فهرست مطالب

نشریه سد و نیروگاه برق آبی ایران
پیاپی 36 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/13
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی اکبر صابری، حسن احمدی*، داود صداقت شایگان، علی اصغر امیر کاردوست صفحات 1-13

    طرحهای مربوط به احداث سد و نیروگاه های برق آبی، به عنوان یکی از مهمترین نیروگاه های تولید انرژی، نقش بسیار مهمی در پایداری شبکه برق سراسری هر کشور ایفا مینمایند. بنابراین، طراحی، اجرا و بهره برداری از این طرحها همواره در دستور کار کشورها، مخصوصا کشورهای در حال توسعه قرار دارد. یکی از موارد مهم در راهبری طرحهای برق آبی، انتخاب مکانیسم مناسب جهت تامین منابع مالی است که در این مقاله، روش مشارکت عمومی- خصوصی به دلیل بهره مندی از مزایای بسیار، مورد بررسی قرار گرفته است. در کشور ایران به علل مختلفی همچون عدم ثبات و پویایی اقتصادی، نرخ تورم بالا، تحریمهای اقتصادی و همچنین مدیریت و سازماندهی نامناسب، تا کنون طرحهای محدودی با این روش اجرا شده اند. در مقاله حاضر، آمار و اطلاعات طرحهای برق آبی موجود که با روش مشارکت عمومی- خصوصی اجرا و به بهره برداری رسیده اند به همراه پیش بینی این روند در سالهای آتی بررسی شده اند. به علاوه، مطالعه موردی مدل مالی نیروگاه برق آبی گلپایگان  و امکان پذیری ورود بخش خصوصی برای اجرای آن نیز در این مقاله آورده شده که نشان میدهد با سیاستها و شرایط موجود در کشور ، روش مشارکت عمومی- خصوصی و استفاده از پتانسیل بخش خصوصی امکانپذیر نخواهد بود.

    کلیدواژگان: نیروگاه های برق آبی، انرژی تجدید پذیر، تامین منابع مالی، روش مشارکت عمومی- خصوصی، سد گلپایگان
  • محمدرضا جلالی*، سعید جمالی، صبا خلدی صفحات 14-29

    با توجه به اهمیت بهره برداری بهینه از منابع آب، مطالعات دوباره و توسعه طرح های موجود به ویژه در خصوص سدها و نیروگاه های برقابی مزایای بسیاری دارد. نقش حوضه آبریز کارون در تامین نیاز آب و برق کشور بسیار حیاتی می باشد. از این رو، با توجه به طرح توسعه نیروگاه گتوند علیا تا ظرفیت 1640 مگاوات، بیشینه سازی عملکرد آن از اهداف این پژوهش به شمار می آید. در این راستا، مدل بهینه سازی عملکرد نیروگاه سد گتوند علیا توسعه یافت. در مدل بهینه سازی، از بیشینه سازی ارزش انرژی تولیدی در نیروگاه سد گتوند علیا با استفاده از ارزش ترکیبی و همچنین، کمینه سازی تفاوت رهاسازی ساعتی از سد تنظیمی گتوند استفاده شد. بر اساس نتایج مدل بهینه سازی، در هر گام زمانی (ساعت)، ظرفیت بهینه عملکرد نیروگاه در یک سال نرمال، با ترکیبی از 4 واحد 250 مگاواتی و 4 واحد 160 مگاواتی (جمعا 1640 مگاوات)، پیشنهاد گردید. در راستای محاسبه ظرفیت نصب نیروگاه سد تنظیمی گتوند نیز، شبیه سازی برای 64 سال و در گام زمانی ساعتی و متناسب با شرایط پایین دست و محدودیت های مخزن صورت گرفت. پس از انجام محاسبات هیدروانرژی، ظرفیت نصب 50 تا 60 مگاوات به عنوان ظرفیت نصب بهینه پیشنهاد گردید.

    کلیدواژگان: نیروگاه سد گتوند، بهینه سازی، ارزش انرژی، ساعات بهینه کارکرد نیروگاه، سد تنظیمی گتوند
  • میلاد خیری، فرهود کلاته* صفحات 30-54

    به طور عموم، سدهای خاکی در معرض بارهای استاتیکی و دینامیکی همانند زمین لرزه قرار دارند که در پژوهش های قبلی، مدل سازی تراوش از سد بدون توجه اساسی به اثرات بارهای دینامیکی بر محیط متخلخل انجام شده است که در تحقیق حاضر، رفتار محیط سد با فرض تاثیر این نوع نیروها تحلیل شده است. برای این هدف، کدی برای حل معادلات کوپل u-p با زبان برنامه نویسی FORTRAN برای سد خاکی سن فرناندو پایین دست توسعه داده شد و متغیرهای نیروی دینامیکی شامل فرکانس (f)، دامنه (A) و ضریب شدت آریاس (AI) به عنوان متغیرهای فازی در نظر گرفته شدند. همچنین برای بارگذاری از مدل باترس - حاتمی (BH) استفاده شد که در آن از ضریب شدت آریاس (AI) برای بیان انرژی دینامیکی در سازه استفاده گردید. نتایج نشان می دهد در مدل دینامیکی - فازی نیز می توان گفت که افزایش ضریب AI از 0/1 به 1 در مدل باترس - حاتمی، موجب 2/8 برابر شدن بازه تغییرات دبی در فونداسیون سد می گردد و در بازه 16/5-12/1 هرتز با افزایش فرکانس (f)، مقادیر دبی اوج (PSD) در هر دو بخش فونداسیون و بدنه به مقدار آن در حالت استاتیکی نزدیک تر می شوند.

    کلیدواژگان: معیار شدت لرزه ای، معادله بایوت، بار لرزه ای، محیط متخلخل، معادلات u-p
  • ساقی باقرزاده، مهناز قائینی حصاروئیه*، کوروش قادری صفحات 55-69

    دریاچه ها و مخازن از  منابع مهم آب های سطحی است که برای مصارف گوناگون مانند شرب، کشاورزی، صنعت و... استفاده می شوند. یکی از عوامل بسیار مهم در کیفیت آب مخازن لایه بندی حرارتی می باشد. درتحقیق حاضر، از رویکرد شبیه سازی بر مبنای تلفیق مدل کیفی CE-QUAL-W2 و روش الگوریتم چرخه آب (WCA) برای مدلسازی کیفی مخزن سد کرخه استفاده شده است. برای مطالعه و بررسی دقیق لایه یندی حرارتی ابتدا از مدل کیفی CE-QUAL-W2 برای شبیه سازی دما در سال های 1393 و1394 استفاده شد و سپس برای کالیبراسیون پارامترهای موثر بر دما در مدلCE-QUAL-W2 ، یک مدل کامپیوتری بر مبنای الگوریتم WCA توسعه داده شد. بررسی کارآیی مدل ساخته شده با استفاده از یک سری شاخص های آماری نظیر ضریب همبستگی (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین انحراف خطا (MBE) صورت گرفت. مقادیر R2 در الگوریتم WCA در3 مرداد، 26 مرداد و 16 شهریور (183، 206، 227) به ترتیب برابر با 95/0، 95/0 و 99/0 به دست آمده است. همچنین مقادیر RMSE و MBE در الگوریتم WCA به ترتیب برابر87/1، 33/1، 21/1و69/0-، 84/0 و 68/0 می باشد. به طورکلی می توان نتیجه گرفت که الگوریتم WCA در تخمین پارامترهای موثر بر دما از دقت خوبی برخوردارمی باشند.

    کلیدواژگان: مدلCE-QUAL-W2، کالیبراسیون، لایه بندی حرارتی، الگوریتم چرخه آب
  • اسماعیل مسیبی، سعید فرزین* صفحات 70-85

    در مطالعه حاضر، برای نخستین بار از الگوریتم بهینه سازی کرکس های آفریقایی(AVOA)  برای حل مسائل بهره برداری بهینه از دو سیستم چهارمخزنه و ده مخزنه به جهت حداکثرسازی رهاسازی به منظور تولید انرژی برق آبی استفاده شده است، سپس عملکرد الگوریتم مذکور با سه الگوریتم بهینه سازی شاهین های هریس (HHO)، وال (WOA) و گرگ های خاکستری (GWO) ، با استفاده از آزمون فریدمن برای 10 بار اجرا، 300 عامل جستجو و 4000 تکرار مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد در سیستم چهارمخزنه، AVOA و GWO با بهینه بدست آمده به ترتیب برابر 67/296 و 65/283 در رتبه های اول و دوم جای گرفتند. در رتبه بعدی، HHO و WOA با فریدمن رنک مساوی و برابر 33/3 و میانگین مقادیر تابع هدف به ترتیب برابر 92/264 و 3/254 قرار گرفتند. در سیستم ده مخزنه نیز AVOA با میانگین مقادیر تابع هدف برابر 42/1059 در رتبه اول و پس از آن GWO، WOA و HHO با بهینه به ترتیب 54/1051، 89/1031 و 6/963 در رتبه های بعدی قرار گرفتند. لذا AVOA توانست 27/96% و 7/88% از بهینه مطلق توابع هدف سیستم های چهارمخزنه و ده مخزنه که به ترتیب برابر با 292/308 و 414/1192 می باشند را برآورد نماید. همچنین الگوریتم مذکور پتانسیل خوبی در حل سایر مسائل بهینه سازی دارد.

    کلیدواژگان: بهره برداری بهینه از مخازن سد، بهینه سازی، الگوریتم بهینه سازی کرکس های آفریقایی، سیستم های چندمخزنی
  • رسول جانی*، آرش اثنی عشری صفحات 71-100

    کنترل پایداری سدهای بتنی وزنی یکی از مهمترین موارد در آنالیز و طراحی به شمار می رود. تاکنون روش های متنوعی جهت بررسی پایداری سدهای بتنی وزنی ارائه شده است که از مهمترین و پرکاربردترین آنها می توان به روش های تعادل حدی و اجزاء محدود اشاره نمود. در این مطالعه پایداری سدهای بتنی وزنی با ارتفاعات مختلف به روش تعادل حدی و روش اجزاء محدود دو بعدی و سه بعدی برای پنج طیف زلزله مورد بررسی قرار گرفت. متفاوت بودن نتایج دو روش فوق در حصول برخی پارامترها من الجمله میزان لغزش، مدول الاستیسیته و توزیع تنش کف سد مقایسه گردید. لغزش سد بر روی فونداسیون برای تمام طیف زلزله ها تا بیشینه شتاب g0/2 چندان قابل توجه نبوده و برای بیشینه شتاب های بالاتر بسته به ماهیت زلزله ها، لغزش های بیشتری بوجود می آید. در روش تعادل حدی میزان جابجایی تاج سد نسبت به کف فونداسیون برای پنج زلزله یکسان است در حالی که در روش اجزاء محدود برای هر پنج زلزله، لغزش ها دارای روندهای متفاوتی هستند. مقدار عددی ضریب اطمینان لغزش در روش اجزاء محدود بیشتر از روش تعادل حدی است و با افزایش ارتفاع سد، اختلاف ضرایب اطمینان بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: پاسخ لرزه ای، مدول الاستیسته، لغزش، تغییر شکل
  • مهراد بیات، حسین علیزاده*، برات مجردی صفحات 101-113

    امروزه توانایی پیش بینی متغیرهای مختلف هیدرولوژیکی و نیز پایش وضعیت حوضه‎های آبریز، یکی از موضوعات مهم در علم هیدرولوژی محسوب می شود. به طور کلاسیک، با توجه به عدم دسترسی به مشاهدات میدانی متغیرهای مختلف، توسعه و نیز واسنجی مدل های هیدرولوژیکی بر پایه ی مشاهدات میدانی رواناب استوار بوده است. از طرفی، استفاده صرف از مشاهده رواناب، الزاما موجب شبیه سازی صحیح سایر متغیرهای هیدرولوژیکی نمی شود. با گذشت زمان و توسعه دورسنجی، افق مناسبی جهت استفاده از انواع اطلاعات دورسنجی در توسعه و واسنجی مدل های هیدرولوژیکی مبتنی بر مشاهدات مذکور ایجاد شد. نظر به اهمیت حوضه دریاچه ارومیه، و همچنین عدم توسعه یک چارچوب پیش بینی متغیرهای هیدرولوژیکی مختلف در حوضه مذکور، در این پژوهش اقدام به استفاده از رویکرد جذب مشاهدات هیدرولوژیکی در بالادست حوضه مذکور شد. برای این منظور از مشاهدات میدانی رواناب و داده های سطح پوشش برف (SCF)، متعلق به سنجنده MODIS، به طور توام و به منظور پیش‎بینی شرایط هیدرولوژیکی در بالادست حوضه مهابادچای استفاده شد. همچنین نتایج رویکرد پیشنهادی مبتنی بر جذب داده با نتایج حاصل از الگوریتم SUFI2 مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن بود که استفاده توام از مشاهدات رواناب و SCF میتواند به بهبود هم زمان شبیه سازی این دو متغیر کمک شایانی نماید.

    کلیدواژگان: واسنجی چند متغیره، جذب داده، SUFI2، سطح پوشش برف، دریاچه ارومیه
|
  • Aliakbar Saberi, Hasan Ahmadi*, Davood Sedaghat Shayegan, Aliasghar Amirkardoust Pages 1-13

    Projects related to the construction of dams and hydropower plants, as one of the most important power plants for energy production, play a very important role in the stability of the national electricity network of any country. One of the important issues in the management of hydropower projects is the selection of the appropriate mechanism to provide financial resources. In this paper, the PPP method has been examined due to its abundant benefits. In Iran, due to various reasons such as lack of economic stability and dynamism, high inflation rate, economic sanctions, as well as inappropriate management and organization, so far limited projects have been implemented with this method. Here, the information of the existing hydroelectric projects that have been implemented and put into operation with the PPP method have been reviewed along with the forecast of this trend in the coming years. In addition, a case study of the financial model of Golpayegan HPP and the possibility of entering the private sector for its implementation is also given, indicating that with the existing policies and conditions in the country, the PPP mechanism and using the potential of the private sector would not be possible

    Keywords: Hydroelectric Power Plants, Renewable Energy, Financial Resources Supply, Public-Private Partnership (PPP), Golpayegan Dam
  • MohammadReza Jalali*, Saeed Jamali, Saba Kholdi Pages 14-29

    Importance of optimal use of water resources is one of the factors of necessity of restudying of existing water projects, particularly dams and power plants. Therefore, according to the expansion of the capacity of Gotvand power plant up to 1640 megawatts, maximizing its performance is the main driver of this research. One of the objectives of optimization model developed for optimum performance of Gotvand power plant is maximizing of the value of the produced energy using a proposed combined value. Also, another objective is minimizing of the difference between maximum and minimum hourly release from the Gotvand regulation dam. Based on the results of the optimization model, the optimal power plant performance capacity was proposed according to the combination of 4 units of 250 MW and 4 units of 160 MW (1640 MW in total). In order to determine installed capacity of the Gotvand regulation power plant, a simulation was done for 64 years, in an hourly time step, by considering the downstream conditions and reservoir limitations. The results showed that optimum installed capacity is 50 to 60 megawatts.

    Keywords: Gotvand dam, Optimization, Energy value, Optimum power plant operating hours, Gotvand regulating dam
  • Milad Kheiry, Farhoud Kalateh* Pages 30-54

    In general, earth dams are subjected to both static and dynamic loads, such as earthquakes. Previous research has focused on dam seepage modeling without considering the effects of dynamic loads on the porous medium. To address this issue, a code was developed using the FORTRAN programming language to solve the coupled u-p equations for the Downstream San Fernando dam (DSFD). The dynamic force variables, including frequency (f), amplitude (A), and Arias intensity coefficient (AI), were considered fuzzy variables. Additionally, the Buttress-Hatami (BH) model was utilized for loading, where the Arias intensity factor (AI) was used to express the dynamic energy in the structure. The results indicate that in the dynamic-fuzzy model, an increase in the AI coefficient from 0.1 to 1 in the Batras-Hatami model leads to a 2.8-fold increase in the range of flow changes in the dam foundation. Furthermore, in the range of 12.1-16.5 Hz, with an increase in frequency (f), the values of peak flow rate (PSD) in both the foundation and body parts are closer to their value in the static state.

    Keywords: Intensity Measure (IM), Biot Equation, Seismic Load, Porous Media, u-p
  • Saghi Bagherzadeh, Mahnaz Ghaeini-Hessaroeyeh*, Kourosh Qaderi Pages 55-69

    Lakes and reservoirs are important sources of surface water that are used for various purposes such as drink, agriculture, industry and etc. One of the most important factors that affects the water quality of the reservoirs is thermal stratification. In this research, a simulation approach based on CE-QUAL-W2 qualitative models and the Water Cycle Algorithm (WCA) method have been used for qualitative modeling of Karkheh dam reservoir. In order to investigate the thermal stratification, CE-QUALW2 qualitative model has been used for simulating temperature during the years 2014 to 2015. Then, for calibration of parameters affecting temperature, a computer model based on the WCA algorithm was developed. The efficiency of the model was investigated by statistical indicators such as correlation coefficient (R2), root mean square error (RMSE), and mean Basic Error (MBE). The values ​​of R2 based on the WCA algorithm on 3 August, 26 August, and 16 September (183, 206, and 227) were obtained 0.95, 0.95, and 0.99, respectively. Also, the RMSE and MBE values were equal to 1.87, 1.33, and 1.21 and -0.69, 0.84 and 0.68, respectively. It can be concluded that the WCA algorithm has great accuracy in the estimation of the parameters affecting the temperature.

    Keywords: CE-QUALW2 model, Calibration, Thermal Stratification, Water Cycle Algorithm
  • Esmaeil Mosayebi, Saeed Farzin* Pages 70-85

    The optimization algorithm of African vultures (AVOA) has been used to solve the problems of optimal operation of two four- reservoir and ten- reservoir systems in order to maximize the release for the production of hydroelectric energy. then the performance of the aforementioned algorithm with three optimization algorithms of Harris's hawks (HHO), Whale (WOA) and Gray wolves (GWO) were compared using Friedman test for 10 runs, 300 search agents and 4000 iterations. The results showed that in the four- reservoir system, AVOA and GWO were ranked first and second with the optimal values of 296.67 and 283.65, respectively. In the next rank, HHO and WOA were placed with the same Friedman rank equal to 3.33 and the average values of the objective function equal to 264.92 and 254.3, respectively. In the ten- reservoir system, AVOA with the average objective function values of 1059.42 ranked first, followed by GWO, WOA, and HHO with optimal values of 1051.54, 1031.89, and 963.6, respectively. Therefore, AVOA was able to estimate 96.27% and 88.7% of the global optimum of the objective functions of the four- reservoir and ten- reservoir systems, which are equal to 308/292 and 1192/414, respectively.

    Keywords: Optimal operation of dam reservoirs, Optimization, African vulture’s optimization algorithm, Multi-reservoir systems
  • Rasoul Jani*, Arash Esna Ashari Pages 71-100

    Controlling the stability of weighted concrete dams is one of the most important things in analysis and design. So far, various methods have been presented to check the stability of weighted concrete dams, among which the most important and widely used methods can be mentioned limit equilibrium and finite element methods. In this study, the stability of weighted concrete dams with different heights was investigated using the limit equilibrium method and the 2D and 3D finite element method for five earthquake spectrums. The differences in the results of the above two methods were compared in obtaining some parameters, including the amount of slip, modulus of elasticity and stress distribution of the dam bottom. The sliding of the dam on the foundation was not significant for all the range of earthquakes up to the maximum acceleration of 0.2 g, and for higher maximum accelerations, more slips occur depending on the nature of the earthquakes. In the limit equilibrium method, the displacement of the dam crest relative to the foundation floor is the same for five earthquakes, while in the finite element method, the landslides have different trends for all five earthquakes.

    Keywords: Seismic response, Elastic modulus, Slip, Transformation
  • Mehrad Bayat, Hosein Alizadeh*, Barat Mojaradi Pages 101-113

    Nowadays the capability of forecasting-monitoring of hydrological variables is one of the crucial issues in the hydrology context. Traditionally, calibrating and developing hydrological models is based on streamflow observation. This issue arises from the lack of the availability of in situ measurements of other hydrological variables. Moreover, the models that only rely on the streamflow observation measured at the subbasin’s outlet may incorrectly represent the internal watershed processes. Due to advances in remote-sensing techniques, a good opportunity is available for calibrating-developing hydrological models based on the remotely-sensed data. Due to the importance of the Urmia Lake basin and the lack of a hydrological system for forecasting hydrological variables in the basin, we applied Data Assimilation (DA) at the upstream part of the basin. Accordingly, we simultaneously used the in-situ measurement of streamflow and remotely-sensed MODIS Snow Cover Fraction (SCF) to forecast hydrological variables at the upstream part of the Mahabad basin. Moreover, we compared the result of EnKF with SUFI2. Results show the simultaneous utilization of SCF and streamflow can concurrently improve the simulation accuracy of both variables. However, both EnKF and SUFI2 access similar result concerning streamflow simulation, EnKF provide a better result for SCF compared to SUFI2.

    Keywords: Multi-variate calibration, Data assimilation, SUFI2, Snow Cover Fraction, Urmia Lake