فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال هشتم شماره 1 (پیاپی 27، بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/07
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجید حروفیانی، رضا قندهاری صفحات 2-11
    تعیین فاصله بهینه بین آرایه های خورشیدی یکی از مهم ترین مسائل در طراحی نیروگاه های خورشیدی است. زیاد بودن این فاصله سبب افزایش قیمت زمین و کاهش تولید نیروگاه در واحد سطح گردیده و کم بودن آن نیز منجر به بروز سایه های متقابل بین آرایه ها و کاهش توان تولیدی آن ها می شود. این در حالی است که تمایل به تولید بیشتر در سطح مشخصی از زمین در مناطق محدود شهری نیاز به بازنگری در فواصل بین آرایه ها را ایجاد کرده است. در این مقاله با هدف افزایش ظرفیت نصب آرایه های خورشیدی در واحد سطح زمین نیروگاه، روش جدیدی برای پیکربندی مجدد آن ها ارائه شده و بر این اساس فواصل بهینه بین ردیف ها تعیین شده است. روش پیکربندی ارائه شده بر مبنای حداقل سازی تفاوت تابش، بین ماژول های قرارگرفته در ردیف های مختلف آرایه به ازای تمام سایه های متقابل محتمل است. برای این منظور ماهیت و ساختار سایه های متقابل بیان گردیده و روش جدیدی برای پیکربندی مجدد آن ها به منظور کاهش اثرات این سایه ها ارائه شده است. در ادامه به منظور افزایش بهره وری در نیروگاه تابع هدف کاهش هزینه تولید برق به عنوان معیار تعیین فاصله بهینه بین آرایه ها در نظر گرفته شده است.
    کلیدواژگان: آرایه های خورشیدی، سایه های متقابل، پیکربندی مجدد، هزینه تولید برق
  • امید محمدی، احمد جامه خورشید صفحات 12-17
    یکی از مسائل مهمی که در بهینه کردن هزینه های یک فرایند نقش عمده ای دارد، بهینه کردن میزان مصرف واحد پشتیبانی (بخار و آب سرد) است. با این هدف شبکه تبادلگر های حرارتی در یک فرایند مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور از دیرباز روش های متعددی ارائه شده که مهم ترین آن ها روش پینچ است. الگوریتم های اکتشافی نیز اخیرا برای این هدف مورد استفاده زیادی قرار گرفته اند. در این پژوهش، ترکیب الگوریتم تصادفی اجتماع مورچگان و یک الگوریتم قطعی برای پیدا کردن شبکه تبادلگر های حرارتی بهینه ارائه شده است. الگوریتم اجتماع مورچگان از ابتدا به منظور بهینه سازی مسائل گسسته معرفی شد و در این پژوهش نیز از آن در همین جهت استفاده شده است. برای به اثبات رساندن کارایی روش ارائه شده دو مسئله نمونه مورد بررسی قرار گرفته اند و نتایج به دست آمده توسط الگوریتم پیشنهادی با داده های مقالات مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، الگوریتم اجتماع مورچگان، شبکه تبادلگر های حرارتی، الگوریتم نلدر-مید
  • مسعود صیدی، حامد سلیمی، علی بزرگی امیری صفحات 18-29
    مدیریت ریسک، فرایند منظم و سیستماتیک طبقه بندی، شناسایی، ارزیابی و پاسخگویی به ریسک در سراسر چرخه عمر یک پروژه، برای به دست آوردن حداکثر مطلوبیت از حذف، پیشگیری یا کنترل ریسک هاست. در پروژه های نفتی ریسک های متعددی وجود دارد که در صورت نداشتن کنترل و برنامه ریزی لازم، خسارات جبران ناپذیری به منابع ارزشمند ملی وارد خواهد شد. با توجه به تاثیر حیاتی نفت در ابعاد گوناگون معیشتمان، توجه مضاعف به شناسایی و رتبه بندی ریسک های مطرح در این حوزه، حیاتی به نظر می رسد. در این خصوص تکنیک های متعددی معرفی شده است. نظریه مجموعه های فازی، به عنوان مبحثی نوین با ترکیب شدن با علم مدیریت قادر خواهد بود، نقش اساسی و بزرگی را در مدیریت ریسک با توجه به وجود عدم قطعیت موجود ایفا کند. در این مقاله، به ارائه چهارچوبی برای اولویت بندی ریسک های موجود در واحدهای نمک زدایی نفت و گاز پرداخته شده است. ریسک های شناسایی شده، در سه حوزه هزینه، ایمنی و زمان ساخت دسته بندی شده اند. در چهارچوب پیشنهادی از ابزارهایی نظیر SWOT و تحلیل سلسله مراتبی فازی استفاده شده است. در انتها با استفاده از چهارچوب ارائه شده و داده های واقعی مربوط به واحد نمک زدایی نفتشهر، از رویکرد پیشنهادی برای اولویت بندی 59 ریسک شناسایی شده، استفاده شده است.
    کلیدواژگان: رتبه بندی، ریسک، نمک زدایی، تحلیل سلسله مراتبی فازی، SWOT
  • کاوه حبیبی سراسکانرود، علیرضا زاهدی صفحات 30-39
    کاهش منابع انرژی های فسیلی و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای روز به روز نیاز به منابع پاک و تجدیدپذیر انرژی را بیشتر می کند. یکی از منابع انرژی های تجدیدپذیر انرژی بادی است که در سال های اخیر همواره در حال توسعه بوده است. نیروگاه های بادی گاهی در ساعات پیک مصرف جوابگو نیستند، لذا یک سامانه ذخیره سازی توان و پشتیبان برای این نیروگاه ها ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش تلاش شده است تا یک سامانه هیبریدی برای اتصال به نیروگاه بادی متشکل از تولید هیدروژن و پیل سوختی، به منظور تامین توان قابل اطمینان و همچنین تولید محصولات جانبی باارزش ارائه گردد. در این مقاله، مطالعه موردی برای سامانه موردنظر در منطقه کوهین انجام شده است. بهینه سازی فنی و اقتصادی سامانه فوق حاکی از آن است که در بهترین طرح (متشکل از 3 توربین بادی)، میزان توان تولیدی سالانه سامانه هیبریدی 1795 مگاوات ساعت خواهد بود که از این مقدار 12% سهم پیل سوختی است. نتایج نشان داد که سامانه هیبریدی باعث افزایش 8/2 درصدی ضریب ظرفیت نیروگاه بادی می گردد. هزینه انرژی محاسبه شده برای سامانه هیبریدی 76 سنت و ارزش فعلی سرمایه 5،235،066 دلار خواهد بود.
    کلیدواژگان: توربین بادی، الکترولیز، هیدروژن، پیل سوختی، ذخیره سازی انرژی، بهینه سازی اقتصادی
  • سید رضا ناصر علوی، کاظم آتشکاری، مجید امیر علیپور، رامین کوهی کمالی صفحات 40-53
    در این مقاله ترکیب یک میکروتوربین گازی، سرمایش جذبی و رانکین آلی در نظر گرفته شده است. سیستم با اعمال قوانین ترمودینامیکی مدل شده و بر پایه این مدل تحلیل اگزرژی و اقتصادی برای هریک از اجزای سیکل انجام گرفته است. برای بررسی کارایی سیستم چهار پارامتر نسبت فشار کمپرسور، ماکزیمم دمای سیکل، راندمان آیزنتروپیک توربین گاز و راندمان آیزنتروپیک کمپرسور به عنوان متغیرهای ورودی در نظر گرفته می شوند. به منظور بررسی اثر اگزرژی شیمیایی در بازگشت ناپذیری سیکل جذبی، دو حالت بدون درنظرگرفتن اگزرژی شیمیایی محلول و سپس با درنظرگرفتن اثر آن در تحلیل سیستم اعمال شده و با هم مقایسه می شوند. راندمان اگزرژی و نرخ هزینه کل به عنوان دو تابع هدف سیستم تولید سه گانه در نظر گرفته شده اند. بر اساس نتایج به دست آمده، میزان راندمان اگزرژی با ارتقای سیکل میکروتوربین گازی به سیستم تولید سه گانه از 31% به 6/38% افزایش می یابد. نتایج حاصل شده از نمودار جبهه پارتو (Pareto) نشان می دهد که راندمان اگزرژی سیکل ترکیبی می تواند تا 52% افزایش یابد و با درنظرگرفتن نرخ هزینه کلی سیستم به عنوان تنها تابع هدف این مقدار می تواند تا $/h 2/5 کاهش یابد.
    کلیدواژگان: سیکل ترکیبی، تحلیل اگزرژی، اقتصادی، بهینه سازی چند هدفه
  • سیداحمد حسینی، علی ماشاءالله کرمانی، اکبر عرب حسینی صفحات 54-65
    شرایط اقلیمی مختلف عملکرد پنل های فتوولتائیک را تحت تاثیر قرار می دهد. در این تحقیق به بررسی اثر رطوبت و دمای محیط بر عملکرد دو نوع پنل خورشیدی فتوولتائیک (PV) رایج شامل پنل های سیلیکونی پلی کریستال و مونوکریستال در مقیاس آزمایشگاهی پرداخته شده است. برای این منظور دستگاه آزمایشگاهی آزمون عملکرد پنل خورشیدی به سامانه کنترل شرایط محیطی رطوبت و دما تجهیز گردید. آزمایش ها در چهار سطح دمای 25، 30، 35 و °C40 و چهار سطح رطوبت نسبی 30، 45، 60 و 75 درصد انجام شد. منحنی های مشخصه I-V و P-V برای شرایط مختلف تعیین گردید. پارامترهای عملکردی شامل اختلاف پتانسیل مدار باز (Voc)، شدت جریان اتصال کوتاه (Isc)، توان بیشینه (Pmax)، اختلاف پتانسیل بیشینه (Vmax)، شدت جریان بیشینه (Imax) و درصد کاهش توان خروجی بود. نتایج نشان داد که رطوبت و دما بر همه پارامترهای عملکردی موثر بود. افزایش دما موجب کاهش همه پارامترهای عملکردی برای هر دو نوع پنل شد. افزایش رطوبت نسبی از 30 تا 45 درصد موجب افزایش پارامترهای عملکردی و از 45 تا 75 درصد کاهش پارامترهای عملکردی شد. به طور کلی، در سطوح مختلف رطوبت و دمای مورد بررسی کاهش توان خروجی پنل مونوکریستال و پلی کریستال نسبت به شرایط شاهد به ترتیب از 02/3 درصد تا 55/26 درصد و از 07/3 درصد تا 14/27 درصد کاهش توان خروجی یافت.
    کلیدواژگان: پنل خورشیدی، سلول خورشیدی سیلیکونی، فتوولتائیک، عملکرد، رطوبت نسبی، دمای محیط
|
  • Majid Horoufiany, Reza Ghandehari Dr Pages 2-11
    Determining row spacing between PV arrays is one of the important issues in designing PV Plants; Increasing this space results in an increase in the cost of ground, as well as the PV plant output power per area and its decreasing leads into a mutual shading and the reduction of PV plant output power. That is while the tendency towards more output power production in limited areas such as roof buildings necessitates a reconsideration of the space among these PV arrays. In this paper, a new fixed reconfiguration method has been used to increase PV arrays installed capacity in certain areas of solar fields, and the row space has been determined accordingly. For this purpose, the mutual shadow models are determined, and the new fixed reconfiguration method is presented for reducing the effects of these shadows. Then, the levelized cost of electricity is described as a criterion for determining the optimal row spacing.
    Keywords: Photovoltaic Array, Mutual Shadow, Reconfiguration, Levelized Cost of Electricity
  • Omid Mohamadi Pages 12-17
    The optimization of the utility consumption (steam and cooling water) is an important part for the optimization of process operating cost. To this end, the heat exchanger networks (HEN) are investigated in a process manner. Different approaches are presented for the synthesis of HEN where stochastic algorithms have received more attention recently. In this paper, a combination of Ant Colony Optimization (ACO)-- as a stochastic algorithm-- and Nelder-Mead simplex algorithm-- as a deterministic algorithm-- are used for the optimization of heat exchanger networks. ACO was presented originally for problems with discrete variables, and it is used here in the same way. To prove the effectiveness of the presented method, two case studies are undertaken, and their results are compared with that of other methods.
    Keywords: Optimization, Ant Colony Algorithm, Heat Exchanger Networks, Nelder-Mead Simplex Algorithm
  • Masuod Seydi Pages 18-29
    Risk management is the process of systematically classifying, identifying, assessing, and responding to risks throughout the life cycle of a project in order to gain maximum utility of elimination, prevention, or risk control. There are various types of risks in oil projects which will damage precious national resources if checks and necessary planning are lacking. Regarding the importance of these projects and the critical impact of oil on different aspects of our lives, an extensive research is required not only to improve the reliability of planning in this field but also to identify and to rank the risks involved in this area. In this regard, several techniques have been introduced. In this paper, a framework for prioritizing the risks involved in oil and gas desalination plant has been investigated. Identified risks are classified in three areas: cost, safety, and the time of construction. In the proposed framework, tools such as SWOT and FAHP have been used. Finally, by using a framework and actual data related to Naftshahr Desalination Plant, the proposed approach has been used for prioritizing the identified 59 risk.
    Keywords: Ranking, Risk, Desalination, FAHP, SWOT
  • Kaveh Habibi Saraskanroud, Alireza Zahedi Pages 30-39
    Reducing fossil energy resources and increasing greenhouse gases necessitate the need of clean sources of energy. One of the sources of renewable energy is wind power which has been developed in recent years. Sometimes, wind power in peak hours does not respond. Hence, a storage system and backup power for such power plants seem necessary. In this study, a hybrid system, consisting of electrolyzer hydrogen storage and fuel cells, has been presented for a wind farm to provide not only the reliable power but also valuable by-products. In this paper, a case study for this system has been undertaken in the Kouhin area of Qazvin province. The technical and economic optimization of the system has suggested that in the best-case scenario (consisting of 3 wind turbines), the annual production rate of the hybrid system would be 1795 MWh, 12% of which is the share of fuel cells. The results showed that the hybrid system led into 10.8% increase in the amount of wind power capacity factor as well. The calculated cost of energy (COE) and the net present cost (NPC) for the hybrid system would amount to 0.7599 and 5,235,066 USD, respectively.
    Keywords: Wind Turbine, Electrolysis, Hydrogen, Fuel Cell, Energy Storage, Economic Optimization
  • Seyed Reza Naser Alavi, Kazem Atashkari, Majid Amiralipour, Ramin Kouhi Kamali Pages 40-53
    In this study, a combination of micro gas turbine, absorption cooling, and organic rankine cycle is selected. The system is modeled applying the laws of thermodynamic, and based on this model, exergy and economic analyses are performed for each component of the system. Four design variables, namely compressor pressure ratio, turbine inlet temperature, turbine efficiency, and compressor efficiency are considered to evaluate the system performance. Two models have been used and compared to assess the effect of chemical exergy on irreversibility of absorption cycle once regardless of chemical exergy effect and then with the consideration of chemical exergy effect on the system analysis. Exergy efficiency and total cost rate are considered as two objective functions of the tri-generation system. Based on these findings, the exergy efficiency, by promoting micro gas turbine cycle to a tri-generation system, increases from 31% up to 38.6%. The findings, based on Pareto front, indicate that exergy efficiency can be increased up to 52%, and the total cost rate can be reduced to 5.2 $/hr.
    Keywords: Combined Cycle, Exergy Analysis, Economic, Multi-Objective Optimization
  • Ahmad Hoseini, Akbar Arab Hoseini Pages 54-65
    Climatic conditions affect the performance of photovoltaic panels. In this study, the effect of ambient air temperature and relative humidity on the performance parameters of two types of silicon photovoltaic solar panels, including mono-crystalline silicon (mc-Si) and polycrystalline silicon (pc-Si), were studied in the laboratory scale. The experiments were carried out by the performance test lab device environment temperature and humidity control system of solar panels to be fitted. Experiments were conducted at temperatures of 25, 30, 35, and 40 °C and relative humidity levels of 30, 45, 60, and 75%. Characteristic curves of I-V and P-V were determined for various conditions. Performance parameters consist of the open-circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), maximum power (Pmax), maximum voltage (Vmax), maximum current (Imax), and the efficiency. The results showed that humidity and temperature were effective on all operating parameters. An increase in air temperature reduced the whole performance parameters for both panels. An increase in relative humidity from 30% to 45% resulted in an increase in the function parameters, and An increase in relative humidity from 45% to 75% caused a decrease in such parameters. In general, examined in different environmental conditions, the power output decreased from 3.23% to 26.55% for mc-Si solar panel and from 3.07% to 27.14% for pc-Si solar panel- compared to the control condition.
    Keywords: Solar Panel, Silicon Solar Cell, Photovoltaic, Performance, Humidity, Ambient Temperature