فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 16، تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/06/28
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فهیمه صیادی شهرکی *، فرشید کی نیا، سعید اسماعیلی صفحه 2
    هدف از حل مسئله پخش بار اقتصادی در سیستم قدرت، برنامه ریزی خروجی واحدهای تولید به نحوی است که تقاضای بار مورد نیاز را با کمترین هزینه ممکن تامین کرده ضمن اینکه قیود برابری یا نابرابری کلیه واحدها را ارضا نماید. در این مقاله روش بهینه سازی جدیدی تحت عنوان PSO-P برای افزایش قابلیت اکتشاف و استخراج پیشنهاد گردیده که دارای یک ماژول آشفتگی نیز برای جلوگیری از همگرایی محلی می باشد. روش پیشنهادی برای پخش بار اقتصادی بهینه مورد استفاده قرار گرفته است. برای واحدهای مختلف قیود موجود در سیستم شامل تلفات سیستم انتقال، تاثیر شیر ورودی بخار، محدودیت توان تولیدی هر واحد و توازن تولید و مصرف و نیز آلودگی نیروگاه ها به عنوان جزیی از تابع هدف در نظر گرفته شده است. عملکرد روش بهینه سازی پیشنهادی بر روی چهار سیستم قدرت مختلف ارزیابی شده که برای سیستم 15 واحدی پخش بار اقتصادی به صورت دینامیکی با توجه به تقاضای بار 24 ساعت صورت گرفته است. برای نشان دادن کارآیی روش در سیستم های بزرگ، نتایج سیستم 80 واحدی با روش های بهینه سازی که در مقالات اخیر پیشنهاد شده است مقایسه گردیده است. نتایج حاصل نشان می دهد که روش بهینه سازی حاصل عملکرد بسیار خوبی داشته و برای حل مسئله پخش بار اقتصادی بسیار کارا می باشد.
    کلیدواژگان: پخش بار اقتصادی، PSO، تلفات انتقال، قیود واحدهای حرارتی، ناحیه ممنوعه
  • سیدمسعود مرتضایی نژاد *، احمد غلامی صفحه 14
    با توجه به رشد استفاده از منابع تولید پراکنده و نگاه ویژه ای که به نیروگاه های بادی در چند سال اخیر شده است، این تحقیق به بحث حفاظتی این نیروگاه ها در برابر صاعقه می پردازد. ژنراتورهای توربین بادی بیشتر از همه انواع ژنراتورهای متصل به سیستم های برق در محیط های صاعقه خیز قرار دارند. آسیب های ناشی از برخورد صاعقه عمدتا به دو دسته ی آسیب های مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شوند. در این مقاله به راه کارهای کاهش آسیب های غیرمستقیم به توربین پرداخته خواهد شد. مدل سازی اجزای توربین که شامل پره، برج و کابل های اتصال به صورت وابسته به فرکانس می باشد. برای کاهش اضافه ولتاژهای ناشی از جریان صاعقه در مزرعه بادی از برقگیر بهره گرفته شده است. مکان یابی برقگیرها در مزرعه ی بادی با توجه به تابع هدفی که شامل قیود ریسک عایقی و خرابی برقگیر می باشد محاسبه می گردد و ضرایب وزنی برای تجهیزات مورد تنش عایقی در نظر گرفته شده است. فرایند بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک صورت انجام شده است و در نهایت به تحلیل نتایج شبیه سازی پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: اضافه ولتاژ، برقیگر، صاعقه، مزرعه بادی
  • ابوالفضل حلوایی نیاسر* صفحه 24
    امروزه با توجه به گسترش روزافزون کاربرد موتورهای الکتریکی در بخش های خانگی، تجاری و صنعتی، جهت مصرف بهینه انرژی الکتریکی، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی پربازده و درایوهای سرعت متغیر مربوطه موردتوجه سازندگان این نوع تجهیزات قرار گرفته است. از این میان، موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) به دلیل مزایای فراوان نظیر بازده بالا، چگالی توان و گشتاور زیاد، سهولت در کنترل، روش ساخت ساده، قابلیت اطمینان بالا، و نگهداری کم هزینه تر، طی دو دهه اخیر در زمینه های مختلف به کار گرفته شده اند. این موتور از جهت ساختمان شبیه موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM) است اما به سادگی موتور DC کنترل می گردد. این ویژگی ها سبب گردیده است تا اقبال بسیار زیادی به استفاده از این موتورها در طیف وسیعی از کاربردها نشان داده شود. این مقاله با هدف کمک به توسعه و ترویج استفاده از این موتورها در کاربردهای مختلف صنعتی و نیمه صنعتی، مروری به جنبه های مختلف موتورهای BLDC شامل ویژگی ها، مدل سازی، اینورترهای مورد استفاده و تحلیل روش های مختلف کنترلی و در نهایت به بیان نکات پیاده سازی درایو موتور BLDC می پردازد. مزایا و معایب روش های مختلف کنترلی موتور BLDC، نکات مربوط به استفاده از روش های کنترل بدون حسگر، موثر بودن روش های کاهش ریپل گشتاور ناشی از کموتاسیون و کنترل در ناحیه کاهش شار برای یک موتور BLDC با جزئیات بیشتری توصیف می گردند. درنهایت در خصوص استفاده از روش های فوق در یک درایو تجاری موتور BLDC پیشنهاداتی ارائه می گردد.
    کلیدواژگان: صرفه جویی در انرژی، بهره، موتور BLDC، درایو، اینورتر، مدل سازی، کنترل، بدون حسگر، کاهش شار، ریپل گشتاور
  • علی میراحمد* صفحه 42
    به دلیل تغییرات آب و هوایی و افزایش استانداردهای زندگی، کیفیت هوای داخل منازل اهمیت بسیاری یافته است. نیاز به سرمایش و خنک کردن هوا طی روزهای گرم تابستان باعث رسیدن به اوج مصرف برق می شود. استفاده از مواد تغییرفاز در سامانه های ذخیره کننده انرژی گرمایی می تواند راه حل مناسبی برای حل این مشکل باشد. در بررسی حاضر ضمن معرفی یک مدل ریاضی مبتنی بر ظرفیت حرارتی موثر، به شبیه سازی یک سامانه تغییرفاز برای تهویه یک منزل مسکونی فرضی در مناطق کویری ایران پرداخته شده است. همچنین برای ارزیابی هرچه بهتر سامانه پیشنهادی، گرمای جذب شده توسط ماده تغییرفاز در مقایسه با مصرف انرژی فن دستگاه، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان از آن دارد که حدود 3 برابر انرژی مصرفی فن، گرمای نامطلوب توسط ماده تغییرفاز جذب می گردد. نکته حائز اهمیت دیگر آن است که بیش از 70 درصد انرژی مصرفی فن در طول شب صورت می پذیرد که این امر تاثیر بسزایی در جابجایی زمان اوج بار دارد.
    کلیدواژگان: سرمایش رایگان، ماده تغییرفاز، گرمای نهان، مدل سازی، انرژی
  • امیر گودرزی *، محمد مهدی دوستدار صفحه 52
    تحلیل اگزرژی ابزاری برای تعیین سهم فرآیندهای دخیل در انتقال قابلیت کاردهی ورودی به سیستم و مکانی که در آن افت انرژی مفید در یک سیستم یا فرآیند رخ می دهد است. در این تحقیق تحلیل اگزرژیک عملکرد موتور احتراق داخلی اشتعال جرقه ای مجهز به سیستم های پرخوران و خنک کن میانی مدنظر است. برای این منظور ابتدا روش مدلسازی اجزای سیستم تحت مطالعه یعنی موتور، کمپرسور، توربین و خنک کن میانی معرفی می شود. سپس پایه های مفهومی لازم برای تحلیل اگزرژی سیستم، با تعریف عبارات اگزرژی و ایجاد معادله تعادلی مربوطه بنا نهاده می شود و روابط مربوط به بازده قانون دوم بر اساس تعریف مربوط به حالت ایده آل عملکردی برای هر جزء ارائه می گردد. همچنین روش آنالیز اگزرژواکونومیک جهت تحلیل اقتصادی و بهینه سازی سیستم های حرارتی بر مبنای ترکیب مفاهیم مالی و اگزرژی ارائه می شود. از نتایج تحلیل اگزرژی مشخص می شود که فرآیند احتراق عامل غالب در بازگشت ناپذیری سیستم است. از نتایج دیگر این تحقیق می توان به عملکرد مطلوبتر موتور از منظر پارامترهای اگزرژواکونومیک نسبت به سایر اجزای سیستم اشاره کرد.
    کلیدواژگان: موتور احتراق داخلی، پرخوران، خنک کن میانی، آنالیز اگزرژی، اگزرژواکونومیک
  • هادی اشرفی، میرهاتف سیدولیلو *، سیدفرامرز رنجبر صفحه 62
    نظر به اینکه چرخه های متداول توربین گاز در حالت واقعی شامل چرخه ساده، چرخه بازیاب، چرخه توام با باز گرمایش، چرخه توام با خنک کن میانی بین کمپرسورهای پرفشار و کم فشار می باشد، این چرخه ها با ترکیب شدن با سیکل رانکین و با 3 سیال عامل آلی و بخار آب،16 سیکل ترکیبی را تشکیل می دهند. در این مقاله سیکل ترکیبی فوق الذکر با 3 سیال عامل آلی و بخار آب از نظر قانون اول و قانون دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفته است. مقادیر تخریب اگزرژی و بازده اگزرژی برای هر یک از اجزا و نیز برای کل سیستم ها محاسبه شده اند. در نهایت در یک بررسی پارامتری گسترده، تاثیر تغییر پارامترهای مهم سیستم بر عملکردهای انرژی و اگزرژی آن ها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد از بین سیال های آلی بررسی شده، سیال تولوئن بهترین عملکرد را از نظر قانون اول و دوم می دهد. همچنین نتایج نشان می دهد بازده قانون اول و همچنین بازده قانون دوم در نسبت فشارهای بزرگتر از 12، برای سیکل توربین گاز با بازگرمایش / سیکل رانکین بیشترین مقدار و برای سیکل ساده توربین گاز / رانکین، کمترین مقدار را دارد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، سیکل ترکیبی، رانکین آلی، بازده، اگزرژی
|
  • Fahimeh Sayadi *, Farshid Keynia, Saied Esmaeili Page 2
    In solving the electrical power systems economic dispatch (ED) problems, the goal is to schedule the committed generating units outputs so as to meet the required load demand at the minimum operating cost while satisfying all units and system equality and inequality constraints. This paper presents a different approach to economic dispatch problems with particle swarm optimization (PSO) technique. In proposed method to achieve better control on the algorithm’s exploration and exploitation capabilities, particles velocity is dependent on both particle’s fitness and time. Perturbation module is adopted to perform perturbation on some particles and provide extra diversity for it to jump out from local optima and avoid premature convergence. The proposed P-PSO method solves both, the ED problem with nonconvex/nonsmooth cost functions due to valve-point loading and the ED problem that takes into account nonlinear generator characteristics such as ramp-rate limits and prohibited operating zones in the power system operation. The performance of the P-PSO method is evaluated on four different power systems, and compared with that of other effective optimization methods in terms of the solution quality and convergence performance. The outcome is very encouraging and suggests that the P- PSO algorithm is very efficient to solve power system economic dispatch problem.
    Keywords: Economic dispatch problem, Electric power generation, Particle swarm optimization, transmission losses, ramp, rate limits
  • Seyyed Masoud Mortezaie Nezhad *, Dr Ahmad Gholami Page 14
    Due to the ever-increasing use of Distributed Generations (DGs), and special attentions toward wind power plants in recent years, this research investigates the wind plants from the viewpoint of lightning protection. In comparison to all other type of generators connected to the electric power systems, wind turbine generators are placed in areas which are more likely to be stricken by lightning. Lightning damages are divided into two major categories: direct and indirect damages. This paper studies the strategies to reduce the indirect damages to the wind turbine. Modeling of wind turbine components, i.e., blades, towers and connected cables, are frequency-dependent. Lightening arresters are used to reduce over-voltages caused by lightning currents in wind farms. Lightning arrester placement in wind farm is performed based on the objective function composed of insulation risk constraint and lightning failure; and weighting coefficients are considered for the stress-exposed insulation devices. Optimization process is performed using Genetic Algorithm (GA), and finally the simulation results are analyzed.
    Keywords: Overvoltage, Surge Arrester, Lightning, Wind Plant
  • Dr. Abolfazl Halvaei Niasar* Page 24
    Nowadays, due to significant increase in demands of electric motors for residential, commercial and industrial applications, and for optimum consumption of electrical energy, the design and manufacturing of high efficiency motors and related variable speed drives have been regarded by many suppliers. Among several kinds of motors, the brushless DC (BLDC) motor is employed in many applications due to its high efficiency, high power and torque density, and ease in control, simple fabrication, high reliability, and lower maintenance. This motor is similar to PMSM in construction, while is controlled as easy as of DC motor. This paper to help for development and employing BLDC motors, reviews the different aspects of BLDC motors including performance, modeling, employed inverters, assessment of control methods for BLDC motor and implementation of its drive. Advantages and disadvantages of different control methods, remarks on various position sensorless methods, the effectiveness of various minimization schemes for commutation torque ripple, and control of BLDC motor in constant power region or flux-weakening are described in more details. Finally, some practical points are suggested for manufacturing of a commercial BLDC motor drive.
    Keywords: Energy saving, Efficiency, BLDC Motor, Drive, Inverter, Modeling, Control, Sensorless, Flux weakening, Torque ripple
  • Page 42
    Due to the climatic change and raising the living standards, internal air quality of the buildings has become a major challenge. The increased cooling demand results a peak in electrical power demand during the hottest summer hours. The Phase Change Materials (PCMs) used in Thermal Energy Storage (TES) systems, can be a proper solution to overcome this problem. In the present study by solving a mathematical model in which effective heat capacity is used, performance of a latent heat thermal energy storage has been simulated for free cooling application of a hypothetical residential apartment placed in the desert region of Iran. Moreover, for better evaluation of the proposed system, the absorbed excess heat has been compared with the energy consumption of the fan. The Results have shown that the excess heat absorbed by the PCM is triple the energy consumption of the fan. Another advantage of this coolant system is that, 70 percent of the fan power consumption takes place during the off peak midnights.
    Keywords: Free Cooling, Phase Change Material, Latent Heat, Modeling, Energy
  • Page 52
    Exergy analysis is a method of evaluating the contribution proportion of each process on transmission of initial availability of the system and determining the positions of useful energy losses. In this research exergic analysis of an internal combustion engine equipped with turbocharger and intercooler is attended. To do this, at first, the procedure of performance simulation of the system components i.e. engine, compressor, turbine and intercooler is briefly explained. Then by defining exergy terms and using related exergy equilibrium equations for open and closed systems necessary conceptual basis for exergy analysis, is introduced. Also exergoeconomic analysis, as a powerful tool for cost study and optimization of complex energy systems is developed by combining the second law of thermodynamics concept with economics point of view. The results show that combustion process produces the most proportion of the system irreversibility. Furthermore, regarding exergoeconomic parameters, engine has the most suitable performance among the related components of the system.
    Keywords: Internal Combustion Engine, Turbocharger, Intercooler, Exergy analysis, Exergoeconomics
  • Hadi Ashrafi, Mir Hatef Seyedvalilu *, Seyed Faramarz Ranjbar Page 62
    Since ordinary gas turbine cycles in actual condition comprise simple cycle, regenerative cycle, reheat cycle and intercooler cycle between High Pressure and Low pressure compressors, these cycles include 16 combined cycles by combining with a Rankine cycle that consists of three organic fluids and steam. In the present work, the thermodynamic analysis of the above combined cycles with three organic fluids and steam was considered in terms of the first law and the second law of thermodynamics, and efficiency curves were compared together. The amount of exergy destruction and exergy efficiency of all cycles computed. Finally the effect of important parameters of the systems on the energy and exergy efficiencies has been shown. Results indicate that toluene fluid has the best efficiency regarding the first and the second law among all considered organic fluids. Results also show that, when the pressure ratio is more than 12, the efficiency of the first and second law of thermodynamics has the highest amount for the combination of reheat gas turbine cycle and Rankine cycle however it has the lowest amount for the combination of simple gas turbine and Rankine cycle.
    Keywords: Gas turbine, combined cycle, Organic Rankine, Efficiency, Exergy