تحقیق درباره عملکرد مبدل های منبع هیبریدی نیمه امپدانس تغذیه شده با فتوولتائیک خورشیدی

Investigation on performance of solar photovoltaic fed hybrid semi impedance source converters

چکیده
1 مقدمه
2 سیستم های موجود
3 سیستم پیشنهاد شده
4 شبیه سازی و نتایج تجربی
5 نتیجه گیری
منابع

چکیده
ولتاژ خروجی صفحه فتوولتاییک خورشیدی معمولاً خیلی پایین است؛ مقدار این ولتاژ تحت تأثیر محیط و شرایط جوی، تا حد زیادی متغیر است. دراین مقاله ترکیب هر سیستم قدرت و خروجی مبدل های dc-dc را توسط نوعی ولتاژ ورودی افزایش یافته، تنظیم می کنیم. ساختار مبدل dc-dc برای سیستم های قدرت فتوولتاییک نیز خیلی مهم است. تکنولوژی های مختلف افزایش ولتاژ – همچون مدار یکسو کننده – در حقیقت به طور کامل آزمایش شده اند و موفق شده اند که «اندوکتانس، ظرفیت تغییر، اندوکتانس جفت شده، تطبیق امپدانس، و تکنولوژی های افزایش افزایش مارپیچی» را تغییر دهند. البته این فرآیندها هم دقت ضعیف تر و هم هزینه بالاتری دارند. اثربخشی مبدل منبع نیمه امپدانس هیبرید، بالاتر است.

2- سیستم های موجود
در سیستم های موجود، اینورتر منبع امپدانس میتواند از یک حالت راه به در استفاده کند که از طریق اینورترهای منبع ولتاژ متعارف برای افزایش ولتاژ، مجاز نخواهد بود. به منظور دسترسی پیدا کردن، توان تبدیل ولتاژ باک نیز حفظ میشود. اینورتر منبع امپدانس به علت قابلیت مدوله سازی باک-بوست خود، بسرعت به یک موضوع تحقیقاتی داغ تبدیل شده است. با این حال توپولوژی پیشنهاد شده اولیه با مزایای بالا، همیشه معایبی نیز دارد که عبارتند از: توان فعال متناوب، ولتاژ نیروی بالا، و همچنین فاکتور بهره کوچک. در حقیقت نه امپدانس منبع و نه پل شارژر باتری دارای یک اتصال به زمین مشترک نیستند [8]. عملکردهای انتقال منبع تقویت جدید در بررسی های مختلفی معرفی شدند تا محدودیت های اینورتر منبع امپدانس اصلی را رفع نمایند. از بین این شبکه های بزرگ منبع امپدانس اصلاح شده، شبکه منبع نیمه امپدانس، یک راه حل ساده و آسان است.

2-1 معایب سیستم های موجود
ولتاژ بالا
فشار و فاکتور بوست حداقل
کارایی ضعیف
نمودار بلوکی برای سیستم موجود

3- سیستم پیشنهاد شده
سه ترکیب اضافی از مبدل های dc-dc منبع امپدانس نیز به شیوه ای توصیف شده اند که جدیدترین گونه مبدل منبع امپدانس نوظهور را نشان میدهند. در مبدل های dc-dc، ترکیب شبکه های منبع امپدانس افزایش یافت تا مزایای متعارف شبکه های منبع امپدانس ولتاژ بزرگتر محقق گردند [9,10].

3-1 نمودار مدار برای سیستم پیشنهاد شده
شکل ارائه شده ترکیب دو مبدل منبع شبه z را نشان میدهد. مبدل منبع شبه z اول توسط دیود D1، القاگرهای L1 و L2، و خازن های C1 و C2 تشکیل می گردد . مبدل منبع شبه z دوم توسط دیوید D3، القاگرهای L3 و L4، و خازن های C5 و C6 تشکیل میگردد.

بهینه سازی سیستم های سودمند سایت برای یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر

Optimization of site utility systems for renewable energy integration

چکیده
1 مقدمه
2 مدل بندی و شبیه سازی سیستم های قدرت در زمینه یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
3 بهینه سازی فرایند سیستم های قدرت سایت صنعتی
4 مطالعه موردی
5 نتیجه گیری
منابع

چکیده

همان طور که می دانیم در راستای خنثی سازی انتشار کربن توجه زیادی به تامین انرژی الکتریکی از طریق منابع انرژی تجدید پذیر، اختصاص داده شده است. ما در صورتی که بخواهیم استراتژی های عملیاتی بهینه برای یکپارچه سازی منابع انرژی الکتریکی در سیستم های قدرت متعارف را شناسایی و تاثیرات تکنولوژیکی-اقتصادی استفاده از انرژی تجدید پذیر بر روی مدیریت انرژی صنعتی را درک کنیم، به یک رویکرد سیستماتیک و یکپارچه نیاز خواهیم داشت. ما به دنبال مدل بندی سیستم های تاسیسات قدرت صنعتی هستیم که انرژی تجدیدپذیر در آنها یکپارچه سازی شده است. در ادامه این مدل بندی را به منظور بررسی بده بستان اقتصادی بین سرمایه گذاری ثابت، مصرف سوخت، تولید برق و مالیات انتشار کربن، بهینه سازی می کنیم. حساسیت پارامترهای کلیدی طراحی با کمک چارچوب بهینه سازی ارزیابی میشود که به ما اجازه می دهد درک مفهومی بهتری در مورد اثر اقتصادی مالیات کربن و قیمت انرژی تجدیرپذیر بر روی مدیریت توان و حرارت در سطح ناحیه صنعتی، به دست آوریم. در مقایسه با سیستم های قدرتی که صرفا بر اساس احتراق سوخت های فسیلی عمل می کنند، یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در مطالعه موردی نشان داد که از طریق تزریق استراتژیک 20 مگاوات توان الکتریکی تجدیدپذیر به سیستم قدرت متعارف می توانیم تقریبا 14 درصد در هزینه عملیاتی و 9 درصد در هزینه سرمایه، صرفه جویی داشته باشیم. مطالعات موردی ارائه شده به طور کامل اثرات اقتصادی مرتبط با پیاده سازی توان الکتریکی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت صنعتی را نمایش میدهند و همچنین مزیت بهینه سازی فرایند ادغام شده برای یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در عمل را تایید میکنند.

2 مدل بندی و شبیه سازی سیستم های قدرت در زمینه یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
با توجه به آنکه ما به دنبال بهبود عملکرد زیست محیطی سیستم های قدرت مبتنی بر سوخت فسیلی هستیم، در این مطالعه تلاش می کنیم سعی می کنیم تاثیرات تکنولوژیکی-اقتصادی مالیات انتشار کربن و یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت متعارف مبتنی بر سوخت فسیلی را درک کنیم.بر این اساس می توان راهنمای عملی برای طراحی و عملیات سیستم های قدرت در آینده ارائه کرد.مطالعه انجام شده در این مقاله از رویه توصیف شده در شکل 1 پیروی می کند.

2 پایه طراحی برای مدل بندی فرایند
سیستم قدرت در نظر گرفته شده در این مطالعه مبتنی بر کار آقای واربانوف (Varbanov) و همکاران او است که در آن زغال سنگ، نفت کوره و گاز طبیعی برای تولید بخار و توان الکتریکی سوزانده می شوند [7].دلیل انتخاب مطالعه موردی واربانوف این بود که در سیستم قدرت آنها سه نوع سوخت فسیلی با ضرایب انتشار کربن متفاوت، مصرف می شوند.این سیستم گزینش شده به ما اجازه می دهد که به طور موثر یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر برای سیستم های قدرت صنعتی را ارزیابی کنیم.

سیستم قدرت شامل دو دیگ بخار و یک توربین گازی ادغام شده با یک مولد بخار بازیافت حرارت (HRSC) است که برای تولید کردن بخار فشار بسیار بالا (VHP) و تامین 68 مگاوات توان الکتریکی مورد نیاز در سایت صنعتی، مورد استفاده قرار می گیرند.چهار هدر بخار در دسترس هستند.بخار فشار بسیار بالا (VHP) با سطح فشار 101 بار (Bar) از سیستم آب تغذیه دیگ بخار (BFW) تولید شده است که در داخل آن یک دیگ زغال سنگی و همچنین یک دیگ نفت کوره وجود دارد. این سیستم در شکل 2 به نمایش گذاشته شده است.فرض می شود که فشار بخار پایین (LP) بعد از منبسط شدن در داخل توربین در فشار 0.5 بار (Bar) منقبض خواهد شد و در نهایت میعانات بخار به داخل سیستم BFW بازگردانده می شود.مدل بندی فرایندی سیستم های قدرت در محیط یونی سیم (UNISIM@) اجرا شده اند.

پارامترهای کلیدی موثر بر توسعه انرژی بادی ساحلی: مطالعه موردی از منطقه دریای شمال آلمان

Key factors influencing onshore wind energy development: A case study from the German North Sea region

چکیده

1- مقدمه

2- روش ها

3- نتایج

4- بحث و گفتمان

منابع

چکیده

     هدف از انجام این مقاله شناسایی عوامل تسهیل کننده و بازدارنده برای توسعه ی انرژی بادی ساحلی نزدیک مناطق طبیعی حفاظت شده، به ویژه در منطقه ی منطقه ی وادن زا در Lower Saxony است. یک رویکرد تحقیقات کاربردی برای ایجاد ارتباط بین جنبه های فردی فناوری انرژی بادی و ایجاد یک دیدگاه میان رشته ای در خصوص بسط و گسترش انرژی بادی بکار گرفته شد. در همین راستا، عوامل تسهیل کننده و بازدارنده ی مربوطه شناسایی شده و سپس توسط گروهی از کارشناسان دانشگاهی تأیید شدند. عوامل اصلی در چارچوبی از نقاط قوت، نقاط ضعف، فرصت ها و تهدید ها گروه بندی شدند. در مرحله ی بعد، نمونه ای از کارشناسان در بخش انرژی بادی اهمیت نسبی عوامل و فاکتورهای کلیدی را را با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی را بررسی کردند. نتایج نشان می دهند که فاکتورها و عواملی که بسط و گسترش انرژی بادی را به صورت مثبت تحت تأثیر قرار می دهند از عوامل بازدارنده بیشتر می باشند. نیروی برق حاصل از باد احتمالا از فرصت هایی مثل تغییر آب و هوا واز نقاط قوت مختص به صنعت، برای نمونه رقابت پذیری باد در بازار برق آلمان بهره می برد. موانع و عدم قطعیت هایی که توسعه ی این بخش را تحت تأثیر قرار می دهند به قوانین سختگیرانه محاظت زیست محیطی و فرصت های فضایی محدود برای پروژه های جدید مربوط می شوند. نهایتا، استراتژی های سیاست گذاری و خط مشی اولیه تدوین شدند که درصدد پرورش نقاط قوت و فرصت های توسعه ی انرژی بادی و کاهش نقاط ضعف و تهدیدها هستند.

نقش انرژی بادی در انتقال انرژی آلمان
     تغییر و تحول انرژی پایدار آلمان با معرفی قانون انرژی تجدیدپذیر در سال 2000 به طور قابل ملاحظه ای پیشرفت کرده است و ارائه ی 20 ساله ی تعرفه های خوراکی جذاب رشد انرژی بادی و خورشیدی را به طور مثبت تحت تأثیر قرار داده است (آننرستال، 2017). این قانون مطابق با اساسنامه مقرر می کند که کل برق تولیدی و مصرفی آلمان باید تا سال 2050 از لحاظ گاز گلخانه ای خنثی باشد (EEG، 2021)، که بدین ترتیب تقاضا این است که 65% از برق مصرفی در 2030 از طریق منابع انرژی تأمین می شود. مطابق با جامعه ی فراونهوفر، انرژی های تجدیدپذیر 50.9% ترکیب برق در سال 2020 را تشکیل می دهند (نمودارهای انرژی، 2021). برای نخستین بار، منابع انرژی بادی، خورشیدی و سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از انرژی سوخت فسیلی پیشی گرفته اند (گزارش استورم، 2021). در 27%، انرژی بادی بیشترین سهم را در انرژی سبز دارد، که بیشتر از یک چهارم کل برق آلمان را در سال 2020 تولید کرد. تا پایان سال 2020، 31109 توربین بادی نصب شده در آلمان وجود دارند که تقریبا سه برابر بیشتر از سال 2000 بود (باندسریجرانگ، 2021). با توجه به شرایط باد که از لحاظ طبیعی مطلوب تر هستند، اکثر پارک های (نیروگاه های) بادی در منطقه ی شمالی آلمان واقع شده اند (جانگ و همکاران، 2018). منطقه ی Lower Saxony تا به امروز بزرگترین سهم را با 6352 توربین بادی نصب شده دارد (استاتیستا، 2021). هرچند سهم انرژی بادی در کل سبد جریان برق سالانه در حال رشد است، بسط و گسترش سالانه ی انرژی بادی آلمان از لحاظ توربین های نهایی تازه ساز ارقامی که خیلی معقول و مطلوب نیستند را منعکس می کند. رشد سالانه ی توربین های بادی از سال 2017، سالی که فرآیندهای مناقصه عرضه شدند، به شکل چشمگیری کاهش یافته است. یک طرح مناقطه مکانیزمی رقابتی است که با آن مقامات مسئول ظرفیت نصب نیروگاه های بادی موجود برای پیشنهاد مزایده را از طریق کسب و کارهای انرژی بادی به اطلاع عموم می رسانند (باندسنتزاگنتور، 2021). مطابق با بادگیر دویچه (2020)، 75% توربین کمتر در سال 2020 در مقایسه با 2017 به شبکه متصل بودند. این کاهش شدید توسعه هدف بلند مدت محافظت از اقلیم و آب و هوا را تهدید می کند (گوآن، 2020) و لذا مستلزم ارزیابی عمیقتر عواملی است که مانع توسعه و گسترش انرژی بادی و تسهیل آن می شوند.

     ادبیات تحقیقی علمی با توجه به بسط انرژی بادی به عنوان یک محرک ضروری انتقال انرژی (Energiewende) گسترده می باشد. می توان آن را به عنوان یک موضوع تحقیقاتی بسیار بحث برانگیز و چندرشته ای مشخص کرد. محققان در حوزه ی انرژی باد ساحلی را به عنوان یک منبع انرژی سبز نویدبخش درنظر می گیرند که از لحاظ هزینه های تولید مستقیما با سوخت های فسیلی رقابت می کند (ماسوروفسکی و همکاران، 2016؛ کروننبروک و هنکه، 2020). با این حال، همانطور که در ادامه صحبت شده، چالش های متعددی وجود دارند که کماکان باید رفع شوند. درنتیجه، کارشناسان از رشته های علمی مختلف عزم خود را جزم کرده اند تا حوزه های مشخص و پارامترهای توسعه ی انرژی بادی ساحلی در کشورهای غربی را بررسی کنند. به طور کلی، سه کانون توجه تحقیقاتی را می توان نام گذاری کرد که مجموعه ی گسترده ای از پتانسیل ها و چالش های مرتبط با مورد آلمان را پوشش می دهند.

مجموعه ای از سلول های خورشیدی ریز چند پیوندی متصل شده توسط جوهرهای رسانا

Array of micro multijunction solar cells interconnected by conductive inks

چکیده

1. مقدمه

2. روش اتصال داخلی مستقیم چاپ جوهر نقره

3. نمونه اولیه با برد کامل

4. نتیجه گیری

منابع

چکیده

     فتوولتائیک ریز متمرکز (CPV میکرو) شامل کاهش اندازه مولفه های فناوری فتوولتائیک متمرکز معمولی (CPV) است که به همان اندازه بهره وری زیادی ایجاد می کند و هزینه های مواد و هزینه های تولید را کاهش می دهد. ما در این مقاله بر پیاده سازی روش های تولید با توان بالا برای اتصال داخلی سلول های خورشیدی تمرکز می کنیم. هدف این است که اتصال داخلی ناحیه بزرگی از هزاران سلول میکروسل با هزینه کم 3 یورو/مترمربع را فعال کنیم. اولین نمونه تولید می شود، چند سلول خورشیدی 1 〖mm〗^2 از طریق چاپ مستقیم بر روی پد های تماس جلویی به هم متصل می شوند. این نتیجه یک لایه شیشه ای با اندازه 190 × 145〖mm〗^2 است که یک مدار کاملا چاپ شده 12 سطر را به هم متصل می کند که هر سطر شامل 11 سلول خورشیدی چند پیوندی به صورت موازی است. عامل پرشدگی (FF) برد کامل 76% در 214 سان است.

روش اتصال داخلی مستقیم چاپ جوهر نقره
     روش پیشنهادی اتصال داخلی چاپ مستقیم (DPIM) از دو ماده برای اتصال جلویی استفاده می کند، یک دی الکتریک اپوکسی برای عایق جانبی سلول خورشیدی برای جلوگیری از شارش کوتاه و جوهر نقره رسانا که بر روی پدهای اتصال جلویی سلول های خورشیدی چاپ می شود تا بر روی صفحه شیشه ردیابی شود. یک شماتیک از این رویکرد در شکل 2 نشان داده می شود.
برای DPIM سلول های خورشیدی، مرحله به مرحله به صورت زیر خواهد بود:

1- چاپ اسکرین اتصال داخلی بر روی برد شیشه ای ردیابی می شود و در دماهای کمتر از 100 درجه سانتی گراد حرارت داده می شود
2- گذاشتن و برداشتن سلول های خورشیدی و لحیم کاری فرونشینی برای تماس الکتریکی و چسبندگی
3- چاپ سرنگ دی الکتریک در اطراف سلول های خورشیدی برای عایق الکتریکی سلول خورشیدی جانبی و حرارت دهی نور ماورابنفش دی الکتریک. این مرحله در صورتی قابل حذف خواهد بود که مهره ها به صورت الکتریکی عایق شوند
4- چاپ اسکرین لایه اتصال داخلی نهایی با جوهر نقره اپوکسی و افزایش دما

     همانطور که مشاهده شد، این روش تنها شامل چند مرحله بدون استفاده از هیچ مولفه اضافی است، اما شامل زیرلایه واضح، سلول های خورشیدی و جوهر ها می شود. در صورتی از مرحله 3 اجتناب می شود که عایق جانبی مهره ها در طول تولید سلول ها حاصل شود، این فرایند حتی با تجهیزات کمتر ضروری ساده سازی می شود.چالش های مربوط به DPIM اولین هستند، عایق موفق جانبی سلول خورشیدی؛ و دوم تراز کامل اسکرین با صفحه سلول خورشیدی. ناحیه پدهای تماس اختصاص یافته تنها 100×100 〖μm〗^2 است که منجر به تلرانس بسیار سخت برای چاپ اسکرین 20 μm می شود. این تلرانس برای تضمین یک تماس اهرمی خوب بین جوهر نقره و پدها و برای اجتناب از هاشورزنی بسیار زیاد ناحیه فعال سلول خورشیدی قابل پذیرش است. چاپ اسکرین در مقیاس بزرگ امکان خط هایی با عرض 70 μm را فراهم می کند [17]. این روش هنوز هم برای دستگاه های کوچکتر با ضلع بیش از 500 μm (پدهای 50 μm) با طرح فلزپوشانی جلویی مشابه اما با اتلاف سایه زنی زیاد قابل اجرا است. تغییر این طرح برای یک ناحیه اتصال واحد بعنوان مثال یک باس بار بزرگتر قابل اجرا است. اگر به استفاده از سلول های خورشیدی کوچکتر <500 میکرومترنیاز باشد، اجرای چاپ اسکرین دشوار خواهد بود. آیا یک فناوری چاپ دقیق تر باید استفاده شود [17]، یا طرح متالیک جلویی سلول خورشیدی باید ناحیه ضروری برای DPIM [16] را با پذیرش کاهش ناحیه فعال رها کند.

مصرف انرژی های تجدیدپذیر و تجارت بین المللی

Renewable-energy consumption and international trade

چکیده

1 مقدمه

2 مروری بر مقالات

3 داده ها و استراتژی تجربی

4 نتایج تجربی

5 نتیجه گیری

منابع

چکیده

     این مقاله، پیامدها و بازتابهای حاصل از وابستگی تجارت بین‌ المللی یک کشور به استفاده از انرژی تجدیدپذیر را در کل مصرف انرژی مورد بررسی قرار می دهد. ما با استفاده از داده ‌های 152 کشور طی سالهای 1990 تا 2014، به برآورد معادله جاذبه معاملات دوطرفه می پردازیم تا بتوانیم نقش استفاده از انرژی تجدید پذیر در تجارت بین ‌المللی را ارزیابی کنیم. در عین حال، مشاهده کردیم که 1% افزایش در استفاده از انرژی تجدیدپذیر نسبت به کل انرژی، به طور میانگین منجر به 1.026٪ کاهش در صادرات و 0.39٪ افزایش در واردات می شود که این امر حاکی از این است که استفاده از انرژی تجدید پذیر موجب کاهش رقابت در تجارت می شود. این نتیجه تا حدودی به دلیل پیامدهای هزینه ناشی از استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر است. با این وجود، ما نیز ناهمگونیهایی را در این رابطه مشاهده کردیم. در حالیکه افزایش استفاده از انرژی تجدیدپذیر در کشورهای سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD) با افزایش صادرات همراه است، اما در کشورهای غیر OECD موجب کاهش صادرات می شود.

مروری بر مقالات
     مقالات و تحقیقات مرتبط با این مطالعه، بر دو بخش هستند که یکی به اثر مثبت استفاده از انرژی تجدیدپذیر بر محیط زیست مربوط می شود. و بخش دوم با استفاده از متدولوژی آماری تحلیل جاذبه به برآورد هزینه های احتمالی مصرف انرژی تجدیدپذیر می پردازد.
معضلات مرتبط با مصرف انرژی فسیلی، فاکتور اصلی فعالیتهای زیست محیطی و ایجاد یک رژیم تغییرات اقلیمی جهانی ارائه شده توسط پروتکل Kyoto و سایر قراردادهای تغییرات اقلیمی از جمله قرارداد پاریس امضا شده در سال 2016 و توافقنامه Glasgow در سال 2021 (COP26) برای مدیریت انتشار گازهای گلخانه ای می باشد (Chakravorty و همکاران، 2006).
طرفداران مصرف انرژی تجدیدپذیر بر این باورند که افزایش جایگزینی انرژی ناپاک با منابع انرژی فاقد کربن، منجر به تسریع تحول به سوی اقتصاد سبز می شود و اینکه با توجه به چالشهای بوجود آمده با آلاینده های جوی که آسیب فاجعه باری را در پی دارند، این جایگزینی نمی تواند در زمان بهتری صورت گیرد (Parikh و Parikh ، 1977؛ Amigues و Moreaux ، 2019).

     مقالات و تحقیقات، عوامل زیادی را در رابطه با پذیرش ضعیف منابع انرژی تجدیدپذیر به رغم دستاوردهای اقتصادی کلان آن (Nesta و همکاران، 2014) معرفی کرده اند که از این میان می توان به تقاضای کم، تولید در مقیاس کوچک و هزینه بالای سرمایه اشاره کرد که همگی از عواملی هستند که قیمت واحد تولید انرژی تجدیدپذیر را افزایش می دهند. محققانی که سوق یافتن به سمت اقتصاد فاقد کربن را بررسی کرده اند دریافتند که افزایش بهره وری ناشی از استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر بدون هزینه حاصل نمی شود. با این حال، با توجه به آسیبهای فاجعه بار ناشی از آلودگی هوا در اثر تغییرات آب و هوا، شواهد تجربی بر نیاز مبرم کشورها به پذیرش فن آوریهایی که از انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند، تاکید دارند (Bento و همکاران، 2018؛ Amigues و Moreaux ، 2019). Parikh و همکاران (2002) بر آسیب پذیری کشورهای در حال توسعه نسبت به تغییرات آب و هوا و لزوم سیاستهای اقتصادی در خصوص پایداری زیست محیطی در این کشورها، تاکید کرده اند. آنها همچنین دریافتند که روابط جایگزینی قابل توجهی که بطور معمول با تغییر و استفاده از منابع انرژی پاک تر همراه هستند می توانند از طریق کاهش آسیب پذیری در برابر تغییرات آب و هوایی، سطح توسعه اقتصادی، و قابلیت سازگاری و یا کاهش اثرات نامساعد تغییرات آب و هوایی اهمیت بیشتری پیدا کنند. این بررسیها در رابطه با چگونگی تاثیر تغییرات آب و هوا بر توسعه، برای تدوین استراتژیهای سودآور برای واکنش نسبت به تغییرات آب و هوا در کشورهای در حال توسعه بسیار مهم هستند.

بررسی تولید بیوالکتریسیته با استفاده از سلول سوختی میکروبی

Bioelectricity Production Using Microbial Fuel Cell–a Review

چکیده

1 مقدمه

2 انواع سلول های سوخت میکروبی و الکتریسیته تولید شده

3 انواع کاتالیزگرهای مورد استفاده

4 موارد استفاده ی پیل های سوخت میکروبی

5 مسیرهای آینده

6 نتیجه گیری

منابع

چکیده

     این مقاله روش های مختلف تولید نیروی الکتریکی با استفاده از میکروارگانیسم ها در پیل های سوخت میکروبی (MFC) را به طور خلاصه بیان می کند. در دهه گذشته، پیل های سوخت میکروبی به دلیل توانایی تبدیل پسماند آلی به جریان الکتریکی به کمک میکروارگانیسم ها، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کردند. آن ها به عنوان منبع عظیمی از انرژی تجدید پذیر درحال توسعه اند. این دستگاه از بخش های کاتد، آند و یک غشای جداکننده بهره می برد. به طور موثر می توان از آن برای تولید برق و تصفیه فاضلاب استفاده کرد. سلول های الکترولیز میکروبی (MEC) یک نوع پیل سوخت میکروبی هستند که برای تولید سوخت هیدروژن از مواد زیستی مختلف نیز استفاده می شوند. به طور کلی عملکرد پیل سوخت میکروبی به ماهیت میکروارگانیسم ها، الکترودهای انتخابی و غشای جداکننده ی مورد استفاده بستگی دارد. از پیل های سوخت میکروبی به عنوان منبع انرژی پایدار و متناوب برای کاهش آلودگی های صنعتی استفاده می شود. در این مطالعه مروری به شرح مفصلی پیرامون پیل های سوخت میکروبی و روش های مختلف تولید الکتریسیته زیستی و هیدروژن از تصفیه فاضلاب پرداخته شده است.

2- انواع سلول های سوخت میکروبی و الکتریسیته تولید شده

2-1 سلول سوخت میکروبی تک محفظه ای

     سلول سوخت میکروبی تک حفره ای از یک کاتد هوایی و یک آند، با یا بدون غشای جداکننده تشکیل شده است (شکل 1). اگر غشای جداکننده وجود داشته باشد معمولا به کاتد متصل می شود (21). در سلول سوخت میکروبی تک حفره ای به دلیل اکسیداسیون مواد آلی توسط میکروارگانیسم ها، الکترون ها و پروتون های موجود در آند توسط PEM یا چرخه خارجی به کاتد منتقل می شوند (22). عملکرد کاتد، حداکثر نیروی برق تولیدی توسط سلول های سوخت میکروبی دارای کاتد هوایی را تحت تاثیر قرار داد. در این نوع، به دلیل این که در محیط خنثی واکنش اکسایش-کاهش ضعیف است، کاتد نقش مهمی ایفا می کند (6). گزارش شده است که کاتدهای هوایی استفاده شده در سلول های سوخت میکروبی تک حفره ای حجم مایع اندکی دارند (23) و با استفاده از کاتدهای هوایی کوچک، به دلیل تفاوت در فاصله الکترود، ماهیت PEM و ماهیت ماده تلقیحی، بعضی تاثیرات برروی خروجی نیرو نشان داده شد (24،25،26). در یک سلول سوخت میکروبی تک حفره ای متوالی که کربن و گرافیت دانه ای (گرانولی) به عنوان کاتد و آند استفاده شدند حداکثر نیرو به ترتیب در حدود 65 ± 5 W/m3 و 188 ± 7 mA/m3 به دست آمد (27). برای کاهش Cr (VI) در کاتد زیستی که برس گرافیت و دانه گرافیت به عنوان آند و کاتد استفاده شدند، حداکثر چگالی نیرو 6.4 W/m3 ایجاد شد (28). MFC تک حفره ای با الکترودهای پوشیده شده با گرافن به عنوان آند و کاتد، پیک نیروی خروجی حجمی معادل 3.51 ± 0.50 W m−3 ایجاد کرد (29). MFC تک حفره ای با کاتد هوا و برس فیبر گرافیت به عنوان آند، حداکثر چگالی نیرویی در حدود 1460 ± 10 mW m−2 ایجاد کرد (30). SCMFC با درنظر گرفتن نمد کربن به عنوان آند و پوشش کربنی به عنوان کاتد طراحی شد; حداکثر چگالی نیرو 8.3 ± 0.2 W/m3 40 به دست آمد (31). MFC دارای کاتد پلاتینی و کاغذ کربنی به عنوان آند حداکثر چگالی نیرویی معادل 488 ± 12 mW/m2 ایجاد کرد (32).

2-2 پیل سوخت میکروبی دو محفظه ای

     پیل های سوخت میکروبی اغلب به عنوان سیستم های دو حفره ای استفاده می شوند (شکل 2). پیل های سوخت میکروبی دو محفظه ای دارای یک آنود بی هوازی و یک کاتد هوادهی شده هستند. هر دو حفره الکترود با استفاده از یک غشای تبادل پروتون (PEM) یا یک پل نمکی به هم متصل شده اند. باکتری های بی هوازی تشکیل بیوفیلم داده و به آند می چسبند، درحالی که محفظه دیگر با تامین آب و هوا برای کاتد، هوازی می ماند (33، 34، 35). در این سیستم، کاتیون ها به جز پروتون ها از طریق PEM از کاتد به آند منتقل می شوند که باعث کاهش PH در ناحیه آند و افزایش PH در ناحیه کاتد و کاهش پتانسیل کاتد می گردد که به عنوان مرحله محدودکننده در نظر گرفته می شود (36). عوامل مختلفی مانند ماهیت الکترودها، PH، بارالکتریکی خارجی و سرعت جریان نقش مهمی در کنترل عملکرد MFC دارند (37) و به طور گسترده در تولید الکتریسیته استفاده می شوند (38). در یک مطالعه تجربی که از صفحات گرافیت زبر به عنوان کاتد و صفحات گرافیت نرم به عنوان آند و فاضلاب به عنوان منبع استفاده شد، حداکثر چگالی جریان بالغ بر 313 mA/m2 بود (39). از یک پوشش کربنی با چهار لایه انتشار poly-PTFE به عنوان کاتد و برس کربنی تیمار شده با گرما به عنوان آند استفاده شد که حداکثر چگالی جریان 0.49 A/m2 ایجاد کرد. همین آزمایش با پساب متفاوت، به ترتیب حداکثر چگالی نیرو و حداکثر چگالی جریان 554 mW/m2 و 1.0 A/m2 ایجاد کرد (40). ترکیبی از محیط کشت های نیتروژن زدایی شده و بی هوازی غنی شده با Cr (VI) و الکترودهایی از صفحات گرافیت برای آند و کاتد استفاده شد که به ترتیب چگالی جریان و چگالی نیروی حدود 123.4 mA/m2 و 55.5 mW/m2 ایجاد کرد (41). طی فرایند کاهش زیست معدنی MnO2، حداکثر چگالی نیرو 126.7 ± 31.5 mW/m2 ایجاد شده و هنگام کاهش اکسیژن درحالی که از کربن شیشه ای مشبک برای آند و کاتد استفاده می شد، چگالی نیروی کم تری معادل 3.9 ± 0.7 mW/m2 ایجاد شد (42).

پتانسیل استفاده از انرژی و مقاوم سازی پمپ های حرارتی در هتل های دارای آب و هوای سرد

Energy use and retrofitting potential of heat pumps in cold climate hotels

چکیده

1.مقدمه

نامگذاری

2. روش ها و مواد

2.1. جمع آوری داده ها

2.2. طبقه بندی هتل ها

3. نتایج و بحث

3.1. تحلیل انرژی

3.2. پمپ های گرمایشی هتل ها

4. نتیجه گیری

مراجع

چکیده

توریسم و هتل ها نقش مهمی در اقتصاد اروپا ایفا می کنند. بخش هتل از انرژِی زیادی استفاده می کند، که باعث افزایش گرمایش کره خاکی می شود. لذا، نیاز به بررسی فن آوری های طبیعت دوستانه دارای پتانسیل کاهش میزان استفاده از انرژی توسط هتل ها امری ضروری به شمار می رود. از این رو، در این مقاله به بررسی 140 هتل در نروژ و سوئد پرداخته و به شناسایی روش های موفق و پایدار جهت کاهش مصرف انرژی و انتشارات مربوطه پرداخته ایم.

استفاده از انرژی، منابع انرژی موجود و سیستم های گرمایشی هتل ها جهت شناسایی روندهای مصرفی به مدت پنج سال مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج حاکی از آن است که 70 درصد هتل ها دارای میانگین مصرف انرژی سالانه بین 150 الی kWh/m2 250 می باشند. حرکت به سمت منابع انرژی پایدار از سال 2015 الی 2019 در بین هتل ها دیده می شود، که بکارگیری و مصرف کلی گرمایش و سرمایش افزایش یافته و مصرف انرژی الکتریکی کاهش یافته است. گرمایش مستقیم برجسته ترین نوع گرمایش بوده و به عنوان منبع گرمایی اصلی در 70 درصد هتل ها استفاده می شود. مصرف انرژی گروه های هتلی که از گرمایش مستقیم استفاده می کنند سالانه به مقدار kWh/m2 9/218 می باشد، که حدود 25 درصد بیشتر از 9 درصد هتل هایی است که از پمپ های گرمایشی به عنوان منبع اصلی گرما استفاده می کنند. لذا، پتانسیل کاهش مصرف انرژی در هتل ها وجود دارد. دو پمپ گرمایشی کربن دی اکسید گذاربحرانی یکپارچه به عنوان یک روش پایدار کاهش مصرف انرژی بررسی شده اند. نتایج حاکی از آن است که کاهش حدوداً 60 درصدی مصرف انرژی گرمایی امکان پذیر است.

1. مقدمه

بر اساس طرح استراتژیک EU برای سرمایش وگرمایش ساختمان ها، روش های جدید و پایداری می بایست برای کسب اهداف درجه 2 توافقنامه پاریس در خصوص تولید انرژی گرمایی ایجاد گردد (2016، EC). در حال حاضر، ساختمان ها بیش از4 درصد مصرف انرژی را در اروپا به خود اختصاص داده اند (روزلات، 2018). حدود3/1این انرژی و انتشارات مربوطه به بخش تجاری اختصاص دارد (یورواستات، 2017). با اعمال معیارهای افزایش کاربری و مطالبات مدیریتی، تخمین زده می شود که حدود 30 درصد صرفه جویی در بخش تجاری امکان پذیر است (اکونومیدوو همکاران، 2011؛ EC، 2006).

4. نتیجه گیری

مصرف انرژی در هتل های سردسیر با استفاده از اندازه گیری های میدانی از سال 2015 الی 2019 مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس تحقیقات انجام شده بر روی 140 هتل در کشور نروژ و سوئد، نتایج زیر بدست آمده اند.

• 70 درصد از هتل ها دارای میانگین مصرف انرژی سالانه بین سالkWh/m2/ 150 الی 250، بوده و میانگین آنها سالkWh/m2/ 213 می باشد. لذا پتانسیل کاهش فراتر مصرف انرژی نیز وجود دارد.

• تغییر به سمت منابع پایدار انرژی از سال 2015 الی 2019 در بین هتل های نمونه دیده می شود. برق پراستفاده ترین منبع انرژی در هتل ها بوده و بیش از70 درصد کل مصرف انرژی را در سال 2015 به خود اختصاص می دهد. هرچند کل مصرف برق از سال 2015 الی 2019 کاهشی 8 درصدی به نفع گرمایش بخشی داشته است، که در همین دوره افزایشی 7 درصدی داشته است. دسترسی به گرمایش بخشی و سرمایش از سال 2015 الی 2019 0/18 افزایش و %9/10 افزایش داشته است. تعداد هتل هایی که تنها به برق دسترسی دارند در طول این دوره 5 ساله نصف شده است.

Abstract

Tourism, and thereby hotels, play a crucial role in the European economy. The hotel sector features high energy consumption, which greatly contributes to the global warming effect. Thus, there is a need to investigate environmentally friendly technologies that have the potential to reduce energy usage within this sector. Information regarding the current status of the energy consumption in hotels is essential. Therefore, a study of 140 hotels in Norway and Sweden is presented in this paper to identify successful and sustainable measures to reduce energy consumption and related emissions.

The energy use, available energy sources and thermal systems in the hotels are studied over a five-year period to identify consumption trends. The results reveal that 70% of the hotels have a mean annual energy consumption between 150 and 250 kWh/m2. A shift towards sustainable energy sources is observed in the hotels from 2015 to 2019, where application and overall consumption of district heating and cooling have increased, while electrical energy consumption has been reduced. District heating is the most prominent source of heating and is applied as the primary heat source in 70% of the hotels. The specific energy consumption for the group hotels that apply district heating is 218.9 kWh/m2/year, which is nearly 25% higher than the specific energy consumption of the 9% of hotels that apply heat pump solutions as a primary heat source. Thus, there is a potential to reduce the specific energy consumption in hotels. Two integrated transcritical carbon dioxide (CO2) heat pumps were investigated as a sustainable measure to reduce energy consumption. The results reveal that a reduction of thermal energy consumption of approximately 60% can be achieved.

1. Introduction

According to the EU strategic plan for heating and cooling in buildings, new and sustainable solutions for generating thermal energy must be applied to achieve the 2-degree goal of the Paris Agreement (EC, 2016). Presently, buildings account for more than 40% of the total end-use energy consumption in Europe (Rousselot, 2018). Approximately 1/3 of this energy consumption and related emissions is connected to the commercial sector (Eurostat, 2017). By implementing measures to increase efficiency and manage demands, it is estimated that energy saving of 30% can be achieved within the commercial sector (Economidou et al., 2011; EC, 2006).

4. Conclusions

The energy consumption in cold-climate hotels has been studied for the period 2015e2019 by using field measurements. The following conclusions can be made based on the investigation of 140 hotels in Norway and Sweden.

70% of the hotels have a mean annual energy consumption between 150 and 250 kWh/m2 /year, with the mean value for all hotels being 213 kWh/m2 /year. Thus, there is a potential to further reduce the energy consumption in the hotels.

A shift towards sustainable energy sources is observed in the sample hotels from 2015 to 2019. Electricity is the most applied energy source in hotels and accounted for more than 70% of the total energy use in 2015. However, the overall electricity consumption was reduced by 8% from 2015 to 2019 in favor of district heating, which increased by 7% over the same period. The access to district heating and cooling increased by 18.0 and 10.9% from 2015 to 2019. The number of hotels with only electricity access has been halved over the five-year period.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پتانسیل استفاده از انرژی و مقاوم سازی پمپ های حرارتی در هتل های دارای آب و هوای سرد

Energy use and retrofitting potential of heat pumps in cold climate hotels

مدیریت ظرفیت بهینه برای یک شبکه توزیع برق ولتاژ پایین در یک جامعه انرژی محلی همتا به همتا

Optimal capacity management applied to a low voltage distribution grid in a local peer-to-peer energy community

چکیده

1-مقدمه

2- روش کار

1-2 ارتباط با بازارهای محلی انرژی همتا به همتا

2-2 مدیریت ظرفیت بهینه

3- ستاپ آزمایشگاهی I: فیدر تست ولتاژ پایین

4-ستاپ آزمایشگاهی II: فیدر پایلوت Heimschuh

5-نتیجه گیری

1-5 پژوهش های بعدی

منابع

چکیده

این مقاله روشی را برای اشتراک بهینه‌ی ظرفیت شبکه موجود میان مشتریان متصل به یک شبکه توزیع برق ولتاژ پایین ارائه می دهد. منابع انرژی پراکنده (DER ها) و نسل جدیدی از بارها مانند پمپ های گرمایی، منابع حرارتی، هیدروژنی، الکتریکی و دستگاه های مختلف بطور فزاینده ای در حال اتصال به شبکه های توزیع هستند. این بارها و DER ها با جریان متناوب کار می کنند و کنترل بهینه آنها برای بهره برداری از شبکه ضروری است. علاوه بر این، علاقه شدیدی روی تولید، انتقال و مصرف انرژی بصورت محلی وجود دارد. قوانین جدید برای تاسیس جوامع محلی انرژی (LEC) در بین ملل عضو اتحادیه اروپا شکل گرفته است. این قوانین عبارتند از: ایجاد چارچوب های قانونی برای مدیریت چنین ژنراتورهای پراکنده ای، انعطاف پذیری در شبکه های توزیع برق ولتاژ پایین و متوسط و توانمندسازی ویژه‌ی کاربران نهایی برای مردمی کردن سیستم انرژی. درون یک LEC، یک بازار محلی انرژی (LEM) باید شکل گیرد. پروسه تاسیس شبکه توزیع یکی از محدودیت های اساسی یک LEM یا سیستم حسابرسی انرژی است. شبکه برق باید زمانی که تقاضا در بازار زیاد است در حالت پایدار باقی بماند. روش مورد بحث در این مقاله شبکه توزیع را بطور انحصاری پایدار می کند و پروفایل های محدود کننده را در مکان های مختلف برای هر انعطاف پذیری ایجاد می کند که بخشی از بازار محلی انرژی باشند. این کار با استفاده از یک سیستم مدیریت ظرفیت بهینه انجام می شود که پروفایل های محدودکننده را در نقاط رایج برای کوپل کردن دستگاه های قابل کنترل در شبکه ایجاد می کند. این دستگاه های قابل کنترل باید توان تزریقی و مصرفی فعال خود را در این پروفایل ها حفظ کنند تا سطح بهینه برای شبکه برق تضمین شود. این کار باعث می شود تا محدودیت های شبکه حفظ شوند که این محدودیت ها روی یک تغذیه‌گر (فیدر) القا می شوند و به یک مدل واقعی شبکه برق (ایستگاه پایلوت Heimschuh در Styria، اتریش) اعمال می گردند.

1-5 پژوهش های بعدی

در این پژوهش فقط تخلفات ولتاژ کاهش می یابند. در آینده باید الگوریتمی انتخاب شود که محدودیت های بارگذاری خطی را نیز شامل شود. از آنجایی که OCM از یک حلگر بهینه سازی غیرخطی و غیرمحدب استفاده می کند، محاسبه مقدار بهینه عمومی بصورت عددی گران خواهد بود. بنابراین برای کاربردهای میدانی، الگوریتم های یادگیری ماشین باید به نحوی باشند که مانند OCM و بر اساس داده های واقعی برگرفته از سیستم های واقعی و شبیه سازی ها عمل کنند. الگوریتم های یادگیری ماشین باید بصورت میدانی استفاده شوند تا با زمان نمونه برداری پایین سازگار شوند.

Abstract

This paper presents a methodology to optimally share the available grid capacity among customer assets connected within a low voltage distribution grid. Distributed energy resources (DERs) and a new generation of loads such as heat pumps, thermal, hydrogen, electric storages, and vehicles are increasingly being connected to distribution grids. These DERs and loads are intermittent and it is essential to optimally control them for the safe operation of the grid. Additionally, there is increased interest in the local generation, production, trading, and consumption of energy. New regulations to establish local energy communities (LEC) have come to fruition among member nations across Europe. This is to provide a control, market, and legal framework for managing such distributed generators and flexibilities in low and medium-voltage distribution grids and conclusively empower end-users to democratize the energy system. Within a LEC, a local energy market (LEM) is to be implemented. A significant constraint of a LEM or energy accounting system is the grid settlement process. The grid should remain in a steady state when the bids in the market are executed. The methodology discussed in this paper will preemptively stabilize the grid and generate limiting profiles at various locations for individual flexibilities that are part of the local energy market. This is achieved by using an Optimal Capacity Management system which generates limiting profiles at the points of common couplings of various controllable devices in the grid. The controllable devices are required to maintain their active power injection and consumption within the generated limiting profiles to ensure optimum grid level. This will ensure that grid limits are maintained, which are simulated on a test feeder and also applied to a real network model from the Heimschuh pilot site in Styria, Austria.

5.1. Future research

In this paper, only voltage violations are mitigated. In the future, the algorithm will be adapted to include line loading constraints. Since the OCM uses a non-linear, non-convex optimization solver, it is numerically expensive to calculate the global optimum. Therefore, for field deployment, machine learning models will be trained to behave like the OCM based on real and simulated data from the field and simulations, respectively. The machine learning model will be deployed in the field to cope with the low sampling time.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدیریت ظرفیت بهینه برای یک شبکه توزیع برق ولتاژ پایین در یک جامعه انرژی محلی همتا به همتا

Optimal capacity management applied to a low voltage distribution grid in a local peer-to-peer energy community

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

چیکیده

1- مقدمه

II. ویژگی های فنی و مفهومی و تکنولوژی های کلیدی مرتبط با AE اینترنت انرژی

A. تعریف مفهومی

B. ویژگی های فنی

C. تکنولوژی های کلیدی مرتبط

III) توسعه سیستمی اینترنت انرژی

A) CPS

B) چارچوب کلی و طراحی عملکرد

C) توسعه قسمت سخت افزاری

D) توسعه قسمت نرم افزاری

IV) توضیح در مورد عملکرد اولیه و چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

A) آنالیز اولیه برنامه

B) طراحی توپولوژِی کاربردی آینده

C) چشم انداز برای برنامه های کاربردی آینده

v. بحث

VI) نتیجه گیری

چکیده

 در این مقاله به طور سیستماتیک مفهوم جدیدی از تجهیزات دسترسی (AE) اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی-سایبری (CPSها) پیشنهاد می شود. اول، بر اساس مفهوم و ویژگی‌های AE اینترنت  انرژی ، توسعه سراسری  سیستمی آن ، از جمله طراحی توابع و طراحی چارچوب‌های کلی، توسعه تجهیزات سخت افزاری هسته ای و طراحی و توسعه سیستم نرم افزاری را به طور جامع بررسی می کنیم. دراین میان، قسمت سخت افزاری که شامل پنج نوع عمده از تجهیزات است برای ارتباط یکپارچه تجهیزات مختلف انرژی توزیع شده استفاده می شود. بخش نرم افزار، مشتمل بر سه دسته پلتفرم سیستمی (یعنی سیستم مدیریت محلی انرژی ، سیستم صفحه وب ابری و APP سمت کاربر) است که برای ادغام مدیریت انرژی و کنترل هماهنگ توزیع شده  به کار گرفته شده است. علاوه بر این، یک اقدام اولیه برای AE اینترنت انرژی پیشنهادی انجام می دهیم. بر این اساس، در نهایت، ما سناریوهای کاربردی بعدی را برای AE اینترنت انرژی از جنبه های مختلف پیش بینی می نماییم. انرژی اینترنت پیشنهادی به صورت یک پلتفرم رابط یکپارچه، مستقیماً برای طرف کاربر مورد استفاده قرار گرفته است تا منابع مختلف انرژی و تجهیزات بهره برداری را به اینترنت انرژی متصل کند، تا تجهیزات انرژی توزیع شده را به صورت real time نظارت و هماهنگ کند و در نهایت، گردش دو طرفه جریان انرژی و جریان اطلاعات را در شبکه هوشمند  محقق سازد. بزرگترین نوآوری این مقاله این است که به طور کامل، مفهوم جدید  AE اینترنت انرژی  را از منظر CPS است پیشنهاد می دهد، با این هدف که امیدواریم برخی ملاحظات را در سمت کاربرآماده نماید تا از طریق این تجهیزات به طور موثر و راحت به اینترنت انرژی دسترسی پیدا کند.

1- مقدمه

انرژی الکتریکی در جنبه های مختلف زندگی روزمره و تولیدی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به توسعه سریع اقتصادی و اجتماعی، به تدریج تعداد بیشتری از کشورها به پاسخگویی بار و مدیریت انرژی یکپارچه (IEM) توجه کرده اند. مدیریت و بهینه سازی انرژی نقش اساسی در توسعه پایدار دارند [1]. برای این منظور، ایالات متحده و برخی از کشورهای اروپایی برای اولین بار در دهه 1970 مفهوم سیستم مدیریت انرژی خانگی  (EMS) را با هدف بهبود بهره وری مصرف برق و دستیابی به صرفه جویی و کاهش انتشار انرژی پیشنهاد دادند. از آن زمان ، نتایج تحقیقاتی مربوط به EMS به طور فزاینده ای زیاد شده است [2] – [5]. در حال حاضر، IEM می‌تواند مشکلات مربوط به منبع تغذیه شبکه توزیع ، مصرف برق کاربر و استفاده از انرژی نو را تا حد معینی حل کند. با این حال، سیستم های IEM واقعی هنگام  استفاده در مدیریت و بهره‌برداری از انرژی موثر، دارای کاستی های بسیاری هستند. به ویژه، مدل های اکتشاف و بهره برداری  انرژی موجود که به منابع انرژی تجدیدناپذیر متکی هستند، که پایداری آن به شدت دشوار است. بنابراین ، مدل های مصرف انرژی با راندمان بالا ، ایمن ، قابل اطمینان و پایدار، راه حلی برای مسئله اصلی استفاده از انرژی است که انسان و جامعه با آن روبرو هستند [6].

VI) نتیجه گیری

در این مقاله، ما به طورسیستماتیک مفهوم جدیدی از AE اینترنت انرژی را بر اساس ایده CPS پیشنهاد می کنیم. مشارکت های اصلی به شرح زیر خلاصه می شود:

1) این AE اینترنت انرژی پیشنهاد شده یک پلتفرم سیستمی چند لایه است که برای دستیابی به دسترسی یکپارچه به تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده) استفاده می شود، که می تواند جریان انرژی و جریان اطلاعات را به هم متصل کند، از این طریق به کنترل هماهنگ و استفاده بهینه از تجهیزات انرژی توزیع شده (پراکنده)  کاربر نهایی مانند برق لوازم خانگی ، PV ها ، فن ها ، پیل های شارژ EV و دستگاه های ذخیره  سازی انرژی دست یابد. این امر، یک راه حل فنی برای plug-and-play تجهیزات کاربری تحت اینترنت انرژی  را در آینده فراهم می کند، و همچنین بینش جدیدی را برای IEM و حالت های چندگانه تجاری در محیط بازار فراهم می کند.

Abstract

This paper systematically proposes a novel concept of energy Internet access equipment (AE) integrating cyber-physical systems (CPSs). First, based on the concept and characteristics of energy Internet AE, we comprehensively investigate its global system development, including overall framework and functions design, core hardware equipment development, and software system design and development. Among these, the hardware part containing five major types of equipment is used to achieve a unified connection of various distributed energy equipment; the software part, consisting of three categories of system platforms (i.e., local energy management system, cloud Web page system, and user-side APP), is applied to integrate energy management and distributed coordination control. Moreover, we carry out an initial practice for this proposed energy Internet AE. Based on this, finally, we prospect future application scenarios for the energy Internet AE from multiple aspects. As a unified interface platform, the proposed energy Internet AE is directly applied for end-users to connect various energy supply and utilization equipment to the energy Internet, so as to monitor and coordinate the distributed energy equipment in real time and, finally, to realize the bidirectional circulation of energy flow and information flow in smart grid. The biggest innovation of this paper lies in comprehensively proposing a novel concept of energy Internet AE from the perspective of the CPS, with an aim of hoping to provide some thoughts for end-users to access the energy Internet efficiently and conveniently through such equipment in the future.

I. INTRODUCTION

Electrical energy has been widely utilized in various aspects of our daily lives and production. With the rapid development of economy and society, more and more countries have gradually begun to pay attention to demand response (DR) and integrated energy management (IEM). Energy management and optimization play a key effect in the sustainable development [1]. To this end, the United States and some European countries first proposed the concept of home energy management system (EMS) in 1970s, with the goal of improving electricity consumption efficiency and achieving energy saving and emission reduction. Since then, relevant research results of EMS have become increasingly abundant [2]–[5]. Currently, IEM can solve the problems of distribution network power supply, user power consumption and new energy utilization to a certain extent. However, the actual IEM systems still have many shortcomings when used in actual energy management and utilization. In particular, the existing energy exploration and exploitation models that rely on non-renewable energy sources are increasingly difficult to sustain. Therefore, high-efficiency, safe, reliable and sustainable energy use models will be the solution to the major problem of energy use faced by human and society [6]

VI. CONCLUSION

In this paper, we systematically propose a novel concept of energy internet AE based on the idea of CPS. The main contributions are summarized as follows:

1) This proposed energy internet AE is a multi-layer system platform used to achieve unified access of distributed energy equipment, which can interconnect energy flow and information flow, thereby achieving coordinated control and optimized utilization of end-user’s distributed energy equipment such as electrical appliances, PVs, fans, EV charging piles, and energy storage devices. This provides a technical solution for the plug-and-play of user equipment under the energy internet in the future, and also provides new insights for IEM and multiple trading modes in the market environment.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تجهیزات دسترسی اینترنت انرژی ادغام شده با سیستم های فیزیکی سایبری: مفاهیم ، فناوری های کلیدی ، توسعه سیستمی و چشم اندازهای کاربردی

Energy Internet Access Equipment Integrating Cyber-Physical Systems: Concepts, Key Technologies, System Development, and Application Prospects

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.