ها و استفاده از منابع تجدیدپذیر به منظور تامین انرژی ساختمان از جمله برنامه‏های پیش روی محققان در حوزه مدیریت انرژی ساختمان است. در این مقاله با بررسی برخی از مطالعات انجام شده در این زمینه و استفاد از نتایج این مطالعات، به بررسی مدیریت انرژی یک ساختمان اداری 4 طبقه واقع در شهر تهران پرداخته شده است. برای این منظور، از نرم‏افزار DesignBuilder برای شبیه سازی ساختمان استفاده شده است. در این شبیه سازی عوامل مختلف دخیل در مصرف انرژی ساختمان نظیر برنامه تردد افراد، موقعیت مکانی، تاثیرات روشنایی روز در نظر گرفته شده است تا با بررسی شرایط مختلف آسایش حرارتی ساکنان با صرفه‏جویی در مصرف انرژی تامین شود. از طرفی، با کمک قابلیت این نرم‏افزار در استفاده از پنل‏های خورشیدی، با توجه به وسعت بنا، میزان امکان استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین بخشی از انرژی مصرفی ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مدیریت مصرف انرژی، ساختمان اداری، Design Builder، انرژی تجدیدپذیر
  • مهدی گندم زاده، سارا محمودیان یونسی، ابوالقاسم مسیبی، مجید زندی* صفحات 373-396
    سناریونویسی نوعی راه‏کار برای ترسیم فضای کاری آینده است. سناریوهای متفاوت استراتژی‏های متفاوتی را پیشنهاد می‏کنند که کاربردهای متفاوتی را به همراه خواهند داشت. در روند سناریونویسی، گزینه‏های واقعی برای تصمیم‏گیری در مورد اینکه چه اهدافی باید انتخاب شوند و نیز ابزار مورد نیاز برای دستیابی به آن اهداف پیدا می‏شود. این مقاله با بررسی تلفیقی برنامه‏ریزی‏ها و بهره‏گیری از سناریوها برای ذخیره‏سازی انرژی در جهان، توصیف‏کننده‏ها و حالت‏هایی را استخراج کرده که پس از بحث و تبادل ‏نظر در جلسه‏های خبرگی با شرایط ایران متناسب‏سازی شده‏اند. در ادامه ماتریس اثر متقابل برای ارزیابی پارامترها نسبت به یکدیگر تشکیل داده شد و شبیه‏سازی توصیف‏کننده‏ها و حالت‏ها در نرم‏افزار ScenarioWizard انجام پذیرفت. نتایج در قالب 9 سناریو، مسیرهایی را برای رسیدن به اهداف متفاوت در فضای حالت معرفی کرد. 7 سناریو توسعه فناوری در بخش انرژی را دنبال کردند و 2 سناریو توسعه فناوری در بخش راهبردی صنعت و معدن را در پیش گرفتند. طبق نتایج این نکته به دست آمد که 8 توصیف‏کننده فقط در یک حالت سازگار شدند و 5 توصیف‏کننده باقی‏مانده در بیشتر از یک حالت سازگار معنا پیدا کردند. رشد منابع تولید پراکنده تا 15 هزار مگاوات برای گسترش سامانه‏های تولید هم‏زمان برق و حرارت و همچنین، استفاده در مناطق دور از شبکه و تعیین ضریب نفوذ منابع تجدیدپذیر به میزان 10 هزار مگاوات در شبکه انرژی الکتریکی کشور از حالت‏های مهم کمی برگزیده‏شده در توصیف‏کننده‏ها بودند. گسترش روابط بین‏المللی، جذب سرمایه خارجی، استفاده از منابع اعتباری دولتی داخل کشور مانند بودجه و اعتبارات صندوق ملی، توسعه مراکز نوآوری صنعتی هدفمند مطابق با نیازهای کشور و توجه هم‏زمان به پارامترهای برنامه‏ریزی، زیرساختی و بهره‏برداری در بحث تاب‏آوری شبکه برق از حالت‏های برگزیده کیفی حایز اهمیت عنوان شدند. در جمع‏بندی با توجه به سناریوهای استخراج‏شده، فناوری باتری، هیدروژن و ذخیره‏سازی تلمبه ‏ذخیره‏ای به ‏عنوان فناوری‏های اصلی برگزیده شدند.
    کلیدواژگان: ذخیره ‏سازی، سناریو، ماتریس اثر متقابل، باتری، تلمبه ‏ذخیره‏ای، هیدروژن، ایران
|
  • Mojtaba Tahani, Mohammadjavad Ziabakhsh Ganji, Mobina Simaee * Pages 295-310

    With the gradual reduction of available fossil fuel reserves and environmental impacts, the rate of use of renewable energy in the world has increased. One of the advantages of finite fuels is the constant availability of their use, to achieve sustainability in the supply of energy carriers. Subsequently, to meet the demand in various sectors, it is necessary. Develop technologies to use new energy. One of these renewable energy sources is the offshore energy of the seas and oceans, which has significant potential in the Persian Gulf of Iran. There are many ways to achieve kinetic energy due to the Stream of fluid created by the gravitational pull of the moon on the open waters, such as the use of horizontal axis turbines. Since these types of turbines have the same technology as the horizontal wind turbine built in different parts of Iran, they can be a good option for the construction of a power plant in Iran. In this paper, the effect of current amplifier diffusers on the tidal turbine and its impact on increasing the received power by the numerical method has been investigated. To investigate the numerically the turbine Stream, the confusion model of the two SST equivalents is used in the Ansys CFX fluid dynamics software. The geometry of the diffuser and turbine has been studied separately. And the proposed model includes a turbine with a channel, in which the increase in power is about four times that of the no channels mode.

    Keywords: Tidal Stream Turbine, Diffiuser, CFD, Momentum theory of the blade element
  • Mirmahdi Seyedrahimi-Niaraq * Pages 311-327

    In this research, firstly, a conceptual model designed of ten deep exploratoration wells has been developed, and based on this, a three-dimensional numerical model of the North-West Sablan geothermal system has been presented. For this purpose, the EOS3 module (water-air equation) of the Tough2 simulator code was used to simulate the model. The numerical model of the reservoir is expressed by a rectangular prism with a length of 11.5 km, a width of 8 km (92 km2) and a depth of 5.11 km, and it was expanded with 21 horizontal layers with a thickness range of 100 to 1000 meters from the maximum altitude of 4110 to -1000 masl. The number of 22 rock-types, whose distribution is based on the distribution of rock units and geological structures in 10 deep exploratory wells, was assigned to the model. The permeability of the rock types varies from 1*10E-17 to 9*10E-13 square meters. Modeling was done for the natural state of the reservoir and the validation results showed a good match between the data measured in the well and modeled for temperature and pressure. In the best fit, the simulation provided a zone of high temperature upward flow in the southeastern part of the range (sites D and E). This flow is transferred through permeable, faulted and fractured zones and is finally discharged through surface features (hot water springs) in the northwestern part of the area.

    Keywords: Numerical Modeling, Unsaturated environment, The natural state of the reservoir, Geothermal System, Northwest of Sabalan
  • Setare Peirow *, Fatemeh Razi Astaraie Pages 329-339
    In hospitals, the issue of energy conservation, indoor climate control, and air conditioning is of particular importance, due to the high complexity and strict considerations in terms of comfort and safety. Hence, energy performance evaluation and energy efficiency measures for hospital departments are more complex compared to other buildings. In this study, the energy system of a hospital has been modeled using Design-Builder software and the results have been validated by the hospital's energy bills. Then, several scenarios have been proposed in order to reduce the energy demand for heating or cooling and improve the efficiency of primary energy systems. The amount of energy conservation in each scenario has been estimated. Ghiasi Hospital, located in the southwest of Tehran, was selected as the case study. Based on the modeling step, the current energy system of the hospital consumes 3.08 GWh of electricity and 4.23 GWh of gas annually. Adding a thermal recovery system can reduce the gas consumption of the system by 30%. On the other hand, improving the lighting system can save 22% in electricity consumption.
    Keywords: Energy Efficiency, Thermal recoveryHospital’s energy system, Design-Builder software
  • Amir Hossein Heydari *, Ramin Haghighi Khoshkhoo Pages 341-354

    Buildings represent the largest energy-consuming sector; thus, exploring methods to decrease energy consumption within them is of utmost importance. Two energy-generating solutions within buildings are rooftop photovoltaic (PV) systems and PV windows. Additionally, incorporating Phase Change Materials (PCM) into building walls presents an energy-saving solution. This research compares the reduction of energy consumption through PCM with electricity generation via rooftop PV systems and PV windows. Results indicate that reductions in electricity consumption for rooftop PV, PV windows, and PCM are 11.5%, 1.4%, and 2.1%, respectively. Furthermore, an economic analysis was conducted on the energy produced by the photovoltaic power plant for sale to Iran’s Ministry of Energy. Findings reveal that under the condition of selling electricity, the payback period for a rooftop PV system is 6.3 years.

    Keywords: electricity, energy economy, Photovoltaic Window, Phase change materials, Rooftop PV System
  • Mohammad Hossein Jahangir *, Ali Abdi, Vahid Nourmohammadi Pages 355-371

    Given the fact that there is a large impact of building energy consumption on our environment and modern society, there is an urgent need for efficient building energy management. The importance of this issue has grown in recent years due to rising concerns about environmental preservation and global warming. Researchers have been researching different strategies in order to achieve optimal energy use in buildings as well as to improve user comfort. This article studies building energy management by examining some studies related this topic and applying their results to a 4-storey office building located in Tehran. DesignBuilder software was used to simulate the building, taking into account the various factors influencing its energy consumption such as the occupants' daily schedules, location, and other external influences affecting thermal comfort conditions. Furthermore, solar panels were digitally incorporated into this simulation in order to find out how much solar energy could be used efficiently in order to provide part of the building's energy needs.

    Keywords: Energy consumption management, Office building, Design Builder, Renewable Energies
  • Mahdi Gandomzadeh, Sara Mahmoudian Younesi, Abolghasem Mosayyebi, Majid Zandi * Pages 373-396
    Scenario writing is a way to draw the future workspace. Different scenarios suggest different strategies that will have different applications. In the process of scenario writing, real options are found to decide what goals should be chosen and what the means to achieve those goals could be. This article has extracted the descriptors and modes that have been adapted to Iran's conditions after the discussion and exchange of opinions in the expert meetings. Next, the Cross-Impact Balance (CIB) was formed to evaluate the parameters relative to each other, and the simulation of descriptors and states was performed in the ScenarioWizard software. The results introduced 9 scenarios to achieve different goals in the state space. They followed 7 scenarios of technology development in the energy sector and two scenarios of technology development in the strategic sector of industry and mining. In the results, it was found that 8 descriptors were compatible in only one state and the remaining 5 descriptors found meaning in more than one compatible state. The development of distributed generation up to 15 thousand megawatts to expand the systems of combined heat and power, as well as use in areas far from the grid, and determining the penetration rate of renewable sources of 10 thousand megawatts in the country's electric energy network were among the important numerical states selected in the descriptors. Expanding international relations, attracting foreign capital, using domestic government credit resources such as the budget and credits of the National Development Fund of Iran, the development of targeted industrial knowledge-based companies according to the needs of the country and simultaneous attention to planning, infrastructural and operational parameters were considered important in the discussion of the resilience of the power grid from the selected non-numerical states At the end of the results, battery, hydrogen and pumped-hydro storage were selected as the preferred technologies.
    Keywords: energy storage, Scenario, Cross-Impact Balance method, Battery, Hydrogen, pumped-hydro storage, Iran