بهبود راندمان کمپرسور سانتریفیوژ و اثرات زیست محیطی آن در تصفیه فاضلاب

Centrifugal compressor efficiency improvement and its environmental impact in waste water treatment

چکیده

1- معرفی

2- سناریوهای مطالعه شده ی بهسازی بازده ی کمپرسورهای سانتریفیوژ

3- وظایف مطالعه شده ی کمپرسور و میزان استفاده از انرژی حاصله برای سناریوهای بهسازی

4- ارزیابی چرخه ی عمر برای سناریوهای مختلف دیفیوژر

5- نتیجه گیری

منابع

چکیده

     هزینه های انرژی معمولاً بر هزینه های چرخه ی عمر کمپرسورهای سانتریفیوژ که در فرآیندهای صنعتی و شهری مختلف کاربرد دارند، سایه انداخته و کمپرسور را به هدفی جذاب برای بهسازی کارآیی تبدیل می سازند. مطالعه ی حاضر، صرفه جویی قابل حصول در انرژی با استفاده از سه نوع دیفیوژر  مختلف در کمپرسور سانتریفیوژ را برای پشتیبانی از فرآیند کاربر نهایی در کارخانه تصفیه فاضلاب مدنظر قرار داده است. و تأثیر بهبود بازده انرژی بر استفاده ی سالانه  از انرژی و تأثیر محیطی آن را با بهره گیری از محاسبات انرژی و ارزیابی چرخه ی عمر و با در نظر گرفتن کار کمپرسور انتخاب شده در هوادهی فاضلاب نشان می دهد. در کنار مزایای صرفه جویی قابل حصول در انرژی در فرآیند هوادهی فاضلاب، مطالعه ی حاضر تأثیر مواد اضافی موردنیاز در تولید دیفیوژر بر مجموع انتشار گازهای گلخانه ای در چرخه ی عمر کمپرسور را نیز آشکار می سازد.  بر اساس محاسبات و نتایج بررسی، انواع دیفیوزر مطالعه شده تأثیر قابل توجهی بر میزان استفاده ی کمپرسور از انرژی و تأثیرات محیطی آن هنگام عملیات کمپرسور در فرآیند هوادهی دارد. صرفه جویی قابل توجه در انرژی سالانه در این مورد در مقایسه با سناریوی مبنا بین %9-4 – 5/2 بود. همچنین تأثیر مواد اضافی و استفاده از انرژی بر تولید دیفیوژر در مقایسه با پتانسیل پرهیز از کاهش گاز گلخانه ای، بی معنا بود.

سناریوهای مطالعه شده ی بهسازی بازده ی کمپرسورهای سانتریفیوژ

     همانطور که اشاره شد، سه نوع اصلیِ دیفیوژر می تواند بر عملکرد کمپرسور سانتریفیوژ تأثیر بگذارد: دیفیوژر بدون پره، دیفیوژر پره دار با استحکام پایین و دیفیوژر پره دار. افزون بر این، دیفیوژر بدون پره  را می توان به منظور بهبود عملکرد با استفاده از گیره اصلاح کرد که به معنای محدود شدن ارتفاع دیفیوژر در مقایسه با ارتفاع تیغه ی ایمپلر است. نمای شماتیک طراحی های مختلف دیفیوژر در شکل 2 به تصویر کشیده شده است.

     طراحی های مطرح شده برای دیفیوژر را می توان از نظر بهسازی کارآیی و الزامات منابع مواد  مطالعه نمود. در این مطالعه، مواد فرض شده برای هر سناریوی دیفیوژر آلومینیوم (AlMg3) است. سناریوهای دیفیوژر به ترتیب زیر طبقه بندی شده اند: دیفیوژر گیره دار  (PND، سناریوی 1)، دیفیوژر دارای استحکام پایین (سناریوی 2)، و دیفیوژر پره دار (سناریوی 3). این سه سناریوی برای دیفیوژر با طراحی مبنا که دیفیوژر بدون پره (سناریوی 0) است مقایسه می شوند.

    سناریوی 1 استفاده از گیره ی متوسط در دیفیوژر را نشان می دهد و در آن ارتفاع عبور دیفیوژر محدودتر از ارتفاع اسمی است. دیفیوژر گیره دار (PND) باعث بهبود کارآیی کمپرسور سانتریفیوژ می شود و در عین حال تقریباً دارای همان پهنای نقشه ی عملیاتیِ دیفیوژر بدون پره است [25]. سناریوی 2 در رابطه با دیفیوژرِ دارای استحکام پایین (LSD) است و در آن به دلیل تعداد کم پره های کوچک هیچ گلوگاه هندسی میان دو پره تعبیه نشده است. LSD کارآیی بالاتری نسبت به دیفیوژر بدون پره دارد و معمولاً پهنای نقشه ی عملیاتی خود به خوبی حفظ می کند [16]. هرچند دیفیوژر پره دار (VND) در سناریوی 3 معمولاً دارای بالاترین سطح بهسازی عملکرد در میان طرح های مختلف دیفیوژر است اما پهنای نقشه ی عملیاتی آن به وضوح محدودتر از دو طراحی قبلی است. دامنه ی عملیاتی محدودتر عمدتاً به دو دلیل است: پره های دیفیوژر به وقوعِ  (بروز) متغیر حساس هستند و یک گلوگاه آئرودینامیکی را تشکیل می دهند که ماکزیمم دبی جرمی  را محدود می کند.  وقوع، پره های LSD را نیز تحت تأثیر قرار می دهد؛ با این حال به جای عامل پراکنده کردن  جریان، عمدتاً هدایت کننده ی آن در نظر گرفته می شوند و بنابراین نسبت به آن حساس نیستند. افزون بر این، پره ها در دیفیوژر دارای استحکام پایین یک گلوگاه آئرودینامیکی را تشکیل نمی دهند؛ از این رو، همانند دیفیوژر بدون پره، ماکزیمم دبی جرمی توسط ایمپلر تعیین می گردد.

تجزیه و تحلیل عددی اثرات میدان مغناطیسی بر روی ارتقای انتقال حرارت در سیال مغناطیسی برای یک جمع کننده خورشیدی به صورت سهمی شکل

Numerical analysis of magnetic field effects on the heat transfer enhancement in ferrofluids for a parabolic trough solar collector

چکیده

1. مقدمه

2. تعریف مسئله

2.1 ویژگی های فیزیکی مایع مغناطیسی

2.2 تحلیل انتقال گرمایی

2.3 میدان مغناطیسی و معادله های حاکم

2.4 شرایط مرزی

3. نتایج و مباحث

3.1 ارزیابی اعتبار

3.2 نتایج CFD

4. جمع بندی

چکیده

یک ظرف سهمی شکل به عنوان یک جمع کننده گرمایی خورشیدی تعریف می شود که  در یک بعد صاف است و در دو بعد دیگر به صورت یک سهمی، منحنی شکل می باشد که آینه های صاف برروی ان قرار گرفته است . ارتقای کارایی گرمایی این جمع کننده ها یکی از مهم ترین چالش های توسعه و رشد نیروگاه های توان گرمایی خورشیدی می باشد. مایعات مغناطیسی به عنوان یک مایع کاری جدید برای کاربرد های صنعتی ارائه شده اند که این موضوع به دلیل عملکرد گرمایی آن ها می باشد. در این مطالعه، یک انتقال گرمای همرفتی از مایعFe3O4-Therminol66 تحت میدان مغناطیسی (0-500G) با استفاده از دینامیک محاسبه سیالات، ارزیابی شده است. مایع مغناطیسی با کسر های حجمی مختلف ( 1تا4% ) و Therminol 66 ( به عنوان مایع اصلی)به عنوان مایعات کاری برای یک جمع کننده خورشیدی سهمی شکل، مورد استفاده قرار گرفته اند. تحلیل های عددی نخست نشان دهنده نتایج نظری می باشند و سپس یک مطالعه دقیق انجام شده است تا بتوان تاثیر  سیال مغناطیسی را بر روی پارامتر های مختلف از لوله جمع کننده، کارایی گرمایی و همچنین خروجی دمایی این جمع کننده، نشان داد. به علاوه، افزایش کسر حجمی نانوذرات در مایع اولیه و تراکم میدان مغناطیسی باعث افزایش عملکرد این جمع کننده شد.

1. مقدمه

انرژی تجدید پذیر، به عنوان مثال انرژی های بادی و خورشیدی، یکی از امید بخش ترین راه حل ها برای تولید کردن  انرژی تمیز برای آینده می باشد زیرا منابع انرژی فعلی ( مانند نفت، زغال سنگ و گازهای طبیعی)، در چند دهه آتی تمام خواهند شد. میزان مصرفانرژی در جهان به صورت پیوسته در حال افزایش می باشد و این موضوع برای تمام محقق ها و دانشمندان نگران کننده می باشد. انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی فراوان، می تواند به صورت گرما و یا برق تبدیل شود. این انرژی، یک منبع مفید برای کاربرد های مختلف می باشد : خشک کننده های خورشیدی، تولید آب گرم به صورت محلی و تولید برق در نیروگاه های انرژی خورشیدی. میزان تولید انرژی خورشیدی بین سال 2012 تا 2040 با افزایش سالانه 8.9% پیش بینی شده است و همین موضوع باعث می شود که این نوع از تولید انرژی، به سریع ترین و پر پیشرفت ترین نوع تولید انرژی در دهه های پیش رو تبدیل شودد.

4. جمع بندی

این مطالعه یک مطالعه عددی را مبتنی بر دینامیک محاسباتی سیالات ارائه می کند که با استفاده از نرم افزار ANSYS® FLUENT® انجام شده است که هدف ما، مطالعه کردن تاثیر مایع مغناطیسی و میدان مغناطیسی بر روی عملکرد جمع کننده های خورشیدی سهمی وار می باشد. مایع مغناطیسی Fe3O4-Therminol در این مطالعه با کسر حجمی مختلف به عنوان مایع کاری مورد استفاده قرار گرفته است و  Therminol 66 در واقع، مایع پایه می باشد. به علاوه، تحلیل هایی نیز همراه یا بدون میدان مغناطیسی انجام شده است که این میدان توسط یک سیم حامل جریان الکتریکی ایجاد شده است که در نزدیکی لوله جمع کننده قرار دارد. تاثیر میدان مغناطیسی بر روی ضریب انتقال گرمایی همرفتی، کارایی گرمایی و عملکرد جمع کننده نیز به صورت دقیق ارزیابی شده است. نتایج نشان داده است که HTC جمع کننده خورشیدی با استفاده از نانوذرات قرار گرفته در مایع پایه افزایش پیدا می کند. افزایش در کسر حجمی این نانوذرات می تواند باعث افزایش HTC هم بشود. همچنین، ارزیابی های فعلی نشان داده است که استفاده از میدان مغناطیسی باعث افزایش HTC محلی در لوله جمع کننده، دمای خروجی و کارایی گرمایی می شود. بهترین عملکرد نیز برای مایع مغناطیسی با 4% کسر حجمی به دست آمده است. در نهایت، بهترین عملکرد گرمایی – هیدرولیکی نیز برای مایع مغناطیسی با 1% کسر حجمی رخ می دهد که افت فشار جریان و ضریب اصطکاک کمترین مقادیر را برای آن دارند که این موضوع مشابه با نتایجی است که در مقالات دیگر به دست آمده است.

Abstract

A parabolic trough is defined as a type of solar thermal collector that is straight in one dimension and curved as a parabola in the other two, lined with a polished metal mirror. Enhancing the thermal efficiency of this collectors is one of the major challenges of developing and growing of parabolic trough solar thermal power plants. Ferrofluids were proposed as a novel working fluid for industrial applications, due to their thermal performances. In this study, the convective heat transfer of Fe3O4-Therminol 66 ferrofluid under magnetic field (0–500 G) is evaluated using computational fluid dynamics. The ferrofluid with different volume fraction (1–4%) and the Therminol 66 (as the base fluid) are considered as the working fluids for a parabolic trough solar collector. Numerical analysis first validated using theoretical results, and then a detailed study is conducted in order to analyze the effect of the magnetic field on different parameters. The result demonstrated that using magnetic field can increase the local heat transfer coefficient of the collector tube, thermal efficiency as well as output temperature of the collector. In addition, increasing the volume fraction of nanoparticle in the base fluid and intensity of magnetic field increased the collector performance.

1. Introduction

Renewable energy, for instance solar and wind energy, is one of the most promising solutions to produce clean energy for the future since the conventional energy sources (such as oil, coal and natural gas) will be finished in a few decades [1,2]. World energy consumption is increasing continually and this is worrisome for all researchers and scientists [3]. Solar energy, as an abundant energy source, can either be converted into heat or electricity. It is a useful source of energy for various applications: solar dryers, local hot water production, and electricity production in concentrating solar power plants [4]. Global solar energy production was predicted to reach a rate of 8.9% annually between 2012 and 2040, making it the fastest developing type of energy generation in the forthcoming decades [5].

4. Conclusion

Current study presented a numerical study based on computational fluid dynamics incorporated within ANSYS® FLUENT®, in order to study the effects of ferrofluid and magnetic field on the performance of a parabolic trough solar collector. Fe3O4-Therminol 66 ferrofluid with different volume fraction was considered as the working fluid, having the Therminol 66 as the base fluid. In addition, analyses were done with and without presence of a magnetic field which was provided by a current-carrying wire located close to the collector tube. Effect of the magnetic field on the convective heat transfer coefficient, thermal efficiency, and collector performance was investigated in detail. The results have shown that the HTC of solar collector increases by using submerged nanoparticles in the base fluid. Increasing in volume fraction of nanoparticles can increase the HTC as well. Also, current investigations have shown that using magnetic field helps to increase local HTC of the collector tube, output temperature, and thermal efficiency of the collector. The best performance was obtained for ferrofluid with 4 vol% under a magnetic field of 500 G, which proves effectiveness of both ferrofluid and magnetic field on the collector performance. Finally, the best thermo-hydraulic performance occurs for ferrofluid with 1 vol % in the case of magnetic field absence for which the flow pressure drop and friction factor have the smallest values, similar to the results obtained in the literature.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجزیه و تحلیل عددی اثرات میدان مغناطیسی بر روی ارتقای انتقال حرارت در سیال مغناطیسی برای یک جمع کننده خورشیدی به صورت سهمی شکل

Numerical analysis of magnetic field effects on the heat transfer enhancement in ferrofluids for a parabolic trough solar collector

مطالعه تطبیقی عملکرد سیستم گرمایش از کف با انرژی خورشیدی در اقلیم های متمایز

Comparative study of solar-powered underfloor heating system performance in distinctive climates

چکیده
1-مقدمه
2- روش‌شناسی
3- داده‌های آب‌وهوایی و تابش
4- نتایج و بحث
5- نتیجه‌گیری
منابع

چکیده
 بر اساس آمار سازمان بین‌المللی انرژی، بخش ساختمان بیشترین مصرف جهانی انرژی را به خود اختصاص می‌دهد و بیش از 1/3 ‌انتشار گازهای گلخانه‌ای در سال 2013 مربوط به بخش ساختمان بوده است. از انرژی‌های تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی می‌توان برای تامین نیاز کامل یا جزئی ساختمان استفاده کرد. در این مطالعه، جمع‌کننده‌های گرمایی خورشیدی بکار گرفته شده‌اند تا آب گرم موردنیاز برای سیستم گرمایش از کف فراهم شود. سه شهر ایرانی تبریز، تهران و جزیره کیش با شرایط آب‌وهوایی مختلف برای اهداف این تحقیق انتخاب شدند تا عملکرد سیستم گرمایش از کف مبتنی بر انرژی خورشیدی در شرایط آب‌وهوایی متمایز سنجیده شود. به علاوه، یک تحلیل اقتصادی به منظور امکان‌سنجی سیستم پیشنهادی نیز صورت گرفت. از نرم‌افزار دیزاین‌بیلدر (Design Builder) برای شبیه‌سازی عملکرد انرژی ساختمان استفاده شد. نتایج حاکی از آن بود که مصرف سوخت سالیانه در ساختمانی مجهز به تاسیسات جمع‌کننده‌های خورشیدی در تهران، تبریز و جزیره کیش به ترتیب 39/125، 58/303 و 41/1 مگاوات بر ساعت نسبت به ساختمانی با سیستم گرمایشی معمولی، کاهش داشته است. دوره بازگشت سیستم برای تهران، تبریز و جزیره کیش به ترتیب 2/8، 4/9 و 1/12 سال بدست آمد. 

2- روش‌شناسی
2-1 توصیف ساختمان
یک ساختمان هتل معمولی به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب شد. این ساختمان در کل مساحتی برابر 12000 متر مربع و 6 طبقه داشته و بخش‌های آن شامل لابی، اتاق‌ها، اتاق کنفرانس، رستوران‌ها، یک فضای بازی برای کودکان، سالن ورزشی و یک محیط اداری بود. اطلاعات مربوط به ویژگی‌های ساختمان و حرارت ساطع‌شده درونی برای دوره شبیه‌سازی‌شده را می‌توان در جدول 1 مشاهده کرد. یک طرح دوبعدی از ساختمان در شکل 1 تصویر شده است. ساختمان با استفاده از نرم‌افزار دیزاین بیلدر شبیه‌سازی شد که یک ابزار مدلسازی پیشرفته برای ساختمان است و دوره مورد نظر از ماه دسامبر تا فوریه (سه ماه) در نظر گرفته شد. مواد معمول در ساخت‌وساز بناهای ایران در این ساختمان درنظر گرفته شد. مواد و خواص آنها در جدول 2 آمده است. نسبت پنجره به دیوار در کل ساختمان برابر 30% در نظر گرفته شد.

برای دست‌یافتن به ملزومات گرمایشی، یک سیستم رمایش از کف در ساختمان تعبیه شد. سیستم گرمایش از کف نسبت به دیگر سیستم‌های گرمایشی، گرما را به بهترین نحو توزیع می‌کند. به علاوه این سیستم با دمای آب بین 40 تا 50 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند در حالیکه دیگر سیستم‌ها نظیر رادیاتورهای چسبیده به دیوار به دمای آبی بین 60تا 70 درجه سانتی‌گراد نیاز دارند. برای تامین آب موردنیاز جهت سیستم گرمایشی، جمع‌کننده‌های خورشیدی با بویلر تلفیق شد. طرح شماتیکی از سیستم گرمایشی در شکل 2 به نمایش درآمده است. سیستم مذکور از سه حلقه تشکیل شده است: حلقه خورشیدی، گرمایش کف و حلقه آب گرم. سیال کاری توسط جمع‌کننده‌های خورشیدی گرم می‌شود. آنگاه این سیال به مخزن گرمایش آب وارد می‌شود و آب را گرم می‌کند. یک هیتر کمکی برای گرمایش آب نیز در سیستم تعبیه شده است تا اگر مقدار حرارت کافی نبود، گرمای کافی را فراهم آورد. برای رسیدن به دمای مطلوب، یک شیر دمایی در نظر گرفته شد. دمای آب گرم‌شده روی 45 درجه سانتی‌گراد تنظیم شد. یک بویلر پشتیبان نیز با استفاده از گاز طبیعی کار می‌کند حرارت اضافی را برای سیستم هیتر کمکی گرمایش آب فراهم می‌کرد.

2 طراحی جمع‌کننده خورشیدی
برای کاهش مقدار مصرف سوخت در بویلر از سیستم گرمایش خورشیدی استفاده شد. جمع‌کننده‌های صفحه تخت شیشه‌ای در مجموع مساحتی برابر 968 متر مربع داشته و روی سقف تعبیه شدند. مشخصات جمع‌کننده‌های خورشیدی در جدول 3 آمده است. پس از بررسی کردن شکل‌های مختلف و تاثیرات ایجاد سایه روی جمع‌کننده‌ها، بهترین چینش آن بود که جمع‌کننده‌ها در 6 ردیف و در هر ردیف 80 جمع‌کننده استفاده شود. مدل سه‌بعدی ساختمان و نحوه قرارگیری جمع‌کننده‌ها در شکل 3 به نمایش درآمده است.

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

چکیده

علائم

پارامترها

متغیرها

توابع

I. مقدمه

A. تعریف مسئله و انگیزه

B. مروری بر ادبیات علمی

C. مشارکت‌ها

D. سازمان‌دهی مقاله

II. زمان‌بندی هاب انرژی برمبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی

A. استراتژی زمان‌بندی برمبنای برنامه‌ریزی تصادفی

B. بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی

III. نتایج شبیه‌سازی و مباحثه

A. مطالعه موردی I: مثالی روشنگر

B. مطالعه موردی II: سیستم تغییر داده‌شده آزمون 34 گره‌ای IEEE

C. مقایسه روش ترکیبی ارائه‌شده با رویکردهای تصادفی خالص و قطعی برای قیمت‌های واقعی

IV. نتیجه‌گیری

چکیده

این مقاله، مسئله زمان‌بندی در سیستم هاب انرژی را از طریق رویکرد تئوری تصمیم شکاف اطلاعات (IGDT)/تصادفی هیبریدی مورد ارزیابی قرار می‌دهد. این دستگاه‌های هاب متشکل از توربین‌های بادی، واحدهای تجمیع شده توان و حرارت (CHP)، بویلرهای کمکی و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی است. با فرض اینکه هاب انرژی به‌عنوان اتصالی میان زیرساخت‌های انرژی مختلف نقشی غیرقابل‌انکار بازی می‌کند، هنوز بررسی این هاب ها از جنبه‌های مدل‌سازی و زمان‌بندی ضروری است. از سوی دیگر، در سال‌های اخیر نفوذ تولید توان بادی در زیرساخت‌های انرژی به‌طور چشم‌گیری افزایش پیداکرده است. به همین منظور، این مقاله برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی یکپارچه بادی روی روش بهینه‌سازی IGDT/ تصادفی هیبریدی تمرکز کرده است. این کار با در نظرگیری عدم قطعیت تولید انرژی بادی، قیمت انرژی و تقاضا انرژی صورت گرفته است. روش ما به صورتی بوده است که نه‌تنها می‌تواند به راه‌حل بهینه جهانی دست پیدا کند بلکه حجم محاسبات نیز می‌تواند کمتر شود. علاوه بر این، اپراتور تاب انرژی توسط مدل هیبریدی ارائه‌شده می‌تواند برای مواجهه با عدم قطعیت قیمت، دو استراتژی مختلف را دنبال کند. برای مثال، استراتژی خطر جو و خطر گریز. این روش مسئله به‌وسیله برنامه‌نویسی غیرخطی، یکپارچه و ترکیبی (MINLP) باعث بهینه‌سازی مسئله زمان‌بندی هاب انرژی در محیطی نامطمئن می‌شود. این فرمول سازی ارائه شدت است تا هزینه مورد انتظار در عملیات هاب انرژی را کمینه کند. چنین عملی درجایی رخ می‌دهد که تقاضاهای مختلف انرژی از هاب انرژی به صورتی کارآمد پاسخ داده می‌شود. خطاهای پیش‌بینی در مورد عدم قطعیت‌ها مرتبط به تولید توان بادی است و تقاضا انرژی به‌صورت یک سناریو مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که رویکرد بهینه‌سازی IGDT برای مدل‌سازی عدم قطعیت قیمت الکتریسیته ارائه‌شده است.

A. تعریف مسئله و انگیزه

هرچقدر که نفوذ منابع انرژی تجدید پذیر متناوب در زیرساخت انرژی افزایشی چشمگیر پیدا می‌کند، تناوب و تغییرپذیری تولید تجدید پذیر منجر به ایجاد چالش‌هایی بزرگ در زمان‌بندی زیرساخت انرژی می‌شود. در میان منابع انرژی تجدید پذیر، تولید بادی بخش قابل‌توجهی از تولیدات تجدید پذیر را به خود اختصاص داده است. بهره‌وری تعادل و هزینه‌های عملیاتی حاشیه‌ای پایین علت چنین اتفاقی است. بااین‌حال، احتمال دارد که تأثیرات پیش‌بینی پذیری پایین و عدم قطعیت در تولید بادی و نیز تبدیل احتمال بالقوه در این نوع از منابع به راه‌حلی واقعی، توسط همگام‌سازی زیرساخت‌های انرژی مختلف کمتر شود. یک هاب انرژی می‌تواند به‌عنوان یک رابط بین زیرساخت‌های مختلف انرژی مانند شبکه‌های الکتریسیته و گاز طبیعی تعریف شود. از سوی دیگر، یک هاب انرژی می‌تواند مصرف انرژی اولیه، انتشار متوالی آلاینده‌ها و هزینه مصرف انرژی را کاهش دهد. اخیراً باهدف تأمین تقاضاهای انرژی درروشی اقتصادی، سازگار با محیط‌زیست و قابل‌اتکا، به‌شدت روی برنامه‌ریزی، عملیات و مدیریت انرژی در هاب انرژی تحقیق‌شده است. مسئله اصلی در طرح‌ریزی و زمان‌بندی کارهای همراه با چنین تحقیقاتی در نظرگیری تأثیرات عدم قطعیت همراه باانرژی بادی، تقاضا انرژی و تعرفه‌های بازار انرژی است. به‌طوری‌که بتوان به تمام تقاضاهای انرژی پاسخ گفت درحالی‌که هزینه تأمین انرژی مشتریان کمینه باشد.

IV. نتیجه‌گیری

 در این مقاله، یک استراتژی زمان‌بندی برای یک سیستم هاب انرژی بر مبنای بهینه‌سازی IGDT/تصادفی ترکیبی ارائه‌شده است. خروجی‌های غیرقطعی از تقاضاهای انرژی و تولید باد از طریق سناریوها مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که بهینه‌سازی IGDT برای دستیابی به حدفاصلی برای قیمت الکتریسیته پیاده‌سازی شده است. این موضوع در جهت مطالعه توابع موقعیت و مقاوم بوده است. اپراتور هاب انرژی توسط مدل ترکیبی ارائه‌شده می‌تواند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز را به‌منظور مواجهه با عدم قطعیت قیمت ره‌گیری کند. بار محاسباتی مسئله با پیاده‌سازی روش بهینه‌سازی IGDT/تصادفی هیبریدی برای زمان‌بندی بهینه در هاب انرژی مجتمع بادی، افزایش پیدا می‌کند. درنهایت، نتایج عددی به‌دست‌آمده از موارد مطالعه شده، تناسب و سودمندی روش ارائه‌شده را تصدیق می‌نمایند. نشان داده‌شده که با پیاده‌سازی استراتژی‌های مختلف ارائه‌شده توسط مدل IGDT/ تصادفی ترکیبی، مانند استراتژی‌های ریسک جو و ریسک گریز می‌توان درجه آزادی بیشتری برای اپراتور هاب انرژی در بازار انرژی تنظیم‌نشده مهیا کرد.

Abstract

This paper evaluates the scheduling problem for energy hub system consisting of wind turbine, combined heat and power units, auxiliary boilers, and energy storage devices via hybrid stochastic/information gap decision theory (IGDT) approach. Considering that energy hub plays an undeniable role as the coupling among various energy infrastructures, still it is essential to be investigated in both modeling and scheduling aspects. On the other hand, penetration of wind power generation is significantly increased in energy infrastructures in recent years. In response, this paper aims to focus on the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub considering the uncertainties of wind power generation, energy prices and energy demands explicitly in a way that not only global optimal solution can be reached, but also volume of computations can be lighten. In addition, by the proposed hybrid model, the energy hub operator can pursue two different strategies to face with price uncertainty, i.e., risk-seeker strategy and risk-averse strategy. This method optimizes energy hub scheduling problem in uncertain environment by mixed-integer nonlinear programming. This formulation is proposed to minimize the expected operation cost of energy hub where different energy demands of energy hub would be efficiently met. The forecast errors of uncertainties related to wind power generation and energy demands are modeled as a scenario, while an IGDT optimization approach is proposed to model electricity price uncertainty. 

A. Motivation and Problem Description

As the penetration of intermittent renewable energy resources increase substantially in energy infrastructures, renewable generation intermittency and variability causes big challenges on energy infrastructure scheduling. Among the renewable energy resources, wind generation assigns a remarkable portion of the renewable generations, due to energy balance efficiency and low marginal operating costs [1]. However, one possibility to smooth the effect of limited predictability and uncertainty of wind generation as well as convert potential possibility of these kinds of resources into actual solutions is coordinating different energy infrastructures [2]. An energy hub can be defined as an interface between various energy infrastructures such as electricity and natural gas networks [3-5]. On the other hand, an energy hub can reduce consumption of primary energy, the sequential pollutant emissions and the cost of energy consumption [4, 6]. Towards the goal of supplying energy demands in an economical, environmentally friendly and reliable way, planning, operation, and energy management of energy hub systems have been extensively investigated recently. An essential problem of the associated planning and scheduling tasks is to consider the effect of uncertainties associated with wind power, energy demands and energy market tariffs so that total energy demands can be served, while the cost of serving energy to customers is minimized.

IV. CONCLUSION

In this paper, a scheduling strategy for an energy hub system based on hybrid stochastic/IGDT optimization is proposed. The uncertain outputs of wind generation and energy demands are modeled via scenarios, while an IGDT optimization is implemented to find an interval for electricity price to study the robustness and opportunity functions. By the proposed hybrid model, the energy hub operator can track risk-averse and risk-seeker strategies to face with price uncertainty. By implementing the hybrid stochastic/IGDT optimization method for the optimal scheduling of wind integrated energy hub, the computation burden of the problem is decreased. Finally, the numerical results obtained from the studied cases verified the appropriateness and usefulness of the proposed method, where it is shown that by applying different strategies such as risk-averse and risk-seeker strategies provided by hybrid stochastic/IGDT model grants additional degree of freedom in deregulated energy markets for energy hub operator.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی زمانبندی کوتاه مدت برای هاب مبتنی بر انرژی باد: رویکرد تصادفی ترکیبی / IGDT

Short-Term Scheduling Strategy for Wind-Based Energy Hub: A Hybrid Stochastic/IGDT Approach

طراحی ژنراتور ورنیر مغناطیس دائمی هدایت مستقیم برای سیستم توربین بادی

Design of a Direct Drive Permanent Magnet Vernier Generator for a Wind Turbine System

چکیده

1. مقدمه

2. ملاحظات طراحی برای ژنراتور های بادی هدایت مستقیم

3. همبستگی های بین ثابت های مدار و حالت های هندسی ژنراتورهای ورنیر PM با سیم کشی متمرکز

4. تعیین حالت های هندسی PMVG

5. شبیه سازی و نتایج آزمایش

6. جمع بندی

منابع

چکیده

     در این مطالعه، یک روش طراحی جدید برای ژنراتور های ورنیر مغناطیس ثابت با هدایت مستقیم (DDPMVG) برای سیستم های توربین بادی سبک با توان بالا و بدون جعبه دنده ارائه شده است. زمانی که الزام توان حداکثری در نظر گرفته شود، سرعت های مبنا و ماکسیموم برای ژنراتور، اول از مشخصه های ایرودینامیک تیغه های توربین بادی به دست می آید. سپس پارامتر های الکتریکی ضروری برای ژنراتور ها با در نظر داشتن طرح کنترل بیشترین پارامتر گشتاور (MTPA) در ژنراتور های PM محاسبه می شود. برای مشخص کردن حالت هندسی مناسب برای پارامتر های به دست آمده، همبستگی های بین پارامتر ها و حالت های هندسی PMVG با در نظر داشتن سیم بندی های متمرکز، به دست می آیند. با استفاده از همبستگی های به دست آمده و پارامتر های ایجاد شده، یک فرایند طراحی سیستمی از PMVG ارائه می شود. برای یک مورد پژوهی، یک 5kW DD-PMVG با روتور خارجی با استفاده از روش پیشنهاد شده، طراحی می شود. مشخصه های عملکردی ژنراتورهای طراحی شده نیز با شبیه سازی های المان محدود (FE) تحلیل شده و سپس با نتایج پیش بینی شده با تحلیل ها، مقایسه می شود. در نهایت، نتایج آزمایش ها ارائه می شوند.

ملاحظات طراحی برای ژنراتور های بادی هدایت مستقیم

الف) محاسبه گشتاور و سرعت دورانی

     توان منتقل شده به روتور توربین از باد را می توان با استفاده از معادله زیر به دست آورد: که Pair نشان دهنده انرژی جنبشی از هوای در حال حرکت، Cp نشان دهنده ضریب توان کمتر از 0.59 از حد بتز، Ablade نشان دهنده مساحت تیغه روتور، Rblade نشان دهنده شعاع تیغه و p نشان دهنده تراکم بار به صورت تخمینی به صورت می باشد. همچنین هم نشان دهنده سرعت باد است. در سیستم توربین های بادی، سرعت های آستانه، سرعت نامه و سرعت قطع در باد نیز بر اساس ملاحظات ظرفیت توربین بادی مشخص می شود. در این مطالعه، این سرعت ها به ترتیب به صورت 3m/s، 9m/s و 15m/s می باشند که این سرعت ها در شکل 1a نمایش داده شده است. تولید توان در سرعت آستانه شروع می شود و بر اساس مکعب سرعت باد افزایش پیدا می کند. بعد از رسیدن به سرعت نامی، توان کنترل می شود تا به صورت ثابت، سرعت باد به سرعت قطع برسد. در حالت عملی، می توان از نسبت نوک- سرعت ، یا در معادله 2 استفاده کرد تا سرعت دورانی روتور توربین را اندازه گیری کرد که در این مطالعه، نشان دهنده سرعت زاویه ای روتور می باشد.

     مشخصه های عادی از منحنی برای روتور با دو تیغه در شکل 1b نشان داده شده است که بیشترین Cp به صورت 0.45 زمانی به دست می آید که نسبت حدود 7 باشد [32] . ازین رو، برای یک توان ماکسیموم مشخص 5kW، Ablade در معادله 1 با استفاده از Cp به مقدار 0.45 محاسبه می شود و ازین رو شعاع تیغه روتور نیز به دست می آید. در نهایت، سرعت مبنا در روتور توربین ها را می توان با استفاده از معادله 2 و به صورت 7 به دست آورد که در نتیجه باعث می شود گشتاور توربین در هر سرعت به دست بیاید که در جدول 1 ارائه شده است. باید خاطر نشان کرد که به علت این که ژنراتور های DD در نظر گرفته شده است، سرعت و گشتاور توربین ها مشابه با ژنراتور می باشد.

ب) بررسی کردن پارامتر های مدار برای ژنراتور های PM با در نظر داشتن طرح کنترل MTPA

     شکل 2 نشان دهنده طرح شماتیک برای سیستم توربین بادی با ژنراتور غیر برجسته می باشد که با استفاده از مدار معادل بر اساس هر فاز نمایش داده شده است که شامل نیروی الکتریکی حرکتی بازگشتی (EMF) به صورت Eb و راکتانس سنکرون Xsyn و مقاومت سیم پیچ ها به صورت R می باشد. با چشم پوشی کردن نسبت به R برای راحتی تحلیلها، معادله ولتاژ برای ژنراتور در قاب DQ را می توان به صورت معادله 3 نشان داد و به صورت یک دایره در محور جریان DQ در شکل 3 نشان داده شده است که مرکز آن ، Cv به صورت در معادله 3 می باشد. در طرف دیگر، یک حد ماکسیموم جریان مجاز می باشد که مبتنی بر ظرفیت گرمایی ماشین الکتریکی و یا ظرفیت توان مبدل می باشد و با استفاده از یک دایره با شعاع حول محور نمایش داده شده است. برای ماشین های الکتریکی غیر برجسته، تنها جریان محور Q به صورت Iq بر روی تولید گشتاور تاثیر دارد که این موضوع در معادله 4 نشان داده شده است.

مطالعه یک ژنراتور القایی دو بار تغذیه با مبدل ماتریس: مورد سیستم تبدیل انرژی باد

Study of a double fed induction generator using matrix converter: Case of wind energy conversion system

چکیده

مقدمه

مدل سازی سیتم بادی

مدل سازی توربین بادی

مدل سازی بخش مکانیکی

مدل سازی DFIG

مدل سازی و کنترل مبدل ماتریس

ساختار کنترل

نتایج شبیه سازی

نتیجه گیری

فهرست علائم و اختصارات

چکیده

با توجه به رشد روز افزون الکترونیک قدرت، استفاده از نسل جدید مبدل های توان مورد توجه ویژه قرار گرفته است، مبدل ماتریس AC/AC که مبدل توان مستقیم AC/AC را فراهم می کند، جریان توان دو طرفه، شکل موج تقریبا سینوسی ورودی و خروجی. در این مقاله، ما به ارائه مطالعه عملکرد و کارایی توربین بادی با سرعت متغیر مبتنی بر ژنراتور القایی دو بار تغذیه شده توسط مبدل ماتریس با استفاده از روش ردیابی نقطه دارای حداکثر توان برای به دست آوردن حداکثر توان در دسترس، می پردازیم. کل سیستم در چهارچوب مرجع هم‌گام d-q ارائه شد. طرح کنترل تست شده و عملکرد آن با استفاده از نتایج شبیه سازی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی بدست آمده تحت سیمولینک نرم افزار متلب اثربخشی و اعتبار کنترل مورد نظر را نشان می دهد.

مقدمه

با شروع از اصل Lavoiser: هیچ چیز از دست نرفته است، هیچ چیز ایجاد نشده است، همه چیز تغییر پیدا کرده است. انرژی، به منزله موتور آثار یا پدیده های طبیعی می باشد و می تواند از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کند. انرژی بادی یکی از پاک ترین منابع انرژی می باشد چراکه در حال تولید برق هیچگونه گاز گلخانه ای تولید نمی کند و همچنین باعث نامطلوب شدن کیفیت هوا نمی شود (هوا را آلوده نمی کند) و همچنین باعث آلودگی خاک و آب نیز نمی شود. علاوه بر این، زباله سمی یا رادیواکتیو نیز تولید نمی کند [5-1]. امروزه، با در نظر گرفتن افزایش آلودگی محیط زیست و اتمسفر، کوشش های زیادی در راستای ارتقا سطح سیستم های تبدیل انرژی باد یا WECS بمنظور کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان و اعتبار و همچنین استحکام، صورت گرفته است [6]. 

نتیجه گیری

در این مقاله، مدل سازی و کنترل سیستم مبدل باد مبتنی بر DFIG تغذیه شده توسط مبدل ماتریس در نظر گرفته شد. در حقیقت کنترل جداگانه این توان ها اجازه تنظیم مشخصه توان نصب و در نتیجه رسیدن به یک عملکرد مطلوب را می دهد. مدل زنجیره تبدیل انرژی بادی گسترش داده شده است و تکنیک ردیابی حداکثر نقطه توان بمنظور فراهم کردن تمامی توان فعال تولید شده به شبکه با مشخصه توان واحد اعمال شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که توان فعال و غیر فعال انرژی باد کیفیت بالایی را ارائه می دهد (دارای کیفیت بالایی می باشد).

Abstract

Due to the growing of the power electronics, especial attention has been given to the use of new generation of power converters, AC/AC matrix converter to which provide a direct power converter AC/AC, bi-directional power flow, almost sinusoidal input and output waveform. In this paper, we present the performance study of a variable-speed wind turbine based on doubly fed induction generator fed by matrix converter using the maximum power point tracking method to extract the maximum power available. The whole system is presented in d-q-synchronous reference frame. The control scheme is tested and the performances are evaluated by simulation results. The simulation results obtained under MatLab/Simulink show the effectiveness and validity of the considered control.

Introduction

Starting from the principle of Lavoisier: Nothing is lost, nothing is created, everything is transformed. Energy is the motor of natural phenomena, it can be transformed from one form to another. Wind energy is one of the cleanest sources of energy because while producing electricity it does not generate any gas greenhouse effect, does not degrade air quality and does not pollute soils or water. Furthermore, it does not produce toxic or radioactive waste [1e5]. Nowadays, Owing to the increasing pollution of environment and atmosphere, huge efforts have been made in promoting the wind energy conversion systems WECS to reduce costs and increase reliability and robustness [6].

Conclusion

In this paper, the modeling and control of wind conversion system based on DFIG fed by matrix converter has been considered. The fact of the control of these powers separately permits to adjust the power factor of the installation and in consequence obtain better performance. The model of wind conversion chain is developed and the technique of maximum power point tracking has been applied to provide all of the active power generated to the grid with unity power factor. The simulation results showed that the active and reactive power of the wind energy present a high quality.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه یک ژنراتور القایی دو بار تغذیه با مبدل ماتریس: مورد سیستم تبدیل انرژی باد

Study of a double fed induction generator using matrix converter: Case of wind energy conversion system

کنترل پیش بینی کننده غیر خطی توربین بادی مبنی بر ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای بهینه سازی جذب توان

Nonlinear predictive control of a DFIG-based wind turbine for power capture optimization

چکیده
1 مقدمه
2 مدل سازی توربین های بادی
2.1 مدل سازی توربین بادی
2.2 مدل سازی ژنراتور
2.3 بهینه سازی ثبت توان
3. پیش بینی غیر خطی برای کنترل کننده توربین بادی
3.1 درگیری خروجی مجانب به صورت غیر خطی با کنترل کننده DFIG
3.2 کنترل کننده توربین بادی به صورت پیش بینی کننده
3.3 کنترل کننده سراسری
4 نتایج شبیه سازی ها
4.1 توصیف فرایند شبیه سازی
4.2 طراحی کنترل کننده DFIG
4.3 کنترل کننده ای متداول توربین های بادی
4.4 طراحی کنترل کننده MPC
4.5 مقایسه کنترل کننده های توربین بادی
4.6 توجیه عملکرد کنترل کننده پیش بینی کننده
5 جمع بندی
منابع

چکیده

یک کنترل کننده پیش بینی کننده غیر خطی در این مقاله برای توربین های بادی با سرعت های متغیر ارائه شده است. هدف این مقاله بهینه سازی کسب  توان الکتریکی و کاهش بارهای گذرا می باشد. این کنترل کننده تنها در حوزه هایی که سرعت باد در آن ها کم است، قابل استفاده می باشد. این کنترل کننده شامل یک کنترل کننده ژنراتور با تغذیه دوگانه می باشد که با یک کنترل کننده پیش بینی کننده برای توربین های بادی ترکیب شده است. بر خلاف اکثریت مقاله ها و کارهای تحقیقاتی انجام شده بر روی DFIG ها، کنترل کننده غیر خطی به صورت مستقیم با مدل ژنراتور کار می کند بدون این که هیچ گونه فرض ساده سازی برای آن در نظر گرفته شود. این موضوع باعث می شود که ما بتوانیم بعضی از فرضیات مرتبط با مدل های DFIG را کنار بگذاریم. این کنترل کننده DFIG غیر خطی می تواند گشتاور مجانبی و ردگیری شار را فراهم کند. برای قسمت بادی توربین، این کنترل کننده پیش بینی مدل از پیش بینی های خروجی استفاده می کند تا توالی های کنترل بهینه را محاسبه کند. این کنترل کننده نوعی تطابق بین بهینه سازی ثبت توان و کاهش بار را ایجاد می کند. طراحی این کنترل کننده ها در این مقاله به صورت دقیق توضیح داده شده است. کنترل کننده سراسری نیز با پارامتر های آزمایشی واقعی برای توربین های بادی با سرعت متغیر، مورد ارزیابی قرر گرفته است. این کنترل کننده ها با کنترل کننده های PID و LQG نیز مقایسه شده است. شبیه سازی ها در این مطالعه نشان دهنده نتایج رضایت بخش در مقایسه با همین طرح ها می باشد. کنترل کننده پیشنهاد شده می تواند بهینه سازی کسب توان بهتر و کاهش بار بیشتری را فراهم کند. ازین ما را قادر می سازد تا به اهداف طراحی بهتری دست پیدا کنیم

5 جمع بندی

یک کنترل کننده سراسری برای ژنراتور  و توربین بادی در این مقاله ارائه شده است. این کنترل کننده برای سرعت متغیر در توربین های بادی مجهز به ژنراتور DFIG مورد استفاده قرار می گیرد. این کنترل کننده متشکل از کنترل کننده غیر خطی برای کنترل کننده DFIG و MPC برای بهینه سازی ثبت توان می باشد. این کنترل کننده ها با استفاده از ساختار کنترل دو حلقه ای با ثابت های زمانی مناسب، به یکدیگر متصل می  شوند. این شبیه سازی ها نیز با پارامتر های توربین بادی واقعی و مشخصات سرعت بادی واقعی، تست شده است. آن ها نشان دهنده کارایی کنترل کننده ها از نظر بهینه سازی ثبت توان و کاهش بار کنترل می باشد. عملکرد خوب کنترل کننده ی پیش بینی کننده بر اساس تطبیق خوب طرح کنترل پیش بینی برای سیستم هایی مانند توربین های بادی، تایید شده است.  باد به عنوان یک اغتشاش با ورودی فیلتر شده در نظر گرفته می شود. رفتار پیش بینی کنترل کننده MPC امکان واکنش پیش از موعد از کنترل کننده را فراهم می کند که موجب کنترل روان یک سیستم لختی مانند توربین های بادی می شود. کنترل کننده پیش بینی کننده باعث شکل گیری یک تطابق خوب بین سادگی و کارایی می شود. کنترل کننده به صورت کلی در کار های آتی نیز در نظر گرفته می شود. این کار ها شامل حوزه کامل بار برای سرعت بالای باد می شود. این کار ها باید حالت گذار بین بهینه سازی ثبت توان و تنظیم توان را در نظر بگیرد.

Abstract

A nonlinear predictive controller is proposed for a variable speed wind turbine. The objective is power capture optimization and transient loads reduction. The controller acts only on low wind speed area. It consists of a doubly fed induction generator controller coupled with a model predictive aeroturbine controller. Unlike the majority of existing work on DFIG, the nonlinear controller deals directly with the generator model without any simplifying assumptions. This makes it possible to remove some assumptions on the DFIG model. The nonlinear DFIG controller achieves asymptotic torque and flux tracking. For the aeroturbine part, the model predictive controller uses predictions of the output to compute the optimal control sequence. It makes a compromise between power capture optimization and loads reduction. The controllers design procedure is detailed. The global controller is tested with the parameters of a real experimental variable speed wind turbine. It is compared with PID and LQG controllers. The simulations show satisfactory results in comparison with these schemes. The proposed controller achieves better power capture optimization and load reduction. It therefore allows a good achievement of the design objectives.

5 Conclusion

A global controller for both the generator and aeroturbine is proposed. It is applied for a variable speed wind turbine equipped with a DFIG generator. The controller is composed of a nonlinear controller for the DFIG and an MPC controller for the power capture optimization. The two controllers are interconnected using a two-loop control structure with suitable time constants. The simulations are made with the parameters of a real wind turbine and a realistic wind speed profile. They confirm the efficiency of the controller in terms of power capture optimization and control loads reduction. The good performance of the predictive controller are explained by the well adaptation of predictive control scheme for systems like wind turbines. The wind is considered as an filtered-input disturbance. The predictive behavior of the MPC controller allows a premature reaction of the controller for a smooth control of a inertial systems like wind turbine. The predictive controller achieves a good compromise between simplicity and efficiency. A whole controller is to be considered in future works. It will include full load area for high wind speed. It should also take into consideration the transition between power capture optimization and power regulation.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل پیش بینی کننده غیر خطی توربین بادی مبنی بر ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای بهینه سازی جذب توان

Nonlinear predictive control of a DFIG-based wind turbine for power capture optimization

مبدل گرمایی کارآمد انرژی برای سیستم های تهویه

Energy efficient heat exchanger for ventilation systems

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مبدل گرمایی کارآمد انرژی برای سیستم های تهویه

Energy efficient heat exchanger for ventilation systems

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

شبیه سازی مبدل های حرارتی و شبکه های مبدل حرارتی با جنبه اقتصادی

Simulation of heat exchangers and heat exchanger networks with an economic aspect

چکیده

1) مقدمه

فهرست علائم و اختصارات

2) مواد اولیه و روش کار

3) مشتق‌گیری ضریب اثربخشی نسبت به پارامترهای اقتصادی

۳-۱ مبدل‌های حرارتی با جریان موازی

۳-۲ مبدل‌های حرارتی با جریان مخالف

۳-۳ مبدل‌های حرارتی با جریان متقاطع

۳-۴ همه مبدل‌های حرارتی

4) مدل شبیه‌سازی اقتصادی

5) مطالعات موردی

۵-۱ محاسبات اقتصادی مبدل‌های حرارتی با جریان موازی، مخالف و متقاطع و همه مبدل‌های حرارتی

۵-۲ شبیه‌سازی اقتصادی شبکه مبدل حرارتی نمونه

6) نتیجه‌گیری

چکیده

در این مطالعه، روابط بین ضرایب اثربخشی (ε) و هزینه (ζ) بدست آمدند و برای نخستین بار، یک مدل شبیه‌سازی اقتصادی جهت شبیه‌سازی مبدل‌های حرارتی (HE) و شبکه‌های مبدل حرارتی (HEN) برای همه جریان‌ها ارائه شد. مقادیر ε مبدل‌های حرارتی با جریان موازی، جریان مخالف، جریان متقاطع و کلیه مبدل‌های حرارتی تحت شرایط Cr=0 برحسب پارامتر ζ، NTU (تعداد واحد انتقال) و حداقل ظرفیت‌های گرمایی (Cmin) بدست آمدند. مقادیر ε حاصل از محاسبات اقتصادی برای مدل شبیه‌سازی اقتصادی مبدل‌های حرارتی استفاده شدند. بردارها، از جمله دماهای خروجی و ورودی جریان‌ها، از شبیه‌سازی استاتیکی بدست آمدند تا در مدل شبیه‌سازی اقتصادی استفاده شوند. سپس، مطالعات موردی برای مبدل حرارتی با جریان مخالف انجام شد و مقادیر ε بطور تصادفی در شبکه مبدل حرارتی نمونه مشخص شدند. در آخر، پارامترهای مصرف (N)، هزینه (P) و صرفه‌جویی (E) همه مبدل‌های حرارتیِ درون شبکه به‌سادگی از طریق دستگاه معادلات خطی بدون هیچ فرآیند پیچیده‌، چرخه، نرم‌افزار یا سخت‌افزار خاصی براساس خواص جریان‌های سرد و گرم با بکارگیری مدل شبیه‌سازی اقتصادی محاسبه شدند.

6-  نتیجه‌گیری
در این مطالعه، روابط بین ضرایب اثربخشی و هزینه بدست آمد، و سپس برای شبیه‌سازی مبدل‌های حرارتی در همه جریان‌ها و پایش کمیت‌های صرفه‌جویی تأسیسات، مدل شبیه‌سازی اقتصادی تعریف شد. مقادیر E برای مبدل‌های با جریان موازی، مخالف و متقاطع و همه مبدل‌های حرارتی در شرایط Cr=0 برحسب پارامترهای ζ، NTU و Cmin بدست آمد. منحنی تغییرات e و ε در مقابل اختلاف دما در اشکال ۲ و ۳ آمده است. از مقدار ε حاصل از محاسبات اقتصادی برای شبیه‌سازی‌های اقتصادی مبدل‌های نمونه استفاده شد. در مبدل‌های با جریان متقاطع، زمانی که دمای خروجی‌شان معلوم بود، یعنی مقدار ε در محاسبات حرارت بدست آمده بود، معادله جواب ممکن داشت. ولی، در غیر این صورت، جواب تنها از تکرار بدست می‌آمد. با توجه به نتایجی که در اشکال ۲ و ۳ آمده، منحنی اختلاف e در مقابل اختلاف دما تقریباً با منحنی اختلاف ε در مقابل اختلاف دما یکی است. افزون بر این، e همواره با افزایش ε در نتیجه کاهش AR موردنیاز روندی صعودی دارد. بنابراین، پس از مشتق‌گیری کلیه روابط جریان‌ها، که برای اولین بار در معادلات (۳۵) و (۳۶) آمد، مدل شبیه‌سازی اقتصادی برای مبدل‌های متعارف ارائه شد. این مدل برای سه نوع جریان استفاده شد و خلاصه نتایج در جدول ۴ آمد.

Abstract

Relations between effectiveness (ε) and expense coefficients (ζ) were derived, and an economic simulation model was developed to simulate heat exchangers (HE) and HE networks (HEN) in all flow types for the first time. ε values of parallel flow, counter flow, cross flow and all HEs under the condition of Cr = 0 were derived in terms of ζ, NTU (Number of Transfer Unit) and minimum heat capacities (Cmin). ε values obtained from economic calculations were used for developing economic simulation model of HEs. Vectors including outlet temperatures and inlet temperatures of flows were obtained from static simulation to utilize in economic simulation model. Then, case studies were performed with counter flow HE and ε values randomly determined in a sample HEN. Use (N), expense (P) and savings (E) of all HEs in a HEN were calculated easily by the way of linear equation systems without any complex processes, iterations, software and special hardware, in terms of both cold and hot flows properties by using economic simulation model.

6- Conclusion

Relations between effectiveness and expense coefficients were derived, and then an economic simulation model was prepared to simulate the HEs in all flow types and monitor the savings in a facility. Ε value of parallel flow, counter flow, cross flow and all heat exchangers in the condition of Cr=0 were derived in terms of f, NTU and Cmin. Variation of e and e versus temperature difference were given in way of curves in Figs. 2 and 3. e obtained from economic calculations were used in economic simulations of sample HEs. In cross flow heat exchangers, when the outlet temperature of the HE is known, namely the e is calculated respect to the thermal calculations, solution is possible, otherwise solution is possible only with iterations. Considering the results in Figs. 2 and 3, difference of e versus temperature difference was almost identical with difference of e versus temperature. In addition, e is always in an increase with increase of e because of the decrease in required AR. Thus, a common heat exchanger economic simulation model was developed after the derivation of all relations of all flow types as given in Eq. (35) and Eq. (36) for the first time. For the three flow types, economic simulation model was run, and results were summarized in Table 4.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

شبیه سازی مبدل های حرارتی و شبکه های مبدل حرارتی با جنبه اقتصادی

Simulation of heat exchangers and heat exchanger networks with an economic aspect

مطالعه مقایسه ای سه نوع کنترل کننده برای DFIG در سیستم تبدیل انرژی باد

Comparative study of three types of controllers for DFIG in wind energy conversion systemD

چکیده
1 مقدمه
2 استراتژی کنترل مد لغزشی
2.1 کنترل مد لغزشی مرتبه اول
2.2 کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
3 توصیف سیستم
4 کنترل توربین
4.1 برآورد گشتاور
4.2 کنترل گشتاور آیرودینامیکی
5 کنترل GFIG
5.1 کنترل کننده PI
5.2 کنترل مد لغزشی
5.3 کنترل مد لغزشی مرتبه دوم
6 نتایج شبیه سازی و بحث
6 نتیجه
اختصارات
منابع

چکیده

این مقاله، یک استراتژی کنترل پیشرفته را برای سیستم تبدیل انرژی باد  (WECS) با استفاده از ژنراتور القایی با تغذیه دوسویه (DFIG) ارائه می‌دهد. کنترل قوی مد لغزشی فراپیچشی (SWT) برای توربین بادی متغیر سرعت، به منظور تولید گشتاور آیرودینامیکی مطلوب و بهبود عملکرد دینامیکی WECS طراحی شده است. گشتاور الکترومغناطیسی  DFIG به طور مستقیم با استفاده از کنترل پیشنهادی برای دستیابی به بهره برداری از حداکثر توان دنبال می‌شود. عملکرد و کارایی استراتژی کنترل STW، با مد لغزشی عادی (SM) و کنترل کننده‌های تناسبی-انتگرالی (PI) مورد مقایسه قرار می‌گیرند. الگوریتم پیشنهادی STW ویژگیهای جالبی را از لحاظ کاهش چترینگ، زمان همگرایی محدود و پایداری در برابر تغییر پارامترها و اختلالات سیستم نشان می‌دهد.

1 مقدمه

در طی دهه گذشته، انرژی باد جایگاه بسیار مهمی را در زمینه تولید انرژی الکتریکی اتخاذ کرده است. این نوع منبع انرژی به علت افزایش جهانی تقاضا برای برق و روندهای تولید منابع انرژی تجدید پذیر و غیر آلاینده در جهان توسعه یافته است  (1). در واقع، در سیستم تبدیل انرژی باد  (WECS) حداکثر قدرت باد هنگامی به دست می‌آید که نسبت سرعت-نوک توربین با مقدار مطلوبی برای الگوهای مختلف سرعت باد حفظ شود (2). بنابراین، لازم است که استراتژیهای پیشرفته‌تری برای کنترلWECS  توسعه یابند. برای این منظور، چندین روش کنترل مانند کنترل بردار برای تولید انرژی باد طراحی و اجرا شده است که بر اساس بردار شارگرا  و ولتاژگرا با استفاده از قاب چرخشی  d-q برای جدا سازی توان اکتیو و راکتیو  می‌باشد (3،4). در واقع، این استراتژی نسبت به تغییر پارامترهای سیستم از جمله تغییرات القایی و مقاومت حساس است. برای غلبه بر این مسئله، کنترل مستقیم گشتاور (DTC) توسط (5،6) برای کنترل مستقیم گشتاور ژنراتور و جریان استاتور با استفاده از جدول مراجعه از پیش تعیین شده بر اساس برآورد شار استاتور و گشتاور الکترومغناطیسی معرفی شده است. کنترل توان مستقیم (DPC) پیشنهادی در (7) از همان مفهوم روش DTC استفاده کرده است. استراتژی کنترل DPC بر مبنای تفکیک و کنترل مستقیم توان اکتیو و راکتیو است (8). در واقع، رفتارهای غیر خطی قطعات مکانیکی و الکتریکی  WECS، و همچنین تغییر پارامترهای الکترومکانیکی، مشکلات مهمی را نشان می‌دهند (9). علاوه بر این، توربین بادی  (WT) تحت تغییرات بالای سرعت باد کار می‌کند، که موجب می‌شود کنترل آن به یک چالش جدی تبدیل شود (10). در نتیجه، تکنیک‌های متعدد کنترل غیرخطی از جمله منطق فازی (11)، شبکه‌های عصبی (12)، و کنترل مد لغزشی مرتبه بالا (13) در مقالات برای WT مطرح شده است.

Abstract

This paper presents an enhanced control strategy for Wind Energy Conversion System (WECS) using Doubly-Fed Induction Generator (DFIG). A robust Super-Twisting (STW) sliding mode control for variable speed wind turbine is developed to produce the optimal aerodynamic torque and improve the dynamic performance of the WECS. The electromagnetic torque of the DFIG is directly tracked using the proposed control to achieve maximum power extraction. The performance and the effectiveness of the STW control strategy are compared to conventional Sliding Mode (SM) and Proportional-Integral (PI) controllers. The proposed STW algorithm shows interesting features in terms of chattering reduction, finite convergence time and robustness against parameters variations and system disturbances.

1 Introduction

Over the last decade, wind energy has taken an increasingly important place in the field of electric energy generation. This kind of energy source is developed due to the global growing of electricity demand and the trend towards renewable and non-polluting energy sources in the world [1]. Indeed, in wind energy conversion system (WECS), the maximum wind power could be extracted when the tip-speed-ratio of the turbine is maintained at its optimum value for different wind speed patterns [2]. Thus, it is necessary to develop more advanced control strategies for WECS. To this end, several control methods have been designed and implemented for wind energy generation such as, vector control which is based on voltage and flux oriented vector using the d-q rotating frame to decouple the active and reactive power, [3, 4]. In fact, this strategy is sensible to parameters variations of the system such as resistance and inductance variations. To overcome this problem, direct torque control (DTC) has been introduced by [5, 6] to directly control generator torque and stator flux using a predefined lookup table based on the estimation of the stator flux and electromagnetic torque. Direct power control (DPC) proposed in [7], has used the same concept of the DTC method. DPC control strategy is based on decoupling and direct control of reactive and active power [8]. In fact, the non-linear behaviors of mechanical and electrical parts of WECS as well as variations of electromechanical parameters represent crucial problems [9]. In addition, wind turbine (WT) works under high wind speed variations, which makes its control a serious challenge [10]. As result, several nonlinear control techniques have been developed in the literature for WT, such as fuzzy logic [11], neural networks [12], and high-order sliding mode control [13].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه مقایسه ای سه نوع کنترل کننده برای DFIG در سیستم تبدیل انرژی باد

Comparative study of three types of controllers for DFIG in wind energy conversion systemD