درخت حوزه‌های تخصصی

مقاله حاضر به ارائه روشی اجرایی و عملیاتی برای مطالعات فنی امکان سنجی احداث نیروگاه فتوولتائیک متصل به شبکه با ظرفیت 100 کیلووات به منظور اخذ مجوز سازمان انرژی نو ایران می پردازد. ماژول و اینورتر اجزای اصلی نیروگاه فتوولتائیک هستند و انتخاب ظرفیت و چیدمان مناسب آنها سبب افزایش بهره وری نیروگاه از پتانسیل انرژی خورشیدی موجود و نیز کاهش هزینه کلی سیستم می گردد. در این روش، ابتدا با توجه به موقعیت جغرافیایی محل احداث نیروگاه، آرایش آرایه های فتوولتائیک در زمین نیروگاه، با قید اشغال مساحت کمتر و نیز رعایت کردن فاصله لازم بین رشته های فتوولتائیک برای سهولت تعمیر و نگهداری و نیز جلوگیری از سایه افکنی ماژول ها روی هم صورت گرفته و زاویه بهینه پنل ها استخراج شده و به همراه پارامترهای اصلی برای طراحی اعم از ظرفیت نیروگاه، برند و نوع ماژول مربوطه و سطح ولتاژ اتصالی اینورتر به شبکه وارد نرم افزار Sunny Design می شوند. این نرم افزار حالات مناسب انتخاب اینورترها را مشخص کرده و حالت بهینه تعیین می شود. در روش پیشنهادی، بعد از انتخاب مدل ماژول و اینورتر، طراحی بهینه نیروگاه فتوولتائیک با در نظر گرفتن پارامتر هایی نظیر قابلیت اطمینان، هزینه، استفاده بهینه از مساحت زمین و افزایش کارایی اجزای نیروگاه با تعیین محدوده نقطه کار آنها با استفاده از نرم افزار PVSyst صورت می پذیرد. در این نرم-افزار، نحوه آرایش ماژول های فتوولتائیک در آرایه ها و تعداد رشته ها مشخص می گردد. در ادامه، منحنی های خروجی، سایه افکنی، تلفات با استفاده از نرم افزار PVSyst استخراج و تحلیل می گردند.

روند مصرف برق از منابع غیر فسیلی در کشورهای مختلف بیانگر موفقیت سیاست های اعمال شده برای کاهش وابستگی به منابع فسیلی در تولید و مصرف برق، ایجاد تنوع در عرضه انرژی الکتریکی و تأمین امنیت عرضه برق در بلند مدت می باشد. سیاستگذاران انرژی تلاش می نمایند که سبد عرضه برق را متنوع سازند و وابستگی خود را به نفت و گاز به خصوص نفت و گاز خاورمیانه کاهش دهند. از این رو به منظور عدم وابستگی کشور به منابع فسیلی جهت تأمین برق مورد نیاز و تأمین امنیت عرضه بلندمدت این حامل انرژی می بایست با استفاده از پتانسیل های موجود در زمینه انرژی های تجدیدپذیر ضمن بهره گیری از تجارب موفق جهان جهت متنوع سازی هر چه بیشتر سبد عرضه برق تلاش گردد.

سیستم های فتوولتاییک یکی از پر مصرف ترین و کاربردی ترین موارد استفاده از انرژی خورشید محسوب می گردند. یکی از کاربردهای اینگونه سیستم ها کاربرد خانگی آنهاست. با توجه به مزایای این انرژی پاک در سال های اخیر، احداث سیستم های فتوولتاییک بر پشت بام و شیروانی منازل در کشورهای مختلف از استقبال خوبی برخوردار شده است. از طرفی، گسترش زندگی شهری باعث کاهش فضای کافی برای احداث این قبیل مولد ها شده است. در این شرایط، لزوم استحصال انرژی لازم برای واحدهای مسکونی در فضایی محدود بیش از پیش احساس می گردد. در این مقاله، ضمن طراحی ابعاد و چیدمان بهینه پنل های خورشیدی (شامل تعداد ردیف، طول و عرض پنل ها، فاصله بین پنل ها و شیب بهینه پنل ها نسبت به افق) برای یک واحد مسکونی با میزان انرژی مورد نیازِ مشخص، کمترین مساحت لازم برای تأمین این انرژی به دست آمده است. اثر سایه متقابل پنل ها بر روی یکدیگر نیز در این مقاله در نظر گرفته شده است. با توجه به ماهیت غیرخطی تابع هدف و قیود این مسأله، تکنیک های بهینه سازی هوشمند می توانند با دقت و سرعت بالایی پاسخگو به این مسئله باشند. بنابراین، برای این بهینه سازی از الگوریتم تبرید شبیه سازی شده به عنوان یکی از الگوریتم های مناسب استفاده شده است. برای ارزیابی این روش محاسبات به طور نمونه برای تأمین انرژی یک واحد مسکونی واقع در تهران با عرض جغرافیایی 7/35 درجه شمالی پیاده سازی شده است. نتایج حاکی از ابعاد 22 متر مربع برای تأمین انرژی سالانه یک واحد مسکونی با مصرف 4 مگاوات ساعت در سال خواهد بود. بنابراین، امکان احداث سیستم خورشیدی برای مجتمع های مسکونی با توجه به تعداد زیاد واحدها و محدودیت مساحت پشت بام وجود نخواهد داشت.

مباحث اقتصادی و قابلیت اطمینان برای مصرف کنندگان از اهمیت بالایی برخوردار می باشد که در تصمیم گیری های آنان در مورد نحوه تامین انرژی تاثیرگذار است. از طرفی، ریز شبکه ها، شبکه های جدیدی هستند که می توانند انرژی را برای مصرف کنندگان تامین نمایند. در این مقاله، 4 روش تامین انرژی الکتریکی از نظر اقتصادی و قابلیت اطمینان با هم مقایسه می شوند. این 4 سناریو عبارتند از: تامین انرژی تنها به وسیله شبکه؛ شبکه و منابع تولید پراکنده؛ ریز شبکه به تنهایی و ریز شبکه متصل به شبکه بالادست. تابع هدف 2 بعدی پیشنهادی، شامل هزینه ثابت و جاری تامین انرژی و قابلیت اطمینان می باشد که با استفاده از روش وزن دهی، جواب بهینه آن برای 4 سناریو محاسبه و مقایسه می شود. در ضمن، به منظور محاسبه قابلیت اطمینان این سناریوهای تامین انرژی، دو حالت بارها بر روی یک فیدر و بارها بر روی فیدرهای مجزا در نظر گرفته می شوند. روش پیشنهادی در این مقاله با روش مشابه مقایسه گردیده که نتایج نشان از کارآمد بودن و کاربردی تر بودن روش فوق دارد.

در این مقاله، کمینه سازی هزینه نهایی نیروگاه ترکیبی مستقل از شبکه قدرت، هدف مورد بررسی می باشد. این نیروگاه از ترکیب واحدهای برق آبی کوچک، سیستم فتوولتائیک، توربین های بادی بر پایه ذخیره سازی هیدروژن و استفاده از هیدروژن در پیل سوختی به منظور تأمین برق مورد نیاز ایستگاه پمپاژ آب سد سبلان به مزارع واقع در اطراف این سد پیشنهاد می شود. سیستم مورد بررسی با طول عمر 20 ساله بوده و محاسبات مربوط به قابلیت اطمینان سیستم نیز در این مقاله اعمال شده است. اطلاعات مربوط به دبی آب خروجی از دریچه سد و شدت تابش خورشیدی و وزش باد از نزدیک ترین ایستگاه هواشناسی منطقه اخذ و در شبیه سازی اعمال شده است. مقایسه دو سیستم ترکیبی برق آبی، بادی، خورشیدی و هیدروژنی، و سیستم فوق بدون استفاده از سیستم برق آبی در این مقاله انجام شده است. کاهش هزینه احداث نیروگاه درکنار بهبود قابلیت اطمینان کل سیستم و نیز کاهش هزینه کل انرژی تولیدی، از مزایای اضافه کردن سیستم برق آبی به سیستم ترکیبی بادی، خورشیدی و هیدروژنی در منطقه مورد مطالعه محسوب می شود. به منظور بهبود زمان بازدهی مساله، از یک مدل تقریبی قابلیت اطمینان در این مقاله استفاده شده است. برای یافتن ظرفیت بهینه سیستم ترکیبی پیشنهادی از الگوریتم تجمعی زنبور عسل استفاده شده است. در ادامه، برای ارزیابی صحت و دقت الگوریتم پیشنهادی، نتایج حاصله با نتایج حاصل از نرم افزار HOMER مقایسه شده است. ارزیابی نتایج حاکی از دقت و کارایی مناسب الگوریتم تجمعی زنبور عسل در تعیین ظرفیت بهینه سیستم ترکیبی برق آبی، بادی، خورشیدی و هیدروژنی در مقایسه با نرم افزار HOMER است.

بی تردید، انرژی یکی از مهم ترین عوامل در پیشرفت و توسعه پایدار جوامع بشری است که تولید، انتقال و مصرف انواع گوناگون آن بزرگ ترین عامل انهدام و آلودگی محیط زیست در میان عوامل انسان ساخت نیز می باشد. عدم تجدیدپذیری، افزایش قیمت و اثرات مخرب و شدید زیست محیطی مصرف سوخت های فسیلی از عوامل مهمی است که ضرورت استفاده از انرژی های نو را نمایان می سازد. یکی از این منابع، انرژی8 خورشید می باشد که با توسعه نگرش های زیست محیطی و راهبردهای صرفه جویانه در بهره وری از انرژی های تجدید ناپذیر، استفاده از آن در بسیاری از کشور های جهان رو به فزونی گذاشته است. روش های گوناگونی برای استفاده از این انرژی پاک و لایزال الهی وجود دارد، اما گرم کردن آب با استفاده از آبگرمکن های خورشیدی، شاید به عنوان آسان ترین و اقتصادی ترین روش های موجود باشد. در این راستا، مطالعه دقیق اقتصادی ـ اجتماعی و زیست محیطی مزایای بکارگیری این فناوری امری الزامی است. پژوهش حاضر به روش اسنادی به تحلیل منافع و مزایای اقتصادی ـ اجتماعی و زیست محیطی استفاده از آبگرمکن خورشیدی برای تهیه آبگرم مصرفی خانوار های 4 الی 5 نفره در شهر شیراز و همچنین دوره بازگشت سرمایه اولیه بکارگیری این فناوری می پردازد. نتایج این پژوهش نشان داد که میزان صرفه جویی انرژی، هزینه های اجتماعی، کاهش گازهای آلاینده و کاهش هزینه حذف دی اکسید کربن به واسطه کاهش انتشار آن در سال به ترتیب برابر با 710494814 کیلو وات ساعت، 7128396225 تومان، 485577 تن و 17481888324 تومان و همچنین دوره بازگشت سرمایه اولیه بکارگیری آبگرمکن های خورشیدی برابر 23/3 سال خواهد بود.

سوخت های فسیلی(نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ) از جمله منابع مهم انرژی جهان هستند که اهمیت خود را به عنوان سوخت از گذشته تا به حال حفظ کرده اند. در این بین سهم زغال سنگ در تامین سوخت نیروگاه های تولید برق بیش از سایر سوخت های فسیلی است. این نکته نشان دهنده اهمیت بالای این منبع انرژی در تولید برق است. استفاده از زغال سنگ جهت تولید برق فرصتی را ایجاد خواهد کرد تا تنوع بیشتری در سبد انرژی کشور ایجاد شود و فرصت بیشتری برای استفاده از سوخت مایع و گاز طبیعی جهت صادرات یا ایجاد ارزش افزوده بالاتر از طریق صنایع انرژی بر ایجادگردد. همچنین باعث کاهش بار پیک شبکه گاز کشور در زمستان شده و کمبود تامین گاز طبیعی برای تولید برق و استفاده از سوخت نفت گاز بجای آن را کاهش داده و موجب خواهد شد تا اتکاء واحدهای نیروگاهی به سوخت مایع در زمستان کاهش یابد. در عین حال باعث شکوفایی و رونق اقتصادی (اشتغالزایی) در نواحی زغال خیز کشور به ویژه ناحیه طبس خواهد شد. روش مورد استفاده در این بررسی، هزینه تراز شده(LCOE) می باشد از این طریق بهای تمام شده برق تولیدی برای هر کیلو وات ساعت تعیین و در نهایت با بهای تمام شده برق توسط نیروگاه های گازی، بخاری و سیکل ترکیبی مورد مقایسه قرار می گیرد.

در این مطالعه، یک سیستم ترکیبی متشکل از سیستم میکروتوربین، فتوولتائیک و مبدل AC/DC، برای تامین انرژی الکتریکی و حرارتی ساختمان ها طراحی شده است. به منظور دست یابی به حداقل هزینه ها، تابع هدف شامل هزینه های سرمایه گذاری سیستم ترکیبی، هزینه آلاینده های زیست محیطی، هزینه های پیک زدایی و هزینه های خرید و فروش انرژی الکتریکی از شبکه سراسری است. برای رسیدن به طرح بهینه با توجه به گستردگی متغیرها و بزرگی تابع هدف، از الگوریتم اجتماع ذرات (PSO)، استفاده شده است. سیستم ترکیبی در این مطالعه، شامل 100 متغیر است، که به تعیین ظرفیت های بهینه میکروتوربین، فتوولتائیک، اینورتر و زاویه نصب صفحات فتوولتائیک و هم چنین نحوه بهره برداری بهینه به صورت 24 ساعته برای هر فصل مربوط می شود. برای بهینه سازی سیستم، نرم افزاری در محیط برنامه نویسی MATLAB، آماده شده است. در پایان، نتایج حاصل شده برای بیمارستانی با پیک بار الکتریکی kW340 و بار حرارتی 870kW، نشان می دهد که در حالتی که تعرفه های انرژی واقعی و تعرفه پیک زدایی (یارانه ای که دولت به ازای نصب هر کیلووات سیستم ترکیبی به بهره بردار می دهد) بالاتر از 1000$kW باشد، در طول عمر پروژه سالیانه معادل 64361 دلار سودآوری دارد، هم چنین ظرفیت های بهینه میکروتوربین، اینورتر جهت نصب، به ترتیب 349kW و 315kW انتخاب شده است.

در این مطالعه، یک سیستم ترکیبی متشکل از سیستم میکروتوربین، فتوولتائیک و مبدل AC/DC، برای تامین انرژی الکتریکی و حرارتی ساختمان ها طراحی شده است. به منظور دست یابی به حداقل هزینه ها، تابع هدف شامل هزینه های سرمایه گذاری سیستم ترکیبی، هزینه آلاینده های زیست محیطی، هزینه های پیک زدایی و هزینه های خرید و فروش انرژی الکتریکی از شبکه سراسری است. برای رسیدن به طرح بهینه با توجه به گستردگی متغیرها و بزرگی تابع هدف، از الگوریتم اجتماع ذرات (PSO)، استفاده شده است. سیستم ترکیبی در این مطالعه، شامل 100 متغیر است، که به تعیین ظرفیت های بهینه میکروتوربین، فتوولتائیک، اینورتر و زاویه نصب صفحات فتوولتائیک و هم چنین نحوه بهره برداری بهینه به صورت 24 ساعته برای هر فصل مربوط می شود. برای بهینه سازی سیستم، نرم افزاری در محیط برنامه نویسی MATLAB، آماده شده است. در پایان، نتایج حاصل شده برای بیمارستانی با پیک بار الکتریکی kW340 و بار حرارتی 870kW، نشان می دهد که در حالتی که تعرفه های انرژی واقعی و تعرفه پیک زدایی (یارانه ای که دولت به ازای نصب هر کیلووات سیستم ترکیبی به بهره بردار می دهد) بالاتر از 1000$kW باشد، در طول عمر پروژه سالیانه معادل 64361 دلار سودآوری دارد، هم چنین ظرفیت های بهینه میکروتوربین، اینورتر جهت نصب، به ترتیب 349kW و 315kW انتخاب شده است.