فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/12/24
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میثم همتی*، نیما امجدی، مهدی احسان صفحات 2-13
    در این مقاله، یک مدل ریاضی برای بهره برداری ریز شبکه در حالت جزیره ای ارائه می شود. منابع تولیدی شامل سلول های خورشیدی، دیزل ژنراتور، مجموعه باتری و همچنین مبدل دوطرفه AC به DC، در مدل سازی ریز شبکه در نظر گرفته شده اند. هزینه های سوخت، هزینه های آلودگی، هزینه های تعمیر و نگهداری این منابع تولیدی و هزینه عدم تامین بار ریز شبکه به همراه محدودیت های بهره برداری و مشخصه های تجهیزات، در مدل پیشنهادی لحاظ شده است. همچنین یک الگوریتم مهاجرت اصلاح شده برای حل مسئله بهینه سازی بهره برداری ریز شبکه ارائه شده است. نتایج تعیین شده توسط الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی، برای بهره برداری ریز شبکه های نمونه که از داده های واقعی استفاده شده است، با نتایج چندین الگوریتم بهینه سازی که اخیرا ارائه شده، مقایسه شده است. این مقایسه ها صحت و اعتبار روش ارائه شده را تایید می کند.
    کلیدواژگان: ریز شبکه، بهره برداری بهینه، جست وجوی تصادفی، تولید های تجدید پذیر، الگوریتم مهاجرت، هزینه عدم تامین بار
  • موسی شیخ حسینی*، روح الله فدایی نژاد صفحات 14-23
    امروزه تعیین مکان بهینه توربین ها در مزرعه بادی، یکی از دغدغه های بزرگ طراحان مزارع بادی است. در این مقاله، هدف تعیین مکان بهینه توربین ها در مزرعه است. این کار با بیشترکردن انرژی خروجی و کمترکردن هزینه اتصال توربین ها به جاده، هزینه کابل کشی برای اتصال به کلکتور و هزینه خرید و نصب توربین ها انجام شده است؛ بدین صورت که ابتدا توربین ها در مزرعه به گونه ای کنار یکدیگر قرار داده شده اند که کمترین اثر منفی را روی یکدیگر داشته باشند. در این حالت مشخص شده با تغییر جهت وزش باد توان خروجی چگونه تغییر می کند که این کار با ترکیب معادلات ویک (wake) و جهت وزش باد انجام شده است. سپس با ارائه یک مدل ریاضی، هزینه های اتصال به جاده و کلکتور بیان شده است. اطلاعات باد مربوط به منطقه میل نادر زابل است که پتانسیل وزش باد زیادی دارد. این اطلاعات به مدت یک سال هر ده دقیقه یک بار اندازه گیری شده است. بهینه سازی به وسیله الگوریتم جست وجوی هارمونی با استفاده از نرم افزار متلب (MATLAB) انجام شده است و برای اثبات صحت بهینه سازی نتایج شبیه سازی با نتایج حاصله از الگوریتم ژنتیک، الگوریتم تجمع ذرات و روش مونت کارلو مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: اثر ویک، مزرعه بادی، انرژی خروجی، هزینه کابل و جاده، الگوریتم جست وجوی هارمونی
  • حامد فرهادی قریبه*، احمد صادقی یزدانخواه، محمدرضا عزیزیان صفحات 24-37
    توسعه وسایل نقلیه الکتریکی سبب توجه روزافزون به الکتروموتورها، منابع ذخیره ساز انرژی الکتریکی و تجهیزات الکترونیک قدرت شده است. موتورسیکلت الکتریکی نیز به دلیل داشتن پتانسیل استفاده فراوان در بسیاری از کشورهای آسیایی دارای اهمیت است. امروزه چالش مهم وسایل نقلیه الکتریکی، چگالی انرژی کم باتری ها در مقایسه با سوخت های فسیلی است. یکی از اهداف اساسی این مقاله، انتخاب مناسب باتری، ابرخازن و افزودن مکانیزم شتاب سریع به عنوان اساسی ترین بخش طراحی یک موتورسیکلت الکتریکی در راستای افزایش بازده انرژی و بهبود عملکرد آن است. انتخاب بهینه باتری با درنظرگرفتن هزینه، کارایی، افزایش مسافت پیموده شده طی یک بار شارژ، طول عمر، وزن، حجم و بازده می تواند یک گام موثر در راستای توسعه موتورسیکلت الکتریکی باشد. با توجه به پیشرفت های اخیر، در مقاله حاضر، امکان استفاده از باتری سدیم نیکل کلراید به همراه ابرخازن و مکانیزم شتاب سریع پیشنهاد و بررسی شده است. الکتروموتور شارمحوری مغناطیس دائم چهار فاز دارای مزایایی از قبیل بازیافت انرژی ترمز مولدی، ریپل کم گشتاور و قابلیت جاسازی آن در داخل تایر می باشد. استفاده از ابرخازن و افزودن مکانیزم شتاب سریع با حضور الکتروموتور مذکور سبب بهبود بازده انرژی، افزایش مسافت پیموده شده (حدود 19%) و رضایت بیشتر کاربران موتورسیکلت الکتریکی می شود. برای بررسی صحت موارد مذکور، شبیه سازی های لازم بر روی یک موتورسیکلت الکتریکی انجام شده است. نتایج به دست آمده از لحاظ کاهش هزینه های اولیه و سالیانه استفاده از ترکیب باتری و ابرخازن مناسب، در برابر سایر ترکیب های منابع ذخیره انرژی ارزیابی گردیده است.
    کلیدواژگان: موتورسیکلت الکتریکی، باتری، ابرخازن، مدیریت هزینه، بهبود بازده انرژی
  • حسین خراسانی زاده*، مهندس سید مرتضی مسچی صفحات 38-49
    نحوه قرارگیری کلکتورهای تخت خورشیدی، اعم از حرارتی یا فتوولتاییک، بر مقدار تشعشع ورودی به آن ها و میزان جذب آن تاثیر دارد. در این مطالعه، زاویه بهینه شیب کلکتورهای خورشیدی تخت واقع در کاشان، برای تنظیم ماهیانه، فصلی، شش ماهه و سالانه تعیین شده است. محاسبات خورشیدی در صورتی که مبتنی بر داده های تجربی باشند، نتایج بهتری در اختیار می گذارند؛ ولی بسیاری از مناطق ایران ازجمله کاشان، فاقد اطلاعات تجربی خورشیدی هستند. در این تحقیق، به دلیل تشابه اقلیمی اصفهان با کاشان، از متوسط ماهیانه تشعشع روزانه اندازه گیری شده درازمدت در ایستگاه اصفهان، برای محاسبه زوایای شیب بهینه استفاده شده است. همچنین به منظور مقایسه، از مقادیر تخمینی چند منبع دیگر نیز برای محاسبه این زوایا استفاده شده و نتایج حاصل از روابط عمومی پیشنهادی سایر محققان نیز به دست آمده اند. انجام مقایسه، ضعف چند رابطه موجود و اعتبار نتایج به دست آمده در این مطالعه را مشخص کرده است. بر مبنای نتایج برای بهترین بهره برداری، تنظیم شیب حداقل هر ماه یک بار لازم است و زاویه بهینه حداکثر و حداقل به ترتیب °60 برای ماه آذر و صفر درجه برای دو ماه خرداد و تیر می باشد. این زاویه برای تنظیم ثابت فصلی در بهار، تابستان، پاییز و زمستان به ترتیب °3، °14، °53 و °48، برای تنظیم ثابت در شش ماه اول و دوم سال به ترتیب °9 و °51 و برای تنظیم ثابت سالانه °29 می باشد، که به عرض جغرافیایی کاشان (°59/33) نزدیک است.
    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، تخمین تشعشع، زاویه بهینه شیب، کلکتور خورشیدی صفحه تخت، کاشان
  • کوروش گودرزی*، غلامرضا زنده بودی، سیدیوسف گودرزی صفحات 50-59
    در این تحقیق، به بررسی آثار درون لوله ای ستاره ای، به عنوان یکی از مهم ترین روش های افزایش انتقال حرارت در آبگرمکن گازی، به عنوان یک نوع خاص از مبدل های حرارتی، پرداخته شده است. آثار جایگذاری درون لوله ای ستاره ای با طول گام های مختلف بر عملکرد حرارتی آبگرمکن، به کمک روش عددی حجم محدود، مورد مطالعه قرار گرفته است. در تمامی حالت های بررسی شده (اعداد رینولدز بین 5800 تا 18600) عدد ناسلت خیلی بیشتر از عدد ناسلت در حالت بدون درون لوله ای است؛ به طوری که متوسط عدد ناسلت در محدوده رینولدزهای بررسی شده، برای طول گام های 2، 3 و 5/4 سانتیمتر به ترتیب، 91/1، 755/1 و 592/1 برابر عدد ناسلت لوله بدون درون لوله ای محاسبه شد. به منظور بررسی افت فشارهای ایجاد شده همراه با افزایش انتقال حرارت، به واسطه جایگذاری درون لوله ای، از متغیر ضریب عملکرد استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که تاثیر کلی جایگذاری درون لوله ای ستاره ای با طول گام های مختلف، بر روی عملکرد آبگرمکن مطلوب است.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی، آبگرمکن گازی، درون لوله ای ستاره ای
  • عبدالرضا ثابت عهد جهرمی، کامران لاری*، علی مرسلی، عباسعلی علی اکبری بیدختی، محمد جعفر سلطانیانفرد صفحات 60-69
    امروزه توان الکتریکی حاصل از گرادیان (یا شیب) شوری به عنوان یکی دیگر از منابع انرژی تجدیدپذیر به شمار می رود. این انرژی را می توان از اختلاط دو نوع آب با غلظت های نمک متفاوت به دست آورد. در مصب یک رودخانه، آب شیرین با آب دریا به طور طبیعی و بدون هیچ مانعی با یکدیگر مخلوط می شوند. یکی از روش های کاربردی و مناسب برای کنترل این اختلاط بدون مانع و استحصال انرژی از آن، روش الکترودیالیز معکوس است. رودخانه اروند در مرز ایران و عراق، یکی از رودخانه های آب شیرین است که در نهایت، به خلیج فارس منتهی می شود. در این تحقیق، با استفاده از پارامترهای فیزیکی اندازه گیری شده در سه ایستگاه هیدرومتری، میزان شوری آب این رودخانه بررسی می شود؛ سپس با مقایسه آن با میزان شوری آب خلیج فارس، انرژی الکتریکی دست یافتنی از آن، به صورت تئوری مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، گرادیان شوری، انرژی آزاد گیبس، الکترودیالیز معکوس، خلیج فارس، رودخانه اروند
|
  • Dr Meisam Hemmati *, Dr Nima Amjady, Dr Mehdi Ehsan Pages 2-13
    This paper presents a comprehensive operation model for micro grids operating in the islanded mode. Various energy sources including diesel engine generator، micro turbine، wind turbine and photovoltaic cell as well as battery storage and AC/DC rectifier/inverter are included in the modeling of the micro grid. Fuel costs، emission costs، and operation and maintenance costs of these sources as well as their operating limits and characteristics and cost of energy not served are considered in the proposed model. Furthermore، an enhanced differential search algorithm (EDSA) is presented to solve the optimization problem of MG operation. The numerical results obtained from the proposed solution approach for test cases with real world data are compared with the results of several other recently published optimization methods. These comparisons confirm the validity of the developed approach.
    Keywords: Micro grid, Optimal operation, Stochastic search, Renewable energy, Differential search algorithm
  • Mousa Sheikhhoseini *, Roohollah Fadaeinedjad Pages 14-23
    Nowadays، optimal placement of wind turbines in a wind farm is one of the major concerns of the wind farm designers. This paper concentrates on the optimal placement of wind turbines in a wind farm. The optimal placement of wind turbines has been carried out to maximize the output energy and minimize the investment cost of cable، road and wind turbines. For this purpose، Firstly، it should be determined which turbine and to what extent is in the wake of its upstream turbines، considering the wind speed and direction. Next، the cost of the collector system and road connection has been determined using a proposed mathematical model. In this research، the annual wind data of Milnader region in Iran، which is a suitable region for installing a wind farm due to its high wind speed، has been used. Harmony Search Algorithm (HSA) has been used to implement this optimization problem. To validate the simulation results، the results have been compared with genetic algorithm، practice swarm optimization and MonteCarlo method.
    Keywords: Wake effect, Wind farm, Energy output, Cost of road, cable, Harmony search algorithm
  • Hamed Farhadi Gharibeh *, Ahmad Sadeghi Yazdankhah, Mohammad Reza Azizian Pages 24-37
    Increasing the demand for electric vehicles، makes the manufactures to concentrate on the research of new energy storage devices، electro motors، and power electronic devices. The main subject in designing an electric motorcycle with four-phase AFPM and its full wave converter is to select suitable energy storage system and add on turbo-acceleration mechanism. Choosing the suitable energy storage system based on battery cost، mass، life-cycle، efficiency and safety can play important role in better operation of electric motorcycle and efficiency improvement. Using combination of battery and ultra-capacitor as the suitable energy storage system can handle the daily driving needs of an electric motorcycle with sufficient cost and improved electric driving range. The Sodium-nickel chloride batteries are the best for electric motorcycle. They have low cost، and their specific energy is high. The main objective of this paper is to add on turbo-acceleration mechanism along with using the combination of ultra-capacitor and sodium-nickel chloride battery to improve the energy efficiency، cost، and electric driving range up to 19%، also to supply access power for additional acceleration in an electric motorcycle that is equipped with four-phase AFPM to have easy recovery of regenerative braking energy and low torque ripple. In order to evaluate the energy efficiency improvement and cost reduction، some simulations are done on an electric motorcycle.
    Keywords: Electric motorcycle, Battery, Ultra, capacitor, Cost management, Improvement of energy efficiency
  • Dr. Hossein Khorasanizadeh * Pages 38-49
    The orientation of the flat solar collectors affects the amount of solar radiation received and absorbed by them. In this study، the optimum tilt angles of flat plat solar collectors in Kashan for the fixed monthly، seasonal، semi-yearly and yearly adjustments have been determined. If the solar calculations are based on the measured data، they produce more accurate results; however in many parts of Iran like Kashan the solar data are not measured. Due to similar climatic conditions of Kashan and Isfahan، in this study the long term measured solar data of Isfahan have been utilized for calculating the optimum tilt angles. Also for making comparison، other estimated values have been used also the optimum tilt predictions of some general correlations proposed by several researchers have been obtained. The comparison stated the weakness of some existing correlations and the validity of the results obtained in this study. The results indicate that for the optimized use of solar energy it is necessary to adjust the tilt at least once in every month and the maximum and minimum slope angles are 60° for Azar and zero for two months of Khordad and Tir، respectively. The optimum tilt for the fixed seasonal adjustments in Spring، Summer، Autumn and Winter are 3°، 14°، 53° and 48°، respectively and for the fixed semi-yearly adjustments in the first and the second six months of the year are 9° and 51°، respectively. Also the fixed annual optimum tilt is 29°، which is very close to the latitude of Kashan (33. 59°).
    Keywords: Solar energy, Radiation estimation, Optimum tilt angle, Solar flat plate collectors, Kashan
  • Pages 50-59
    In this work، the effects of star tube insert as one of the best passive method for enhancement heat transfer in gas water heater are studied. The effects of this tube insert with step 2، 3 and 4. 5 cm on flow characteristics and thermal performance of the gas water heater are investigated using finite volume method. In the cases studied (Reynolds numbers between 5800 and 18600)، Nu Number is obtained much higher than the gas water heater without tube insert. As the average Nu Number in the range of Re Number is 1. 91، 1. 755 and 1. 592 for step 2، 3 and 4. 5، respectively، compared to plain tube without tube insert. In order to evaluate the pressure drop with an increase in heat transfer due to tube insert، the thermal performance factor is used. The Results show that the overall effect of the star tube inserts with different steps on the gas water heater performance is desirable.
    Keywords: Heat exchanger, Gas water heater, Star tube insert
  • Abdol Reza Sabetahd Jahromi, Dr Kameran Lari *, Dr Ali Morsali, Dr Abas Ali Ali Akbari Bidokhti, Dr Mohammad Jafar Soltanianfard Pages 60-69
    Electrical power of salinity gradient is one of the sources for renewable energy. This energy can be obtained by mixing two kinds of water with different concentrations. In a river estuary، fresh water naturally mixes with sea water without any obstruction. Reveres electro dialysis (RED) is one of the suitable and practical methods for controlling this unobstructed mixture and extracting energy from it. Arvand River between Iran and Iraq is one of the fresh water rivers which lead to Persian Gulf. In this research، the salinity of this river’s water is studied by measured physical parameters in three hydrometric stations. Then this salinity is compared with water salinity of Persian Gulf and its extractible electrical energy assesses and analysis theoretically.
    Keywords: Renewable energy, Salinity gradient, Gibb's free energy, Reverses electro dialysis, Persian Gulf, Arvand River