فهرست مطالب
نشریه سیستم های انرژی پایدار
سال یکم شماره 3 (تابستان 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/04/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 191-208
توربین پیچ ارشمیدس نوع جدیدی از نیروگاههای برق آبی کوچک هستند که میتوان از آن ها در مکانهای با ارتفاع کم استفاده کرد. توربین پیچ ارشمیدس یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است و نسبت به سایر گزینههای تولید برق آبی برای حیات وحش و بهویژه آبزیان ایمنتر است. این توربین مانند سایر گزینههای تولید انرژی، راهحل قطعی و جامع نیست، اما میتواند مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی زیادی داشته باشد که این دستگاه را به گزینهای مهم برای ارایه توسعه پایدار برق آبی تبدیل میکند. توربینهای پیچ ارشمیدس میتوانند در هدهای آبی پایین (کمتر از حدود 5 متر) و طیفی از نرخ جریان با راندمان عملی 60 تا 80 درصد کار و تا 355 کیلو وات برق تولید کنند. این دستگاه قابل بهرهبرداری در نواحی دورافتاده و جوامع کوچک است، بنابراین سبب میشود تا موقعیتهای مناسب توسعه پایدار انرژی آبی افزایش یابد. در بسیاری از موقعیتهای با هد پایین، توربین پیچ ارشمیدس با هزینه های نصب و راهاندازی کمتری نسبت به سیستمهای برق آبی جایگزین به صرفهتر است. همچنین، اختلال در فرایندهای رسوب و فرسایش طبیعی و عملکرد حیات وحش به خصوص آبزیان با کاهش چشمگیری همراه میشود. توربینهای پیچ ارشمیدس در غالب نیروگاههای زنجیرهای و خارج از شبکه تولید برق قابل بهرهبرداری با کمترین نرخ جریان هستند. این مقاله به بررسی ویژگیهای توربین پیچ ارشمیدس و بررسی روشهای بهرهبرداری و ویژگیها و معایب آن میپردازد.
کلیدواژگان: پیچ ارشمیدس، توربین آبی، تولید برق پاک -
صفحات 209-230پیشبینی بار از مهم ترین جنبههای مدیریت موثر سیستمهای قدرت است و به عوامل مختلفی از جمله ابزار و منابع تولید برق توسط هر شرکت، تقاضای بار الکتریکی، عوامل آب وهوایی، عوامل اقتصادی و فعالیتهای انسانی بستگی دارد. براساس افق زمانی، پیشبینی بار را میتوان به سه گروه عمده پیشبینی کوتاهمدت، میانمدت و بلندمدت دستهبندی کرد. هدف اصلی این مقاله، پیشبینی کوتاهمدت مصرف برق، در شبکه برق منطقهای استان گیلان است. در این پژوهش، پس از جمعآوری دادهها شامل سرعت باد، رطوبت نسبی، دما، نقطه شبنم، تعطیلات، طول روز و تاثیر کرونا، پیشپردازش روی آنها انجام شده و با استفاده از الگوریتم خوشهبندی K_Means به پنج خوشه تقسیم می شوند. در ادامه روابط بین متغیرهای مستقل و وابسته مصرف برق در استان گیلان با استفاده از الگوریتمهای رگرسیون خطی1، شبکه عصبی مصنوعی2 و رگرسیون بردار پشتیبان3 به همراه روش بهینهسازی جستجوی شبکه4، مورد بررسی قرار گرفته و در نرمافزار Python و در محیط Google Colab، بررسی و مدلسازی شده است. در خوشهبندی، الگوریتمهای یادشده، روی تمامی خوشهها و مجموع آنها اعمال میشود. نتایج تحقیق در این مقاله نشان میدهد الگوریتم رگرسیون بردار پشتیبان، دقت بالاتر و زمان اجرای بیشتری نسبت به دو الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون خطی دارد. الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی نسبت به رگرسیون خطی دارای خطای کمتر و زمان اجرای بیشتری است.کلیدواژگان: پیش بینی مصرف برق، پیش بینی کوتاه مدت برق، رگرسیون بردار پشتیبان، رگرسیون خطی، شبکه عصبی مصنوعی
-
صفحات 231-249پاسخ گویی تقاضای یکپارچه به طور موثر استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و بهبود بهرهوری انرژی در سیستمهای با چندین حامل انرژی را ترویج میدهد. مقاله یک مدل برنامهریزی مقاوم برای سیستمهای انرژی محلی مبتنی بر برق، سرمایش، هیدروژن و آب در حضور خودروهای الکتریکی و هیدروژنی پیشنهاد میدهد. به علاوه، نقش پاسخ گویی تقاضای یکپارچه مبتنی بر برق و سرمایش در جهت کاهش هزینه بهرهبرداری سیستم آب انرژی محلی بررسی میشود. سیستم انرژی محلی به منابع تولید برق، دستگاه آب شیرین کن، توربین بادی، سیستمهای ذخیرهساز آب، برق، سرمایش و هیدروژن، واحد تبدیل برق به هیدروژن و چیلر الکتریکی به منظور تامین هم زمان تقاضاهای آب انرژی مجهز است. به منظور مدل سازی عدم قطعیت توان تولیدی باد، از یک رویکرد بهینه سازی مقاوم بدون نیاز به تابع چگالی احتمال و تولید سناریو استفاده میشود که برنامهریزی بهینه سیستم آب انرژی را در برابر تغییرات تولید توان باد استوار میسازد. همچنین، این رویکرد بهرهبردار را قادر میسازد تا یک رویکرد ریسکگریز را اعمال کند. نتایج عددی نشان میدهد استفاده از پاسخ گویی تقاضای یکپارچه در کنار سیستمهای ذخیره ساز آب انرژی سبب کاهش کل هزینه بهرهبرداری سیستم محلی تا 6/5 درصد میشود.کلیدواژگان: سیستم آب-انرژی، پاسخگویی تقاضای یکپارچه، خودروهای الکتریکی، خودروهای هیدروژنی، برنامه ریزی مقاوم
-
صفحات 251-263
توسعه اقتصادی جهانی مستلزم افزایش تقاضا برای استفاده از آب به منظور اهداف مختلف است. تصفیه فاضلاب در این فرایندها منجر به افزایش حجم لجن فاضلاب میشود. با اینحال، مقدار قابل توجهی از انرژی تجدیدپذیر را میتوان از لجن حاصل از تصفیه فاضلاب بازیابی کرد. زیستتوده، از جمله منابع انرژی است که پتانسیل جایگزینی مداوم برای سوختهای فسیلی را دارد که بخش قابل توجهی از آن از فاضلابهای شهری و صنعتی تشکیل میشود. هضم بیهوازی بهعنوان یک استراتژی برای تولید انرژی و بیوگاز، از زباله و فاضلاب شهری به کار میرود. در این مطالعه پتانسیل استحصال انرژی از فاضلاب تصفیهخانههای شهرستان خرمآباد با استفاده از دادههای اولیه (شامل BOD) در مورد عملکرد تصفیه فاضلاب طی یک دوره یکساله (1400) بررسی و ارزیابی شده است. نتایج نشان میدهد به طور سالیانه با استفاده از روش هضم بیهوازی میتوان 2261728 مترمکعب بیوگاز تولید کرد. با استفاده از سیستم تولید همزمان برق و حرارت میتوان 24879008 مگاوات انرژی حرارتی و 476.34 کیلوواتساعت انرژی الکتریکی تولید کرد. همچنین، ارزیابی اقتصادی سیستم نشان میدهد هزینههای سالانه سرمایهگذاری و هزینه های عملیاتی به ترتیب 103251697000 و 14620633 ریال خواهد بود. در مقابل تصفیهخانه قادر است تا با صرفهجویی مصرف گاز طبیعی، فروش کود تولید شده و فروش برق تولیدی به شبکه به طور سالیانه 44689938600 ریال درآمد کسب کند. نرخ بازگشت سرمایه اقتصادی برای اجرای این طرح 3 سال و 6 ماه محاسبه شده است. اجرای این طرح علاوه بر توجیهپذیری اقتصادی قادر خواهد بود تا از انتشارت گازهای گلخانهای به طور قابل توجهی جلوگیری کند.
کلیدواژگان: بیوگاز، توسعه پایدار انرژی، فاضلاب شهری، مدیریت پسماند، هضم بی هوازی -
صفحات 265-282
امروزه، توسعه مدلهای انرژی در مقیاس شهری از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است و از اینرو مورد توجه بسیاری از محققان قرار دارد. از جمله فواید این مدلها میتوان به درک میزان انرژی مصرفی اشاره کرد. این پژوهش به ارایه یک مدلسازی انرژی پویا براساس تعادل انرژی برای ساختمانهایی که مشخصات آنها از دادههای شهری موجود در پژوهشهای پیشین گرفته شده است، میپردازد. مدل ارایه شده با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی و پارامترهای مورفولوژیکی در شهر اردبیل کالیبره، بهینهسازی و اعتبارسنجی شده است. براساس تحقیق میدانی و آماری صورت گرفته در شهر اردبیل ایران که محوریت اصلی این پژوهش است، میتوان به میزان مصرف انرژی در این شهر طی سالهای گذشته دست یافت. اساس این کار از طریق آمار و پیادهسازی معادلات انتقال حرارت به صورت مدلسازی الکتریکی است. این مدل سازی در نرمافزار متلب/سیمولینک صورت گرفته است و در ادامه پس از شبیهسازی، مدل بهینهسازی میشود. نتایج حاصل از این مدلسازی نشان میدهد این مدل میتواند با دقت خوبی برای ساختمانهای قدیمی به کار برود، اما این دادهها برای تجزیه و تحلیل در مقیاس شهری برای ساختمانهای جدید نیاز به بهبود دارند.
کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، داده های شهری، ساختمان مسکونی، مدل شهری، مدیریت انرژی -
صفحات 283-294منابع انرژی زمین گرمایی غالبا دارای نشانه های سطحی هستند. با این وجود، برخی از آن ها فاقد نشانه سطحی بوده و برآوردها نشان می دهد ممکن است در برخی از نقاط کره زمین تعداد آن ها بیش از منابع شناسایی شده نیز باشد. این دسته از منابع انرژی زمین گرمایی را منابع بی نشان می نامند. عواملی که مانع از پیدایش نشانه های سطحی در اطراف منبع مورد بررسی می شوند شامل ضخامت بسیار زیاد رسوبات آبرفتی یا سنگ پوشش، میزان بارش های جوی فراوان در مناطق استوایی، ساختار تکتونیکی خاص منطقه مورد نظر، عمق بسیار زیاد سطح ایستابی و هدایت زیرزمینی سیال زمین گرمایی به دریاها یا اقیانوس ها می شوند. با توجه به نبود نشانه سطحی در اطراف منابع یادشده، جهت شناسایی آن ها باید از روش های اکتشافی خاصی استفاده کرد. برای شناسایی منابع بی نشان باید مطالعات اکتشافی مقدماتی و تکمیلی را طراحی و اجرا کرد. در هر دو دسته از مطالعات یادشده، از اطلاعات زمین شناسی، ژیوشیمیایی و ژیوفیزیکی استفاده می شود. در مطالعات مقدماتی، ابعاد منطقه بسیار بزرگ است و با انجام آن ها محدوده منبع زمین گرمایی مورد نظر مشخص می شود. حال آنکه با اجرای مطالعات تکمیلی، مشخصات دقیق منبع زمین گرمایی مورد مطالعه، تعیین می شود. تا کنون با انجام پروژه های تحقیقاتی، تعداد قابل توجهی منبع زمین گرمایی بی نشان در غرب آمریکا (ایالت نوادا) شناسایی شده و مورد بهره برداری قرار گرفته اند.کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، اکتشاف، روش های شناسایی، منابع بی نشان
-
Pages 191-208
Archimedes screw turbines are a novel type of small hydroelectric power plant that can be used in low-altitude locations. The Archimedes screw turbine is a clean and renewable energy source and is safer for wildlife and especially aquatic life than other hydroelectric generation options. In addition to other sources of energy, the turbine is not a definitive and comprehensive solution. However, it can have many economic, social and environmental benefits. This makes this device an effective option for sustaining hydropower development. Archimedes screw turbines can produce up to 355 kW of power at low water heads (less than about 5 meters) and a range of flow rates with a practical efficiency of 60% to 80%. This device can be operated in remote areas and small communities. Therefore, it increases the potential for the sustainable development of hydropower. In many low-head situations, the Archimedes screw turbine is more cost-effective than alternative hydroelectric systems with less installation and operating costs. Also, disturbances in sedimentation and natural erosion processes and the performance of wildlife, especially aquatic animals, are associated with a significant decrease. Archimedes screw turbines can be operated at the lowest flow rate in the majority of chain power plants and outside the power generation network. This article examines the characteristics of the Archimedes screw turbine and examines its operation methods and its features and disadvantages.
Keywords: Archimedes screw history, clean power produce, water turbine -
Pages 209-230Load forecasting is one of the most important aspects of the effective management of power systems and depends on various factors such as the means and sources of electricity production by each company, electric load demand, weather factors, economic factors and human activities.. The main goal of this article is the STLF in the regional electricity grid of Guilan province. In this research, after collecting data including wind speed, relative humidity, temperature, dew point, holidays, day length and the effect of corona disease, pre-processing is done on them and they are divided into five clusters using K_Means clustering algorithm. In the following, the relationships between the independent and dependent variables of electricity consumption in Guilan province, using linear regression (LR) algorithms, artificial neural network (ANN) and support vector regression (SVR) along with the Grid search optimization method, were investigated and analyzed in Python software and modeled in the Google Colab environment. The results show that the SVR algorithm has higher accuracy and longer implementation time than the two algorithms of ANN and LR.Keywords: Electricity consumption forecasting, short-term electricity forecasting, Support Vector Regression, linear regression, Artificial Neural Network
-
Pages 231-249Integrated demand response effectively promotes the use of renewable energy sources and improves energy efficiency in systems with multiple energy carriers. This paper proposes a resilient scheduling model for local energy systems based on electricity, cooling, hydrogen, and water in the presence of electric and hydrogen vehicles. In addition, the role of integrated demand response based on electricity and cooling to reduce the operating cost of the local water-energy system is investigated. The local energy system is equipped with electricity generation sources, a water desalination device, wind turbine, water, electricity, cooling, and hydrogen storage systems, an electricity to hydrogen conversion unit, and an electric chiller to simultaneously meet water and energy demands. To model the uncertainty of wind power generation, a robust optimization approach is used without the need for probability density function and scenario generation, which supports the optimal scheduling of the water-energy system against changes in wind power generation. It also enables the operator to apply a risk-averse approach. Numerical results show that using integrated demand response besides water-energy storage systems reduces the total operating cost of the local system by 5.6%.Keywords: water-energy system, integrated demand response, Electric vehicles, hydrogen vehicles, robust scheduling
-
Pages 251-263
Global economic development requires increasing water demand for various purposes. Wastewater treatment in these processes leads to an increase in the volume of sewage sludge. However, a significant amount of renewable energy can be recovered from sludge from wastewater treatment. Biomass is one of the energy sources that has the potential of sustainable replacement for fossil fuels, a significant part of which consists of municipal and industrial wastewater. Anaerobic digestion is used as a strategy to generate energy and biogas from municipal waste and sewage. In this study, the energy production potential of wastewater treatment plants in Khorramabad city has been investigated and evaluated using preliminary data (including BOD) on wastewater treatment performance over one year (2021). The results show that annually 2261728 cubic meters of biogas can be produced using the anaerobic digestion method. Using the combined heat and power system can generate 24879008 MW of thermal energy and 476.34 kWh of electricity. Also, the economic evaluation of the system shows that the annual investment costs and operating costs will be 103251697000 and 14620633 Rials, respectively. On the other hand, the refinery can save 44689938600 Rials annually by saving natural gas consumption, selling fertilizer produced, and selling electricity generated to the network. The rate of return on economic capital for implementing this plan is calculated for 3 years and 6 months. In addition to economic justification, implementing this plan will be able to prevent greenhouse gas emissions significantly.
Keywords: Anaerobic digestion, Biogas, Municipal Wastewater, Sustainable Energy Development, waste management -
Pages 265-282
Currently, the development of energy modeling on an urban scale is the goal of many types of research. These energy models are useful for understanding the amount of energy consumption. This research presents a dynamic energy modeling based on energy balance. Building specifications are taken from urban data. This model has been calibrated, optimized, and validated by considering Ardabil's climatic conditions and morphological parameters. The results of this work show that this model can be used with reasonable accuracy for old buildings. These data need to be improved for urban-scale analysis of new buildings. Based on field and statistical research conducted in Ardabil, Iran, which is the main focus of this report, this city's energy consumption during the past years can be achieved. The basis of this work is through statistics and the implementation of heat transfer equations in the form of electrical modeling. This modeling is done in MATLAB / Simulink software. The model is then optimized after simulation.
Keywords: Solar energy, urban data, Residential building, Urban model, Energy management -
Pages 283-294Usually, geothermal resources have some surface manifestations. However, there are some resources without any surface evidences of geothermal activity. According to the recent studies, it is believed that in some parts of the earth this type of natural resources is more abundant than the known geothermal resources. These resources are called blind geothermal resources. The main reasons which prevent formation of surface manifestations are very thick cap rock, heavy rainfall in tropical regions, specific structural settings of the region, very deep water table and lateral underground flow of geothermal fluid to the ocean/sea. As blind resources have not any surface manifestations so some individual exploration methods are needed to find them. These methods are divided to two different levels, preliminary and detailed levels. Both of them include geological, geochemical and geophysical studies. In preliminary studies the size of the study area is very large (more than 10,000 km2) and the main target is to find geothermal prospects. In contrast, in detailed studies scientists search for precise characteristics of a given geothermal prospect. So far, the reasonable amount of blind geothermal resources has been determined in western part of the USA especially in Nevada State.Keywords: Geothermal energy, Exploration, determination methods, bling resources