فهرست مطالب

سیستم های انرژی پایدار - سال دوم شماره 4 (پاییز 1402)

نشریه سیستم های انرژی پایدار
سال دوم شماره 4 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/02/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدحسین جهانگیر*، آرمیتا فتحی صفحات 313-328

    یکی از اهداف مهم توسعه پایدار، حفظ طبیعت و اصلاح آن است و تجلی توسعه پایدار در حوزه محیط ساخته شده، معماری پایدار نامیده می شود. بام سبز یکی از رویکردهای نو معماری و شهرسازی و برخاسته از مفاهیم توسعه پایدار است که از آن می توان به منظور افزایش سرانه فضای سبز، ارتقای کیفیت محیط زیست و توسعه پایدار شهری بهره برد. از سوی دیگر امروزه با توجه به افزایش نیاز به انرژی و محدودیت سوخت های فسیلی به عنوان منابع رو به اتمام و آلاینده محیط زیست، نیاز به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر بیشتر احساس می شود. یکی از انرژی هایی که کاربرد آن رو به افزایش است، انرژی حرارتی است. یکی از روش های ذخیره سازی انرژی حرارتی استفاده از مواد تغییرفازدهنده است. این پژوهش با هدف بهینه سازی حرارتی بام سبز با استفاده از مواد تغییرفازدهنده تهیه شده است. با انتخاب مواد تغییرفازدهنده زیستی به عنوان ماده تغییر فاز مورد استفاده در بام پژوهش مورد نظر در سه مدل و سه کاربری مختلف با استفاده از نرم افزار انرژی پلاس انجام شد. طبق نتایج به دست آمده مدل بام سبز بهینه شده با مواد تغییرفازدهنده در هر سه کاربری مختلف ساختمان باعث افزایش دما در ساختمان در فصل های سرد و افزایش قابل توجه دما در فصل های گرم سال و رسیدن به آسایش حرارتی شده است. بنابراین طبق نتایج به دست آمده استفاده از بام سبز به طور مجزا باعث تعادل بیشتر دمایی می شود. به صورت میانگین مشاهده شد که درصد افزایش و کاهش دما در مدل 3 نسبت به مدل 2 در هر سه کاربری 10 درصد بیشتر است و کاهش مصرف انرژی سرمایشی در کاربری تجاری 7/8 درصد، کاربری اداری 1/10 درصد و کاربری مسکونی 8/10 درصد بیشتر است. همچنین کاهش مصرف انرژی گرمایشی در کاربری تجاری 1/10درصد، در کاربری اداری 5/8 درصد و در کاربری مسکونی 2/5 درصد بیشتر است. در انتها توجیه اقتصادی نیز ذکر شده است که کاهش چشمگیر هزینه ها مشاهده می شود.

    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، بام سبز، توسعه ی پایدار، معماری پایدار، مواد تغییرفازدهنده
  • مجید حسین پور*، الهام سیفی، عبدالمجید دژم خوی، شهاب ساجدی صفحات 329-352

    در سال‏های اخیر پیل‏های سوختی به دلیل مزایای زیست محیطی و کاربردهای آن در سیستم ‏های توان تولید پراکنده مورد توجه قرار گرفته‏ اند. پیل‏های سوختی انواع مختلفی دارند که از میان آن‏ها پیل سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) در اتصال به شبکه قدرت بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. در اتصال پیل‏های سوختی به شبکه قدرت از اینورترهای منبع ولتاژ استفاده می‏شود. اینورترهای متصل به شبکه به دلیل فرکانس کلیدزنی بالا هارمونیک‏های مرتبه بالا تولید می‏کنند. برای کاهش هارمونیک‏های کلیدزنی و افزایش کیفیت جریان تزریقی به شبکه از فیلترهای LCL استفاده‏ می‏شود. فیلترهای LCL عملکرد مطلوبی در کاهش هارمونیک‏های کلیدزنی دارند، اما یکی از مشکلات اصلی آن‏ها تشدید ذاتی آن‏ها است که ممکن است باعث ناپایداری سیستم شود. وقتی از کنترل دیجیتال برای کنترل اینورترهای متصل به شبکه استفاده می‏شود، به دلیل تاخیرهای کنترلی که شامل تاخیرهای محاسباتی و تاخیر مدولاسیون پهنای پالس است، پایداری اینورتر در برابر تغییرات امپدانس شبکه تضعیف می‏شود. در این مقاله از روش فیدبک جریان خازن برای میرایی تشدید ذاتی فیلتر LCL و یک جبران‏کننده پیش‏فاز در مسیر فیدبک جریان خازن برای جبران‏ تاخیر کنترل برای سیستم بهساز توان پیل سوختی متصل به شبکه استفاده شده است. برای بررسی صحت عملکرد روش پیشنهادی یک روش طراحی گام به گام برای جبران‏ساز پیش‏فاز و پارامترهای حلقه بسته سیستم ارائه شده است. نتایج شبیه‏سازی سیستم بهساز توان پیل سوختی متصل به شبکه با فیلتر LCL در نرم افزار MATLAB/Simulink انجام شده است که صحت عملکرد روش پیشنهادی را نشان می‏دهد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی، اینورتر متصل به شبکه، فیلتر LCL، میرایی فعال، فیدبک جریان خازن
  • سپیده عابدی*، دانیال ابراهیمی نیا صفحات 353-367

    تحقیق حاضر به بررسی امکان استفاده از انرژی‏های تجدیدپذیر مانند خورشیدی، بادی، زمین‏گرمایی و انرژی زیستی در استان سیستان و بلوچستان پرداخته ‏است. استانی که در تامین انرژی با موانع مهمی ناشی از عوامل اقلیمی، اقتصادی و دسترسی جغرافیایی روبه‏رو است. با استفاده از اطلاعات جغرافیایی و داده ‏های جهانی در نرم ‏افزار ArcGIS، ارزیابی ظرفیت کل استان انجام و مناطق دارای بالاترین پتانسیل بهره ‏برداری انرژی‏های تجدیدپذیر مشخص شده‏ است. نتایج حاصل از ارزیابی نشان داد ظرفیت تولید انرژی سالانه از محل منابع انرژی خورشیدی، بادی، زمین‏گرمایی و انرژی زیستی به‏ترتیب معادل  kWyear.m-21962، MWyear 22776 (به ‏ازای هر توربین)، kWyear.m-2 402، KWyear 194 (به ازای هر نفر)، است که در صورت جایگزینی این منابع به ‏ترتیب از انتشار kg.m-274/818، ton 42/9504، kg.m-2 75/167، kg 95/80، دی‏اکسیدکربن در سال جلوگیری خواهد شد. همچنین با استفاده از نتایج حاصل از ارزیابی ظرفیت به‏ کارگیری از منابع تجدیدپذیر به‏ کمک نرم ‏افزارهای GEO T-SOL و PVSYST، میزان تولید انرژی سالانه در یک نمونه تقاضای خانگی در منطقه مورد مطالعه ارزیابی شده ‏است. نتایج نشان داد انرژی تولید شده در طراحی سیستم هیبرید زمین‏گرمایی و خورشیدی با تقاضای خانگی در منطقه به ‏ترتیب معادل kWh 8637 و kWh8858 در سال است که به صرفه ‏جویی معادل kWh 22566 انرژی و جلوگیری از انتشار kg 5585 دی‏اکسیدکربن در سال منجر می‏شود. نتایج حاصل از این مطالعه، کارایی و پتانسیل قابل توجه انرژی ‏های تجدیدپذیر در تامین انرژی مورد نیاز در استان سیستان و بلوچستان را نشان ‏می‏دهد که می‏تواند به‏ عنوان راهکار ارزشمندی به ‏منظور برون‏رفت از چالش‏های تامین تقاضای انرژی و توسعه پایدار منطقه مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: انرژی های تجدیدپذیر، سیستان و بلوچستان، GEO T-SOL، Arcgis
  • مجید زارع زاده* صفحات 369-387

    تولید انرژی تجدیدپذیر با استفاده از انرژی خورشیدی و استفاده هم زمان از پانل‏های خورشیدی به عنوان پوشش روی مخازن و سدها امروزه به شکل وسیعی در کشورهای گرم و خشک و نیمه خشک افزایش یافته است. استفاده از این روش علاوه بر تولید انرژی پاک، از میزان تبخیر آب شرب موجود در این مخازن خواهد کاست. استان هرمزگان، در جنوب ایران دارای اقلیم گرم و خشک بوده و سدهای جگین و استقلال میناب از تامین‏ کننده ‏های بزرگ آب در این استان هستند. طی چند سال گذشته، کاهش بارندگی و خشکسالی ‏های مستمر باعث افزایش تبخیر آب مخازن و در نتیجه، چالش بزرگی برای تامین آب در این استان بوده است. با توجه به میزان تابش مناسب در این مناطق، امکان نصب پانل‏های خورشیدی شناور روی مخازن وجود دارد. شبیه‏ سازی با استفاده از نرم ‏افزار PVSOL در سه حالت نصب جنوب سو، شرق غرب، و حالت مسطح و همچنین برآورد میزان حجم و سطح آب برای پوشش این پانل‏ها، نشان داد با استفاده از پوشش منطقه آرامش موجود پشت مخازن و چیدمان مسطح پانل در این سدها، نیروگاه خورشیدی با توان Gw9 با انرژی تولیدی Gwh/year 9 هزار ساخته خواهد شد، و علاوه بر آن بر اثر کاهش دمای آب زیر پانل‏ها به علت سایه‏ اندازی، از تبخیر بیش از یکصد هزارمتر مکعب آب پشت مخازن کاسته خواهد شد. نتایج نشان داده است که اقلیم و زاویه تابش مناسب در این مناطق به ایجاد نیروگاه‏ هایی با ضریب عملکرد بیش از 80 درصد منجر خواهد شد.

    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، پانل خورشیدی شناور، کاهش تبخیر، Pvsol
  • نیما شمساپور، مهشید نوراللهی*، مجتبی رضایی فرد صفحات 389-404

    با توجه ‏به پیش ‏بینی ‏های انجام شده، بیشترین میزان انتشار گازهای گلخانه‏ای بین سال‏های 2025 تا 2035 خواهد بود. سیاست‏های جهانی تغییر اقلیم برای رسیدن به اهداف پیمان پاریس (عدم افزایش 2 درجه‏ای دمای کره زمین)، به‏سرعت کشورها را تحت‏تاثیر قرار داده، بر رشد اقتصادی کشورها تاثیر گذاشته، جایگاه انرژی ‏های فسیلی را متزلزل کرده و روندهای جدیدی در فناوری‏ های آینده انرژی شکل می‏دهد؛ بنابراین توجه به آینده سیاست‏های مقابله با تغییر اقلیم اهمیت ویژه‏ای دارد. در این مقاله از روش تحلیل ساختاری با روش میک‏مک برای آینده‏ پژوهی در این حوزه و از روش دلفی برای جمع ‏آوری نظرات خبرگان در مورد تاثیرگذاری متغیرها نسبت به یکدیگر، استفاده شده است. در این پژوهش 22 عامل به‏ عنوان متغیرهای کلیدی شناسایی و با استفاده از نرم‏افزار میک‏مک تاثیر متقابل عوامل بر یکدیگر در بخش ‏های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج تحلیلی، عوامل سیاسی بیشترین اثرگذاری را در آینده سیاست‏های تغییر اقلیم خواهند داشت. در مرحله بعد نوبت به سناریوپردازی می‏رسد و سپس راهبردهای بهینه برای ایران با در نظر گرفتن آینده‏ های محتمل تشریح شده است.

    کلیدواژگان: پیمان پاریس، تغییرات اقلیمی، سیاست گذاری انرژی، روش میک مک، روش دلفی
  • پارمیس ناصری، محمد جدیری عباسی*، اسدالله شفیع زاده، هادی محمودی نژاد، سولماز بابازاده اسکوئی صفحات 405-420

    یکی از عوارض مهم زندگی معاصر، کم‏رنگ ‏شدن ارتباط با طبیعت و محیط ‏زیست و بیگانگی نسبت به عناصر و فرایندهای طبیعت پیرامون و گونه ‏های واجد حیات است که باعث هدر رفتن انرژی و از بین رفتن محیط‏ زیست می‏شوند؛ در عین‏ حال ‏که مطابق با مبانی نظری مرتبط و تحقیقات متعدد معاصر، کششی فطری نسبت به طبیعت و مظاهر آن با عنوان طبیعت‏دوستی و طبیعت‏گرایی در انسان‏ها وجود دارد. مفهوم «بیوفیلیا» در راستای دوستی با طبیعت و سیستم‏های واجد حیات تعریف شده است که خود در مصرف و بهینه‏ سازی انرژی موثر است. هدف اصلی پژوهش، تبیین مدل نظری نوروبیولوژیک طراحی بیوفیلی در معماری برای حفظ انرژی در محیط ‏زیست با روش تحلیل محتوا است. روش تحقیق «تحلیل محتوا» است که با مطالعه نظری و مرور تمام مطالعات مرتبط با نوروبیولوژی و معماری بیوفیلی به بیان مولفه ‏های تاثیرگذار عصب‏ شناختی در طراحی بیوفیلی پرداخته و لذا در این پژوهش، رشته های مورد جست وجو «معماری بیوفیلیک»، «نوروبیولوژی معماری» و «بیوفیلیک نوروبیولوژیک» در چهار پایگاه داده ازجمله: جست وجوی Scopus، جست وجوی ScienceDirect، جست وجوی Google Scholar و SAGE برای یافتن تطابق در منابع داده الکترونیکی درج شده است. یافته ‏های پژوهش حاضر نشان می‏دهد بشر با تکیه بر پژوهش‏های شناختی و عصبی ‏شناختی (نوروبیولوژی) یک رابطه عاطفی با طبیعت و زیست‏بوم نشان می‏دهند این وابستگی‏ و تمایل روان‏شناختی بشر دارای پارامترهای اصلی در طراحی نوروبوبیولوژیک معماری بیوفیلی مشتمل بر: تجربه محسوس طبیعت، تجربه نامحسوس طبیعت، تحریک موزون حسی، چشم‏انداز، نور و تهویه طبیعی، احساس پناهگاه و رازآلودگی است که می‏تواند به حفظ انرژی در محیط ‏زیست کمک کند.

    کلیدواژگان: انرژی، بیوفیلیا، محیط ‏زیست، معماری بیوفیلیک، نوروبیولوژی
|
  • Mohammadhossein Jahangir *, Armita Fathi Pages 313-328

    One of the most important goals of sustainable development is to preserve nature and improve it, and the manifestation of sustainable development in the built environment basin is called sustainable architecture. Green roof is one of the new approaches to architecture and urban planning and arises from the concepts of sustainable development, which can be used to increase the per capita green space, improve the quality of the environment. Today, due to the increasing need for energy and the limitation of fossil fuels as depleting and polluting sources of the environment, the need to use more renewable energy sources is felt. One of the increasing uses of energy is thermal energy. One of the methods of thermal energy storage is the use of phase change materials. This research has been prepared with the aim of thermal optimization of green roof using phase change materials. By selecting biodegradable materials as phase change materials used in the roof, the research was conducted in three models and three different uses, using Energy Plus software. According to the results, the green roof model optimized with phase change materials in all three different uses of the building has increased the temperature in the building in cold seasons and significantly increased the temperature in hot seasons, and achieved thermal comfort. Therefore, according to the results, using green roof separately causes more temperature balance.

    Keywords: Green Roof, Phase Change Materials, Renewable Energy, Sustainable Architecture, Sustainable Development
  • Majid Hosseinpour *, Elham Seifi, Abdolmajid Dejamkhooy, Shahab Sajedi Pages 329-352

    Fuel cells have been noticed by researchers due to their high efficiency, low pollution, and high-power density in distributed generation systems. Grid-connected inverters are considered vital elements for effectively connecting renewable energy sources and distributed generation system applications. Ripple-induced current harmonics in DC link and high switching frequency are the disadvantages of grid-connected inverters that are reduced by LCL filters. However, the intrinsic resonance in the LCL filter leads to instability of the power transmission system. As a result, suitable damping is essential for removing resonance in the LCL filters. LCL filters are utilized to reduce switching harmonics and increase the quality of the grid-injected current. The LCL-filters can lead to resonance and instability despite their capability to attenuate harmonics. When digital control is utilized to control grid-connected inverters, the stability of the inverter is weakened against grid impedance changes due to control delays that include computation as well as pulse width modulation delays. In this paper, the design, control, and stability analysis of the inverter-based power conditioner, which is connected to the low voltage grid via an LCL filter, is presented to manage the power flow of the PEMFC. For this aim, the capacitor current feedback active damping procedure is used to alleviate the resonance phenomena caused by LCL filter, and a phase compensator in the is applied to compensate for the unwanted effects of the control delay of the grid-connected fuel cell power conditioning system. To investigate the proficiency of the proposed scheme, the design of each section is presented for the phase compensation and the parameters of the closed loop system under study. The simulation results of the LCL-based grid-connected fuel cell power conditioning system have been performed in MATLAB/Simulink, depicting the suggested method's accuracy.

    Keywords: Grid-Connected Inverter, Fuel Cell, LCL Filter, Active Damping, Digital Control Delay
  • Sepideh Abedi *, Danial Ebrahiminia Pages 353-367

    The present research investigates the possibility of using renewable energies such as solar, wind, geothermal, and bioenergy in the Sistan and Baluchestan province. This province faces significant obstacles in energy supply due to climatic, economic, and geographical factors. Using geographic information and global data in the ArcGIS software, an assessment of the total capacity of the province has been conducted, and areas with the highest potential for renewable energy exploitation have been identified. The assessment results show that the annual energy production capacity from solar, wind, geothermal, and bioenergy sources is equivalent to 1962 kWyear.m-2, 22776 MWyear per turbine, 402 kWyear.m-2, and 194 KWyear per person, respectively, which, if these sources were replaced, would prevent 818.74 kg.m-2, 9504.42 ton (per turbine), 167.75 kg.m-2, and 80.95 kg (per person) of carbon dioxide emissions annually. Furthermore, the annual energy production level in a sample household demand in the study area has been evaluated using GEO T-SOL and PVSYST software. The results indicate that the energy produced by designing a hybrid geothermal and solar system for household demand in the region is equivalent to 8637 kWh and 8858 kWh per year, leading to energy savings of 22566 kWh and prevention of 5585 kg of carbon dioxide emissions annually. The results of this study demonstrate the significant efficiency and potential of renewable energies in meeting the energy needs in the Sistan and Baluchestan province, serving as a valuable solution to address the challenges of energy demand and sustainable development in the region.

    Keywords: Renewable Energies, Sistan, Baluchistan, GEO T-SOL, Arcgis
  • Majid Zarezadeh * Pages 369-387

    Renewable energy production using solar panels as cover on reservoirs and dams has increased in arid and semi-arid countries. By using this method, in addition to producing clean energy, drinking water evaporation amount would be reduced in the tanks. Hormozgan province located in the south of Iran is considered to be arid. Jagin and Esteghlal Minab dams are the major water suppliers in this province. Throughout the past few years, the decrease in rainfall has caused an increase in the evaporation of reservoir water. According to the appropriate amount of radiation in mentioned areas, installing floating solar panels on the tanks is possible. The simulation using PVSOL in three installation modes: south direction, east-west, and flat. The estimation of the volume and water level to cover these panels has shown that by using the existing apron zone cover with a flat layout in the dams, a solar power plant with a power of 9Gw will be built with an energy production of 9000 Gwh/year. Also placing the FPV panel on the canal has prevented water evaporation by 100,000 cubic meters. It is required to mention that proper climate and radiation angle can lead to power plants with 80%+ performance.

    Keywords: Evaporation Reduction, Floating Solar Panel, Renewable Energy, Pvsol
  • Nima Shamsapour, Mahshid Noorollahi *, Mojtaba Rezaeifard Pages 389-404

    According to the forecasts, the highest amount of greenhouse gas emissions will be between 2025 and 2035. Global climate change policies to reach the goals of the Paris Agreement (not to increase the global temperature by 2 degrees), quickly affect countries, affect the economic growth of countries, shake the position of fossil energy and shape new trends in future energy technologies; Therefore, paying attention to the future of policies to deal with climate change is particularly important. In this article, the method of structural analysis with the Micmac method has been used for future research in this field, and the Delphi method has been used to collect experts' opinions about the influence of variables on each other. In this research, 22 factors were identified as key variables and the mutual influence of the factors on each other in different sections was investigated using Micmac software. Based on the analytical results, political factors will have the most impact in the future of climate change policies. In the next stage, it is the turn of scenario planning, and then the optimal strategies for Iran have been explained considering possible futures.

    Keywords: Energy Policy, Climate Change, Paris Agreement, Micmac Method, Delphi Method
  • Parmis Naseri, Mohammad Jodeiri Abbasi *, Asadollah Shafizadeh, Hadi Mahmoodi Nezhad, Solmaz Babazadeh Oskoui Pages 405-420

    At the same time, according to related theoretical foundations and numerous contemporary researches, there is an innate attraction towards nature and its manifestations in the name of nature-loving and naturalism in humans. The concept of "biophilia" is defined in terms of friendship with nature and living systems, which is effective in energy consumption and optimization. The main goal of the research is to explain the neurobiological theoretical model of biophilic design in architecture to conserve energy in the environment with the method of content analysis. The research method is "content analysis" which, by theoretical study and review of all studies related to neurobiology and biophilic architecture, expressed the influential neuro-cognitive components in biophilic design, and therefore, in this research, the search field "biophilic architecture", "neurobiology of architecture" ” and “neurobiological biophilia” were entered in four databases including: Scopus search, Science direct search, Google Scholar search and SAGE to find matches in electronic data sources. The findings of the present research show that humans have an emotional relationship with nature and the ecosystem based on cognitive and neurological researches, and that this dependence and psychological desire of humans has parameters The main in the neurobiological design of biophilic architecture includes: the tangible experience of nature, the intangible experience of nature, balanced sensory stimulation, landscape, light and natural ventilation, the feeling of shelter and mystery, which can help preserve energy in the environment.

    Keywords: Biophilia, Biophilia Architecture, Energy, Environment, Neurobiology