فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 11، بهار 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/03/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهندس مرتضی جدیدالاسلام زیدآبادی، اکبر ابراهیمی صفحات 2-15
    در این مقاله، مسئله برنامه ریزی یکپارچه منابع (IRP) با استفاده از نوعی مدل بهینه سازی با حداقل هزینه، مدل سازی شده است. در این مدل، تابع هدف مجموع هزینه های سرمایه گذاری، بهره برداری و تعمیرات و نگهداری منابع سمت تولید و همچنین هزینه اجرای برنامه های مدیریت بار است. قابلیت اطمینان سیستم، با استفاده از شاخص های مقدار انتظاری انرژی تامین نشده (EENS) و احتمال تامین نشدن بار (LOLP)، برآورد و تامین شده است. برای این منظور، هزینه های خروج اجباری واحدها، با استفاده از هزینه انرژی تامین نشده به تابع هدف اضافه گردیده و LOLP به عنوان قید مسئله برنامه ریزی در نظر گرفته شده است. به منظور حل مسئله از الگوریتم تکاملی کلونی زنبورهای مصنوعی (ABC) بهره گرفته شده است. برنامه ریزی یکپارچه منابع در یک سیستم قدرت نمونه و برای افق های برنامه ریزی میان مدت و نیز بلندمدت (که باعث افزایش ابعاد مسئله و نزدیک شدن به شرایط واقعی می گردد) انجام گرفته است. مسئله IRP، توسط الگوریتم ژنتیک (GA)، به عنوان یکی از بهترین روش های متداول، نیز حل و جواب های به دست آمده با ABC مقایسه شده است. مقایسه انجام شده نشان می دهد که عملکرد و کیفیت جواب های به دست آمده از الگوریتم ABC، در هر دو حالت، بهتر از الگوریتم ژنتیک است.
    کلیدواژگان: الگوریتم تکاملی کلونی زنبور های مصنوعی (ABC)، برنامه ریزی توسعه تولید، برنامه ریزی یکپارچه منابع (IRP)، قابلیت اطمینان سیستم قدرت، مدیریت سمت تقاضا (DSM)
  • محسن رحیمی صفحات 16-29
    توربین- ژنراتورهای بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) نسبت به افتادگی ولتاژ پایانه بسیار حساس اند. زیرا افت ولتاژهای عمیق پایانه ژنراتور باعث القای ولتاژهای بزرگ در سیم پیچ های روتور و در نتیجه، عبور جریان های گذرای شدید از روتور و مبدل الکترونیک قدرت آن می شود. با افزایش ضریب نفوذ توربین های بادی در شبکه لازم است که توربین- ژنراتورهای بادی در حین خطا متصل به شبکه باقی بمانند و در بهبود پایداری شبکه نقش ایفا کنند. در این مقاله، یک روش ترکیبی برای بهبود قابلیت ایستادگی توربین-ژنراتور القایی دو سو تغذیه در برابر خطای نامتقارن پیشنهاد می شود. این روش با استفاده از کنترل مبدل روتور و با اضافه کردن مقاومت میراکننده استاتور محقق می گردد. هدف از روش پیشنهادی، کاهش پیک پاسخ گذرا در لحظات وقوع و رفع خطا، بهبود میرایی نوسانات گذرای با فرکانس شبکه و حذف یا محدودکردن نوسانات نامیرای توالی منفی با دو برابر فرکانس شبکه است. در نهایت، کارایی روش های پیشنهادی به وسیله شبیه سازی آزموده می شود.
    کلیدواژگان: توربین، ژنراتور بادی القایی دو سو تغذیه، قابلیت ایستادگی در برابر افتادگی ولتاژ
  • علی وطنی، مهدی عنایتی سنگسرکی، داوود رشتچیان صفحات 30-39
    طی فرایندهای استخراج نفت و گاز و فرآوری آن ها در پالایشگاه ها، مقادیر قابل توجهی از گازهای غیر قابل استفاده در شبکه فلر پالایشگاه ها سوزانده می شود. گازهای سوزانده شده موجب آلودگی محیط زیست و هدررفت منابع اقتصادی کشور می شود. درصورتی که از سامانه های بازیابی گازهای ارسالی به شبکه فلراستفاده شود، می توان زمینه بازیابی انرژی هدررفته و جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای از جمله ترکیبات COX و SOX و NOX را فراهم نمود. در این مقاله، ابتدا فرایند سامانه بازیابی گازهای ارسالی به شبکه فلر، به منظور بازیابی گازهای سوزانده شده بیان شده است. در ادامه، شبیه سازی پایای سامانه مورد نظر با انجام مطالعه موردی در یکی از پالایشگاهای گازی انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد در صورت استفاده از سامانه بازیابی گازهای ارسالی به فلر در شرایط عملیاتی معمول پالایشگاه، امکان بازیابی (m3.hr-1)5930 گاز طبیعی شیرین شده و (ton.hr-1) 12 میعانات گازی فراهم می شود. در ادامه با انجام بررسی زیست محیطی مشخص شده است با استفاده از سامانه فوق از تولید 300 تن در سال NOx، 2142 تن در سال CO و 43 تن در سال SO2 جلوگیری می شود
    کلیدواژگان: پالایشگاه، شبکه فلر، سامانه بازیابی گازهای ارسالی به فلر، شبیه سازی، گازهای گلخانه ای
  • صفحات 40-47
    گاز سنتز ترکیبی از هیدروژن و مونو اکسید کربن است که در فرایندهای شیمیایی و متالوژی متعددی مورد استفاده قرار گرفته و اصلی ترین ماده میانی برای برخی ترکیبات شیمیایی از جمله متانول، آمونیاک، سوخت های مایع و حلال ها به شمار می آید. روش های متفاوتی برای تولید گاز سنتز در دسترس بوده که یکی از آن ها اکسیداسیون جزئی متان است. یکی از جدیدترین فناوری ها انتخاب راکتورهای پلاسما برای این منظور است که باعث تبدیل بیشتر متان به محصولات و تولید هیدروژن خالص می شود. از بین این راکتورها، راکتور پلاسمای گلایدینگ بازده بالاتری دارند. منبع تغذیه تولیدکننده محیط پلاسما در راکتور، ولتاژ بالای جریان مستقیم برق است. تکنولوژی پلاسما از طریق انرژی الکتریکی، باعث برانگیخته کردن مولکول ها شده و بستر مناسبی را برای انجام انواع مختلف واکنش ها ایجاد می کند. در این مقاله، معادله تولید گاز سنتز در راکتور با ترکیب پلاسما در حالت هتروژن از طریق فرایند اکسیداسیون کاتالیستی متان در یک بعد، به کمک نرم افزار متلب مدل شد و نتایج به دست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج مدل سازی به دست آمده نشان داد که مدل ارائه شده به خوبی بر نتیجه های آزمایشگاهی منطبق است.
    کلیدواژگان: گاز سنتز، اکسیداسیون جزئی متان، راکتور پلاسما
  • کریم مقصودی مهربانی، عبدالله مهرپناهی، صادق نیک بخت ناصرآباد، سمیه سادات فانی یزدی صفحات 48-61
    استفاده از حرارت گازهای خروجی از توربین گاز جهت گرمایش آب تغذیه یک سیکل بخار، بازتوانی به روش گرمایش آب تغذیه نامیده می شود. ایجاد تغییرات لازم در ساختار یک سیستم حرارتی به منظور به حداقل رساندن هزینه آن، دربرگیرنده یافتن موازنه ای بهینه میان نرخ هزینه مربوط به سرمایه گذاری اولیه و اگزرژی ازدست رفته سیستم است. در پژوهش حاضر، ابتدا سیکل بازتوانی شده نیروگاه بخار شهید رجایی به روش گرمایش آب تغذیه، مدل سازی شده و در مرحله بعد، با درنظرگرفتن متغیرهای ترمواکونومیکی اجزای نیروگاه به عنوان توابع هدف، تغییرات بهینه شده است. سپس، حساسیت تابع هدف در اثر تغییرات دبی زیرکش توربین های بخار موجود، مورد بررسی قرار گرفته و بهینه ترین مقدار دبی با روش الگوریتم ژنتیک مشخص شده است. در نتیجه این بهینه سازی، بازده ترمودینامیکی و اگزرژی نیروگاه به ترتیب به مقادیر 2/42 و 17/40 درصد ارتقا یافته و بهره وری هزینه برای اجزای با هزینه اگزرژی ازدست رفته بالا، 1 تا 16 درصد افزایش می یابد. همچنین، زمان بازگشت سرمایه اولیه در این روش، مقدار مطلوب 25 ماه به دست آمده است.
    کلیدواژگان: تحلیل ترمواکونومیک، بازتوانی، نیروگاه بخار، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک
  • محمد ملکوتیان، مهندس بهنام حاتمی، مهندس شیدوش دولتشاهی، مهندس احمد رجبی زاده صفحات 62-69
    لیپید استخراج شده از ریز جلبک ها به عنوان یکی از منابع نویدبخش جهت تولید بیودیزل و کاهش بحران انرژی، در سال های اخیر، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. هدف از این مطالعه، بررسی اثر دما روی رشد و بازدهی لیپید ریزجلبک، به عنوان یکی از عوامل تاثیرگذار بر بازدهی اقتصادی تولید بیودیزل است. ریزجلبک نانوکلروپسیس اوکولاتا در محیط والن و در هفت دمای مختلف کشت داده شد. میزان رشد سلولی به طور روزانه، از طریق اندازه گیری دانسیته سلولی با استفاده از اسپکتوفتومتر تعیین شد. تولید بیوماس و تجمع لیپید در انتهای فاز رشد ثابت ریزجلبک، تعیین گردید و ترکیبات تشکیل دهنده اسید چرب به وسیله گاز کروماتوگرافی تشخیص داده شد. مطابق استاندارد، کیفیت روغن استخراج شده از ریزجلبک جهت تولید بیودیزل نیز به وسیله اندیس ید تعیین شد. نتایج به دست آمده نشان داد بیشترین میزان رشد ویژه ریزجلبک و تولید بیوماس در دمای 20 و 25 درجه سانتی گراد بود. بیشترین درصد تبدیل بیوماس به لیپید در دمای30 درجه سانتی گراد رخ داد. بیشترین بازدهی لیپید در سه دمای 15، 20 و 25 درجه سانتی گراد بود؛ اما آنالیز اسید چرب در این سه دما نشان داد که بیشترین میزان تری گلیسرید در دمای 20 و 25 درجه سانتی گراد در سلول ریزجلبک تجمع یافته است. نتایج این تحقیق نشان داد که با کشت ریزجلبک نانوکلروپسیس اوکولاتا در محدوده دمایی 20 تا 25 درجه سانتی گراد می توان به حداکثر بازدهی لیپید و در نهایت، به حداکثر تولید بیودیزل دست یافت.
    کلیدواژگان: بازدهی لیپید، نانوکلروپسیس، دما، بیودیزل، ریزجلبک
|
  • Morteza Jadidoleslam, Akbar Ebrahimi Pages 2-15
    In this paper، Integrated Resource Planning (IRP) problem is formulated as an optimization problem in which the objective function is to minimize the total investment، operating، and outage (energy not served) costs of power system as well as the cost of DSM programs. Generation system reliability is assessed and provided by means of EENS and LOLP indices. For this sake، energy not served cost is added to the objective function، and LOLP is considered as a constraint. To solve the problem، Artificial Bee Colony (ABC) algorithm is proposed. In order to show the effectiveness and efficiency of the proposed algorithm، it is applied to a test system with 15 existing power plants and 5 types of new candidates، for two planning horizons. The Genetic Algorithm (GA)، as a mostly used method، is also applied to solve the IRP problem. Simulation results show the advantages of the proposed ABC algorithm over the GA.
    Keywords: Artificial Bee Colony (ABC) algorithm, Generation expansion planning, Integrated Resource Planning (IRP), Power system reliability, Demand Side Management (DSM)
  • Dr Mohsen Rahimi Pages 16-29
    DFIG based wind turbines (WTs) are very sensitive to grid voltage dips. This is because the grid voltage dips imposed at the connection point of the DFIG to the grid induce large voltages in the rotor windings، resulting in high rotor current. According to high penetration of DFIG based WTs، it is important that the WTs remain connected to the grid during the voltage dips and improve the grid stability. This paper proposes a combinational method for improving ride-through capability of DFIG-based wind turbines under unbalanced voltage dips. The method is realized through the rotor-side converter control and by using additional passive hardware، called stator damping resistor (SDR). The proposed method limits the peak values of transient response at the times of occurring and clearing the fault. It also improves damping of DFIG transient response، and eliminates or reduces undamped negative sequence oscillations with two times of grid frequency. Finally، performance of the proposed method is evaluated by time domain simulations.
    Keywords: DFIG, based wind turbine, Low voltage ride, through capability
  • Ali Vatani Pages 30-39
    During the oil and gas extraction and their refining processes at the refinery complexes، a large amount of gases are not used and then they will be sent to the Flare networks. These burnt gases cause pollution and will waste the country’s economic resources. If the Flare Gases Recovery Systems (FGRS (are employed، then we can recover the wasted energy and prevent the emission of greenhouse gases like CO2، SOX and NOX. In this paper، firstly، the FGR system process is demonstrated in order to recover burnt gases. Furthermore، the simulation of the desired system was carried out through conducting the case study in the gas processing plant. The simulation results indicate that if the flare gas recovery system is used when the refinery is in the normal operation condition، the recovery of 530 (m3. hr-1) of sweet natural gas، 12 (ton. hr-1) of gas condensates would be possible. Following environmental studies، it was found that by using the above-mentioned system، producing 300 (Kg) per day of NOx، 2142 (Kg) per day of CO and 43 (ton. hr-1) of SO2 would be prevented.
    Keywords: Gas processing plant, Flare networks, Flare gas recovery system, Simulation, Greenhouse gases
  • Pages 40-47
    Synthesis gas is a mixture of hydrogen and carbon monoxide which is used in many chemical and metallurgy processes and is the main intermediary for some chemical compounds like methanol and ammonia، liquid fuels and solvents. Various methods of synthesis gas are available and partial oxidation of methane is one of them. One of the newest techniques is to use plasma reactors for this purpose which causes more conversion of methane to products and produces more pure hydrogen. Among these reactors gliding plasma is one with the higher efficiency rate. Plasma generator in reactor is high voltage direct current power supply. Plasma technology by using electrical energy causes motivation of molecules and provides an ideal bed for different kind of reactions to take place. In this study the reactor is modeled in a one dimensional heterogenic mode via the catalytic oxidation process of methane using Matlab software and the results shows that the model is in good agreement with experimental results.
    Keywords: Synthesis gas, Partial oxidation of methane, Plasma reactor
  • Dr Karim Maghsoudi Mehrbani, Abdollah Mehrpanahi, Sadegh Nikbakht Naser Abad, Somayeh Sadat Fani Yazdi Pages 48-61
    Feed-water heating repowering is defined as using gas turbine (s) flue gasses energy for recovery by steam plant feed water heaters. Minimizing related total cost in new thermal system is the critical subject، beside of this purpose an optimal balance between capital cost investment and exergy destruction should be considered. In this research feed water heating repowering modeling of Shahid Rajae steam plant has been performed; in the next stage، optimization of mentioned system variables has been done based on thermoeconomic objective functions. Then objective functions sensitive analysis in contrast of steam turbines extraction flow rates have been performed and optimum amount of flow rate are determined by using Genetic algorithm. As a result of this optimization، some of technical and economical system properties have been upgraded. Thermal efficiency and exergy efficiency are anticipated to be 42. 2 and 40. 17 respectively and exergy destruction cost is increased about 1 to 16 percent; also it should be mentioned that 26 months has been derived for optimum period of preliminary capital return.
    Keywords: Thermoeconomic analysis, Repowering, Steam power plant, Optimization, Genetic algorithm
  • Dr Mohammad Malakootian, Eng Behnam Hatami, Eng Shidvash Dolatshahi, Eng Ahmad Rajabizade Pages 62-69
    One of the promising sources for biodiesel production and lowering energy crisis is microalgae lipid and attracted much attention in recent years. The aim of this study was to investigate the Effect of temperature on the Lipid productivity as factors affecting biodiesel economic performance. Microalgae Nannochloropsis Oculata in Walne medium and seven different temperatures were cultured. Cell growth on a daily basis by measuring the cell density was determined by spectrophotometry. Biomass production and lipid accumulation of microalgae in the late of stationary growth phase measurements and constituents were identified by gas chromatography. By Standards، quality of oil extracted from microalgae for biodiesel production، was determined by iodine values. The results show that the maximum specific growth rate and biomass production of microalgae at 20 and 25 degrees. And the highest percentage of biomass conversion into lipid occurred at 30 degrees. Maximum lipid productivity at three temperatures 15، 20 and 25 degrees، but the analysis of fatty acids in the three temperature shows that maximum triglycerides accumulation in microalgae cells at 20 and 25 degrees. At Nannochloropsis Oculata cultivation، the optimal temperature range for maximum efficiency lipids to biodiesel production is 20 to 25 degrees Celsius.
    Keywords: Lipid productivity, Nannochloropsis, Temperature, Biodiesel, Microalgae