فهرست مطالب

سیستم های انرژی پایدار - سال یکم شماره 3 (تابستان 1401)

نشریه سیستم های انرژی پایدار
سال یکم شماره 3 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • برات قبادیان*، هدیه اسکندریون 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
  • مبینا سیمائی*، امیرحسین میرآبادی صفحات 209-230
    پیش‏بینی 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
  • رضا غفارپور*، سعید زمانیان صفحات 231-249
    پاسخ 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
  • زهرا ذوالفقاری، سینا کزازی، احمد حاجی نژاد* 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
  • رحیم زاهدی، آرش گیتی فر، ابوالفضل احمدی* 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
  • جواد نورعلیئی*، داور ابراهیمی صفحات 283-294
    منابع 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
|
  • Barat Ghobadian *, Hedieh Eskandariun 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
  • Mobina Simaee *, Amirhosein Mirabadi Pages 209-230
    Load 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
  • Reza Ghaffarpour *, Saeid Zamanian Pages 231-249
    Integrated 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
  • Zahra Zolfaghari, Sina Kazzazi, Ahmad Hajinezhad * 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
  • Rahim Zahedi, Arash Gitifar, Abolfazl Ahmadi * 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
  • Javad Nouraliee *, Davar Ebrahimi Pages 283-294
    Usually, 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