فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال چهارم شماره 4 (پیاپی 14، زمستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/10/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهندس علیرضا هاتفی عین الدین *، احمد صادقی یزدانخواه، رسول کاظم زاده صفحات 2-15
    در طی سال های اخیر، منابع تولید انرژی های نو، همچون انرژی بادی و خورشیدی، به دلیل دارا بودن مزایایی از قبیل بهره اقتصادی، آلودگی های زیست محیطی ناچیز و تجدیدپذیر بودن چرخه تولید، به عنوان جایگزین اصلی منابع سوخت های فسیلی مورد توجه قرار گرفته اند. با وجود این، قابلیت اطمینان پایین به دلیل ماهیت تولید غیرقطعی و نوسانی منابع تجدیدپذیر، ازجمله مهم ترین معایب این منابع به شمار می آید. به منظور برطرف ساختن عیب یادشده، در این مقاله یک سامانه تجدیدپذیر ترکیبی متصل به شبکه، با منابع تولید اولیه انرژی بادی و برق خورشیدی و منبع پشتیبان پیل سوختی معرفی شده است. یک راهکار مدیریت توان با هدف ایجاد تعادل بین مقدار توان تولیدی منابع اولیه و مقدار توان مصرف شده توسط بارهای متصل به سامانه، پیشنهاد شده است. همچنین به منظور افزایش بازده سامانه و بهبود عملکرد سیستم کنترلی، الگوریتم ابتکاری جست وجوی هارمونی برای بهبود عملکرد کنترل کننده های proportional-integral((PI، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی سامانه مذکور با الگوریتم مدیریت توان پیشنهادی در نرم افزار MATLAB/SIMULINK، ضمن اثبات کارایی آن، تاثیر استفاده از روش جست وجوی هارمونی در بهبود حالات گذرای سیستم و همچنین افزایش بازده کلی سامانه را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: انرژی نو، تولید ترکیبی، باد، برق خورشیدی، پیل سوختی، کنترل برداری، جست وجوی هارمونی، بهینه سازی
  • یاسر شکری کلاندرق *، علی اکبر افضلیان صفحات 16-23
    توربین بادی یکی از مهم ترین منابع تولید برق است که سریع ترین رشد را در بین منابع تجدیدپذیر انرژی از لحاظ ظرفیت تولید، به خود اختصاص داده است. دغدغه کار کنترل بر روی این سیستم، به سبب برداشت انرژی با بازدهی بالا، همواره مد نظر محققان بوده است. از آنجایی که توربین بادی دارای یک مدل ریاضی غیرخطی است، برای استفاده از تکنیک های کنترل خطی در این گزارش، ترم غیرخطی برحسب یک پارامتر خطی سازی شده و سپس مدل فازی T-S بر روی مدل های خطی کارگزاری می شود تا متناسب با سرعت باد، استنتاجی از مدل های خطی شده را در هر لحظه نتیجه دهد. در مرحله بعد، یک کنترل کننده بهره برنامه ریزی شده فازی تحت عنوان «جبران ساز توزیع شده موازی (PDC)» در فضای حالت استفاده شده است که مبتنی بر مدل فازی T-S توربین بادی، با تغییر سرعت باد تغییرات لازم در بهره های بازگشتی را اعمال می کند. با توجه به تداخل توابع عضویت در مدل توربین و کنترل کننده، به کمک تابع Lyapunov مخصوص با استفاده از نامساوی های ماتریسی خطی اثبات می گردد که کنترل کننده طراحی شده، سیستم پایداری را ایجاد کرده است. در نهایت، مقایسه ای بین کنترل کننده های کلاسیک تناسبی انتگرال گیر مشتق گیر (PID) و طرح مقاله صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: کنترل توربین باد، مدل سازی فازی توربین باد، جبران سازهای توزیع یافته موازی، نامساوی های ماتریسی خطی
  • معراج نوروزی *، شاهرخ فرهنگی، حسین ایمان عینی صفحات 24-39
    در این مقاله، کنترل ژنراتور القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای توربین بادی سرعت متغیر جهت تغذیه بار محلی در حالت مستقل از شبکه، مورد تحلیل و شبیه سازی قرار می گیرد. در این مقاله، منظور از توربین بادی مستقل از شبکه، تغذیه بار به تنهایی، بدون وجود عناصر ذخیره کننده انرژی و بدون حضور دیگر منابع تولید پراکنده است. تعداد زیادی از توربین های بادی نصب شده در ایران، از نوع 660 کیلوواتی می باشند و از طرفی تاکنون در مراجع داخل، مطالعه بر روی توربین بادی 660 کیلوواتی با استفاده از DFIG و در حالت مستقل از شبکه صورت نگرفته است، بنابراین با توجه به مزایای استفاده از DFIG در توربین بادی، ضرورت این نوع پژوهش احساس می شود. در همین راستا، مطالعه موردی روی توربین بادی 660 کیلووات شرکت وستاس و با هدف طراحی ساختار کنترلی مطلوب به منظور استفاده از DFIG در حالت مستقل از شبکه انجام می شود. دو روش کنترل مستقیم ولتاژ و غیرمستقیم ولتاژ استاتور بر پایه کنترل برداری نیز بررسی می شوند. در انتها برای صحت سنجی، دو سناریو جهت شبیه سازی مد نظر است که نتایج آن به طور مفصل، مورد تحلیل قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ژنراتور القایی تغذیه دوگانه، مستقل از شبکه، بار محلی، توربین بادی 660 کیلووات، کنترل برداری
  • معصومه امیری، آرش نجفی * صفحات 40-49
    پایان پذیری سوخت های فسیلی و خسارت های زیست محیطی آن ها منجر به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر ازجمله زیست توده شده است، پسماند های کشاورزی از منابع بزرگ زیست توده هستند که در این مطالعه امکان استفاده از پسماند های کشاورزی استان اردبیل به عنوان سوخت در محفظه های احتراقی بررسی شده است. با مطالعه و بررسی همه محصولات کشاورزی تولیدی استان اردبیل، دو نمونه کاه گندم و جو به علت ازیاد تولید و ارزش غذایی کم و پسماند زیاد به عنوان نمونه انتخاب شدند و آنالیزهای عنصری و خاکستر حاصل از احتراق، کاه گندم و جو، با استفاده از محدوده های استاندارد مقایسه و مشکل های فنی و زیست محیطی ناشی از آن ها تحلیل شده است. همچنین با استفاده از آنالیز توزین حرارتی، رفتار احتراقی نمونه ها تحلیل و شاخص های احتراقی و سینتیک آن ها به دست آمدند. مقدار کلرو گوگرد در هر دو نمونه کاه جو و گندم، بالاتر از مقدار مجاز 1/0 درصد است که منجر به پدیده خوردگی و انتشار آلاینده ها می شود، مقدار نیتروژن بالاتر از مقدار مجاز 7/0 است که منجر به انتشار اکسیدهای نیتروژن می شود. نمونه کاه گندم نسبت به کاه جو شاخص احتراق و اشتعال پذیری بیشتر و درنتیجه، دمای پیک و زمان حداکثر نرخ احتراق و دمای پایان احتراق کمتر، اما حداکثر نرخ احتراقی بیشتر و درنتیجه، واکنش پذیری ببیشتری دارد. انرژی فعال سازی و فاکتور فرکانسی نمونه کاه جو در مرحله احتراقی زغالی شدن بیشتر از گندم است. هر دو نمونه برای استفاده مستقیم به عنوان سوخت مطلوب نیستند و نیاز به انجام برخی فرایندهای اصلاحی دارند.
    کلیدواژگان: زیست توده، پسماندهای کشاورزی، احتراق، آنالیزهای سوخت، سینتیک سوخت، انرژی تجدیدپذیر
  • مهران عامری *، اکبر ملکی، فرشید کی نیا صفحات 50-61
    در این مقاله، یک سیستم ترکیبی فتوولتائیک، بادی با ذخیره ساز باتری به منظور تامین یک الگوی بار نمونه مستقل از شبکه طراحی می شود. هدف از این طراحی، تامین انرژی مورد نیاز و کمینه سازی هزینه کل تولید در طول عمر سیستم است. به همین دلیل، با استفاده از الگوریتم جدیدی تحت عنوان الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات با عامل انقباض که دارای ویژگی هایی از قبیل سرعت همگرایی بالا و توانایی جست وجوی بیشتر فضای جست وجوست، اندازه بهینه این منابع تعیین و تابع هزینه کمینه می شود. اندازه بهینه اجزای این سیستم در شرایط مختلف عملکرد با اطلاعات واقعی بار و هواشناسی یکی از مناطق جنوبی (شهر رفسنجان) و شمال غرب (شهر نمین) و شمال شرق (شهر داورزن) ایران مورد بررسی قرار گرفته می شود. در نهایت، نتایج نشان می دهد که الگوریتم ذکرشده قدرتمند تر از الگوریتم انبوه ذرات و جست وجوی ممنوع است.
    کلیدواژگان: توربین بادی، پنل فتوولتائیک، باتری، بهینه سازی، انبوه ذرات با عامل انقباض
  • قاسم عرب *، حسین قدمیان صفحات 62-73
    در این تحقیق، یک چرخه هیبریدی پیل سوختی اکسید جامد/توربین گازی با فناوری غشای تبادل یونی، به منظور جذب دی اکسیدکربن مورد بررسی و تحلیل های ترمودینامیکی قرار گرفته است. این چرخه با هدف تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز یک سکوی نفتی کشور طراحی شده و دی اکسیدکربن تولیدی آن به مخزن نفتی تزریق می شود. بر این اساس، در ابتدا با معرفی چرخه پیشنهادی و ارائه روش مدل سازی، با استفاده از کدنویسی در محیط نرم افزار حل گر معادلات مهندسی (EES) مدل سازی ترمودینامیکی انجام شده و معادلات بالانس جرمی، انرژی و الکتروشیمی به صورت هم زمان حل شده اند. نتایج مدل سازی نشان می دهد این چرخه بدون سیستم جذب و متراکم سازی دی اکسیدکربن دارای بازده الکتریکی 19/79 % است که با اضافه شدن سیستم جذب و متراکم سازی دی اکسیدکربن، بازده الکتریکی به 4/75 % کاهش می یابد. سهم پیل سوختی اکسید جامد، توربین گازی و توربین بخار در تولید توان های این چرخه، به ترتیب برابر 55/73 %، 79/18 % و 67/7 % هستند. میزان تولید ویژه دی اکسیدکربن این چرخه در قیاس با نیروگاه های مدرن گازسوز چرخه ترکیبی، میزان 12/24 % کاهش را نشان می دهد. با تزریق دی اکسیدکربن تولیدی این چرخه به مخزن نفتی، میزان 995 بشکه نفت خام در سال، از این محل قابل استحصال است. تحلیل پارامتریک انجام شده نشان می دهد فشار کاری چرخه با لحاظ محدودیت عملکردی غشای تبادل یونی، بایستی تا حد ممکن پایین باشد. با توجه به وضعیت، ساختار مخازن و ضریب برداشت از منابع نفتی کشور، استفاده از این فناوری، به سبب مزایای ذکرشده در این تحقیق، در سکوهای نفتی کشور پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، توربین گازی، جذب دی اکسیدکربن، غشای تبادل یونی، ازدیاد برداشت، مدل سازی ترمودینامیکی
|
  • Alireza Hatefi Einaddin *, Dr Ahmad Sadeghi Yazdankhah, Dr Rasool Kazemzadeh Pages 2-15
    In recent years، due to the economical advantages، environmental friendly attribute and renewable generation cycle، the renewable power sources have gained a great attention as a main alternative to traditional power resources. However، as a main deficiency، a renewable power system has low reliability، because of the stochastic and the un-deterministic generation pattern of these resources. In order to obviate the mentioned deficiency، this paper proposes a hybrid renewable generation system with primary sources of wind and photovoltaic generation units، and a fuel cell storage system as a backup unit. Also a power management strategy is proposed to maintain the power balance between the renewable power generation and load power consumption. Moreover، to modify the control system performance and system efficiency، PI controllers are modified by application of a heuristic optimization method، called harmony search algorithm. The simulation study of the proposed hybrid renewable energy system and presented power management strategy is carried out in MATLAB/SIMULINK software framework. The simulation results determine the effectiveness of the proposed solution by increasing the total system efficiency and improving transient behavior of system.
    Keywords: Hybrid renewable generation, Wind, Photovoltaic, Fuel cell, Vector control, Harmony search, Optimization
  • Yaser Shokri Kolandaragh *, Aliakbar Afzalian Pages 16-23
    Wind turbine is one of the important electrical power sources which have fastest growth rate among renewable energy sources. Several researchers have had contributions in maximizing power efficiency of wind turbines. To take advantages of linear control technique، this paper is devoted to linear the wind turbine nonlinear dynamics with respect to one parameter. Afterwards a fuzzy T-S model is implemented over linear models. Therefore output of the fuzzy model would be a linear model. This simplification allows using a gain scheduling controller named PDC. This controller is designed based on T-S fuzzy model of the wind turbine to apply appropriate feedback gains corresponding to the wind speed variations. Considering common areas of the wind turbine model and the controller membership functions، in conjunction with LMIs analysis a Lyapunov function is proposed to improve the stability. Finally a comparison is down between PID controller and the article approach.
    Keywords: Wind turbine control, Wind turbine fuzzy modeling, Parallel distributed compensation, Linear matrix inequalities
  • Meraj Noroozi *, Shahrokh Farhangi, Hossein Imaneini Pages 24-39
    In this paper، control of doubly fed induction generator (DFIG) for a variable speed wind turbine in stand-alone mode is analyzed and simulated. The purpose of stand-alone mode in this paper is a wind turbine which is assumed without the presence of energy storage systems (ESS) and other distributed generators (DGs). A large number of wind turbines installed in Iran are from 660 kW type and until now in Iran has not been worked on a 660 kW wind turbine with DFIG in stand-alone operation. Therefore، with considering advantages of the DFIG for wind turbine، these researches are important. In this regard، a case study is done on a 660 kW wind turbine of Vestas Company in order to design the desired controlling structures for DFIG in stand-alone mode operation. Also the direct and indirect stator voltage control methods based on vector control are analyzed. Finally، two simulation scenarios are employed to verify the designed controlling structures; these results are analyzed in detail.
    Keywords: DFIG, Stand, alone wind turbine, Locally load, 660 kW Wind Turbine, Vector control
  • Masumeh Amiri, Dr. Arash Najafi * Pages 40-49
    Finitude of fossil fuels and its environmental damage is a major challenge to the use of renewable energy sources such as biomass. The world''s largest source of biomass is agricultural residues; in this study، the possibility of using agricultural waste as fuel in the combustion chambers in the Ardabil province has been investigated. The agricultural residues of Ardabil province are studied and finally the wheat and barley straws are selected due to extra production، low nutritious for animals and excess wastes. The samples are used for elemental and ash analysis then compared with allowed limits of the technical and environmental problems. Also the TGA and combustion behavior of sample are analyzed then combustion and kinetics characteristics are calculated. Chlorine and sulfur in both samples are above the allowable level (0. 1 %) leading to corrosion and pollutant emissions، nitrogen content is above the allowable level (0. 7%) and this leads to the nitrogen oxides emission. So it is predicted that both the straws are not acceptable for direct usage as fuel and they need to do some complement processes. Samples of wheat straw in comparison with barley straw has higher comprehensive index of combustion and flammability index and as a result، the peak temperature and the time of maximum combustion rate and the final temperature of combustion is lower but the maximum rate of combustion is more. The activation energy and frequency factor of barley straw has higher than the wheat straw samples at the second combustion stage. Two samples are unsuitable for direct use at combustion process and the preparation procedure is required.
    Keywords: Biomass, Agricultural residue, Combustion, Fuel analysis, Fuel kinetics, Renewable energy
  • Mehran Ameri *, Akbar Maleki, Farshid Keynia Pages 50-61
    In this paper، a (photovoltaic-wind-battery) hybrid system is designed to provide a network-independent pattern. The purpose of this paper is to provide the necessary energy and minimize production total costs over the life of the system. By using a new algorithm called «particle swarm optimization algorithm with constriction factor»، which has advantages like high convergence speed، the optimal size and minimum cost of these resources are determined. The system’s components optimal size has been studied under various operating conditions using real-time information and meteorological data of one of Iran’s Southern، North West and North East regions. The results show that the «particle swarm optimization algorithm with constriction factor» is more efficient than the «particle swarm optimization algorithm» and ''tabu search''.
    Keywords: Wind generation, Photovoltaic, Battery, Optimizing, Particle swarm with constriction factor
  • Dr Ghasem Arab *, Dr Hossein Ghadamian Pages 62-73
    In this research، a thermodynamic analysis of a hybrid SOFC/ GT cycle system with ITM technology in order to capture CO2 has been performed. The cycle is designed to supply required power of an Iranian oil platform and its CO2 will be injected into an oil reservoir. At first، the proposed cycle and modeling methodology is introduced and by using EES software coding، the thermodynamic model has been developed. Then، mass، energy and electrochemical balance equations are solved simultaneously. The modeling results show that this cycle has an electrical efficiency of 79. 19% without the CO2 capture and compression system، and while adding the CO2 capture and compression system، the efficiency reduces to 75. 4%. The SOFC، gas turbine and steam turbine shares from power generation of the cycle are 73. 55%، 18. 79% and 7. 67 %، respectively. The specific CO2 production of the cycle is 24. 12% lower than the average of modern combined-cycle gas power plants. Injection of the produced CO2 into the oil reservoir results in extracting of 995 barrels per year of crude oil. Parametric analysis show that by considering the performance restriction of the ITM، the cycle’s working pressure should be as low as possible. According to condition، reservoir structure and recovery coefficient of the Iran’s oil fields، and due to the above-mentioned advantages، application of this technology has been suggested in this research.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Gas turbine, CO2 capture, Ion transfer membrane, Enhanced oil recovery (EOR), Thermodynamic modeling