مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

WEC ها هنوز در حال ظهور تکنولوژی هایی هستند بنابراین مطالعات محدودی روی LCA از WEC ها وجود دارد. Soerensen et al. (2006) مطالعه ای از LCA را روی WEC انجام داده اند و اژدهای امواج – Wave Dragon نامیده شده که نشان می دهد این نوع از وسایل 20 مرتبه انرژی بیشتری را نسبت به انرژی استفاده شده برای آن در طول سلسله مراحلش تولید می نماید. Dahlsten (2009) به اجرای LCA از WEC پرداخته و ادعا کرده که اغلب برخوردات مربوط به مواد استفاده شده به علاوه نصب و تعمیر و نگهداری بوده است و عدم به کارگیری نمی تواند نادیده گرفته شود. Thomson et al. (2011) مشخص نموده است که Pelamis WEC مقدار 24 تا 30 گرم کربن دی اکسید به ازای هر کیلووات ساعت منتشر نموده و EPBT برابر 21 تا 25 ماه به عنوان نتیجه ای از یک بررسی LCA بوده است. Collins (2014) از LCA برای ارزیابی ظرفیت های زیست محیطی مبدل انرژی موجی Oyster و توربین جزرومدی SeaGen به صورت کامل استفاده نموده است. مطالعات اشاره شده ادعا نموده اند که این وسایل دارای اثرات زیست‌محیطی مشابه با توربین های بزرگ بوده که برحسب دوره برگشت CO2 و انرژی شرح داده شده است.
در این بررسی، یکپارچه سازی تولید انرژی باد و موج در وسیله ای منفرد برحسب قابلیت تحمل زیست محیطی تحقیق شده است. برای ترکیب مبدل های انرژی باد و موج در یک سکوی شناور منفرد به طرحی ابتکاری و نوعی از ساختار نیاز داریم که دارای فضای کافی برای بدنه ساختمان و ژنراتورهای اضافی مبدل های انرژی موجی باشد. این ساختار نوین ممکن است دارای نیازمندی های ماده ای اضافی در مقایسه با دیگر انواع توربین های بادی دور از ساحل متحرک باشد که این سوال را ایجاد می نماید، آیا این نوع جدید از ساختار انرژی اضافی کافی برای تنظیم تفاوت ها در طراحی را تولید می نماید و آیا واقعا ً افزایشی در ظرفیت های زیست محیطی در مقایسه با دیگر مفاهیم شناور وجود دارد؟
در این زمینه، هدف از این بررسی برای پاسخ به سوالات اشاره شده در بالا توسط تحقیقات عمیق از سکوی دور از ساحل چندمنظوره ابداعی، طراحی شده برای شرایط موقعیت دور از ساحل Cantabrian اقیانوس اطلس، بوده است. ارزیابی سکو از طریق حساسیت LCA و همچنین تحلیل طرح ها بینشی را بر برخورد نسبت های بازیافت تخمینی و موقعیت زمینی انرژی روی اثرات زیست‌محیطی این ساختار ابداعی در مراحل طراحی اولیه خواهد داد.

2. مواد و روش ها
ارزیابی چرخه عمر (LCA) به عنوان روشی برای تعیین اثرات زیست محیطی یک محصول یا یک دستورالعمل در طول مدت عمرش از ابتدا تا انتها می باشد. LCA با ارزیابی اثرات زیست ‌محیطی (EIA) و ارزیابی خطر (RA) توسط ماهیت تطبیقی محصولاتش تفاوت دارد و ممکن است که برای بهبود محصول یا مقایسه محصول یا دستورالعمل ها استفاده شود. نتایج مقداری تولید شده توسط بررسی های LCA ممکن است که در طول فرآیندهای تصمیم گیری استفاده شود. با استفاده از LCA در طول فرآیندهای طراحی، اثرات زیست‌محیطی نیز در نظر گرفته شده و این نتایج در منافع زیست محیطی، انتقال مشکلات اضافی به خاطر کاهش انتشار در یک فرآیند و افزایش در دیگری با ملاحظه تمامی مراحل از استخراج مواد تا دفع پسماند ممانعت شده است.
ارزیابی سلسله مراحل شامل چهار مرحله اصلی بوده که در مدیریت زیست محیطی ایزو 14040 – ارزیابی سلسله مراحل – قواعد و چارچوب ها شرح داده شده است. در مرحله تعریف اهداف و دامنه رسیدگی، روش کار، واحد اصلی، ظرفیت های سیستم و سطح ریز اقلام تعیین شده است. مرحله فهرست گیری از مدت عمر اجناس (LCI) از تعیین ورودی ها و خروجی ها در تمامی مراحل با توجه به ظرفیت های سیستم و روش های تخصیص یافته در مرحله اول و در مرحله ارزیابی برخورد مدت عمر (LCIA) تشکیل شده است. نتایج فهرست گیری از مدت عمر اجناس به دسته بندی های برخورد زیست محیطی مربوطه تبدیل شده است (Baumann and Tillman, 2004). EDIP, CML 2001, TRACI etc به عنوان روش هایی متداول بوده که برای تبدیل انتشار امواج به دسته بندی های برخوردی استفاده شده است. تفسیر نتایج به عنوان آخرین مرحله بوده است. پس از LCIA، ممکن است فازی سنجشی وجود داشته باشد که اختیاری است.
نرم افزارهای متعدد فروشی و رایگان در دسترس می باشد برای اینکه در طول مدلسازی از ابتدا تا انتهای محصول/ دستورالعمل استفاده شود که عموما ً پایگاه اطلاعاتی رایگان یا فروشی استفاده شده و شامل ورودی و خروجی های فرآیندهای تولید می باشد. SimaPro, GaBi و Open LCA به عنوان نمونه هایی از نرم افزارهای استفاده شده مخصوصاً برای LCA، و ساختن اقتصادی و PE به عنوان نمونه هایی از پایگاه داده عمومی LCI بوده اند.
هدف از این مطالعه برای تعیین برخوردهای زیست محیطی مدت عمر سکوی دور از ساحل چندمنظوره شناور (MUP) بوده است. سکوی دور از ساحل بررسی شده توسط دانشگاه Cantabria (UC) طراحی شده که شامل یک توربین بادی NREL 5 MW و سه ستون آب نوسانی 1150 کیلوواتی از نوع WEC (شکل 1) نصب شده روی سه سیلندر در هر راس سکو می باشد (Armesto et al., 2016; Zanuttigh et al., 2016). ارتفاع چرخ هر توربین بادی برابر 90 متر و قطر روتور برابر 63 متر بوده است. LCA برای یک زمین MUP شامل 77 عدد MUP متحرک، کابل های ولتاژ متوسط و ولتاژ قوی و یک ایستگاه فرعی دور از ساحل اجرا شده است. در طراحی اصلی زمین MUP همچنین یک ایستگاه فرعی نزدیک ساحل وجود دارد که در بررسی LCA در نظر گرفته نشده است. موقعیت پیشنهادی زمین MUP در محل دور از ساحل Cantabrian به نام Virgen del mar که 13-3 کیلومتر دورتر از ساحل واقع شده است. زمین MUP برای تولید 110 گیگاوات ساعت انرژی به ازای هر سال توسط OWC و 777.25 گیگاوات ساعت به ازای هر سال توسط توربین های بادی تخمین زده شده است (Armesto et al., 2016; Zanuttigh et al., 2016) و طول عمر زمین MUP تا 25 سالگی برنامه ریزی شده که نتایج 22 سالگی برابر 181.29 گیگاوات ساعت انرژی تولیدشده توسط زمین انرژی بوده است. مشخصات زمین MUP در جدول 1 فهرست شده است.
واحد اصلی مورد بررسی دارای 1 کیلووات ساعت برق می باشد. نرم افزار GaBi برای ورود اطلاعات و ارزیابی مدت عمر محصول استفاده شده است. عقیده عمومی و کاربرد نرم افزار LCA عبارت است از اینکه اهمیت نمی دهد که آیا کارورزهای LCA از یک نرم افزار LCA استفاده می کنند یا از نرم افزار دیگری. با این وجود، برخورد انتخاب نرم افزار LCA به عنوان موضوعی مورد توجه از مطالعات اخیر بوده است. مقایسه نتایج LCA از دو نرم افزار LCA متداول استفاده شده برای چهار ماده اصلی با استفاده از داده های ورودی تشخیصی، پایگاه داده و روش شناسایی ارزیابی برخورد منجر شده است به اینکه انتخاب نرم افزار روی نتایجی موثر بوده است که امکان دارد با هدایت اشتباه تصمیم گیرندگان به پایان برسد. این مورد با فقدان سازگاری موجودیت و کمیت عوامل توصیفی ایستگاه های فرعی بین دو نرم افزار توضیح داده شده است (Speck et al., 2015) که به نتایجی مشابه رسیده اند. Herrmann and Moltesen (2015) به نتایجی مشابه رسیده اند. انتخاب نرم افزار به عنوان پارامتری موثر روی نتایج LCA توسط تحلیل 100 واحد انتخابی به طور تصادفی با استفاده از SimaPro و GaBi انجام شده است. به خاطر بودجه مالی و اهمیت زمانی، تصمیم به استفاده از یک نرم افزار به تنهایی برای این بررسی گرفته شده است که منجر به استفاده از GaBi گردیده که یکی از دو نرم افزار LCA استفاده شده به طور گسترده می باشد.
روش شناسی ارزیابی برخورد زیست محیطی همچنین به عنوان عاملی تعیین کننده برای بررسی LCA می باشد. روش های CML و Eco-indicator 99 به عنوان متداول ترین روش های استفاده شده برای مطالعات LCA توربین های بادی بوده که مقایسه ای از نتایج با مطالعات صریح قبلی را ایجاد می نماید. این دو روش به خاطر خاتمه با نتایج فرعی تر سودمند بوده اند (Martínez et al., 2015). در نتیجه روش CML 2001 (Guin_ee et al., 2002) برای توصیف نتایج انتخاب شده است. در روش CML 2001، نتایج برحسب دسته بندی های برخوردی زیر نمایش داده شده اند: کاهش مواد بی جان، اسیدی سازی، انباشتگی خوراک آبی، مسمومیت آبزیان آب شیرین، گرم شدن جهانی (100 سال GWP)، پساب انسانی، نازک شدن لایه اوزون، ایجاد فتوشیمیایی اوزون، مسمومیت اکوسیستم زمینی و مسمومیت اکوسیستم دریایی. با توجه به Pettersen and Hertwich (2008) و Weinzettel et al. (2009) ، CML 2001 نتایجی غیردقیق را برحسب دسته بندی برخورد مسمومیت اکوسیستم دریایی تولید می نماید. در نتیجه، این دسته بندی برخورد در فرآیند توصیف و تفسیر نتایج مستثنی شده است.
LCA اجرا شده a) تولید و فرآوری، ترابری و نصب (MTI) ، b) بهره برداری و تعمیر نگهداری ، و c) مراحل جمع آوری را پوشش می دهد. قسمت های تولید شده در اولین مرحله توسط کامیون ها به ساحل و توسط لنج ها به موقعیت زمین MUP انتقال داده شده، نصب آنها در موقعیت زمین MUP دور از ساحل رخ داده و عملیات اجرایی و تعمیر و نگهداری به مدت 25 سال ادامه می یابد و نهایتا ً زمین های MUP جمع آوری می شوند.

تخمین پایایی حمل و نقل دریایی: مطالعه ای روی دو مدل پایایی فازی

Reliability estimation of maritime transportation: A study of two fuzzy reliability models

Abstract

The progressive increase in marine vessel transportation, in recent years, is often a cause of congestion at sea and main cause of highly irregular vessel’s travel time. This greatly affects scheduling of the facilities at the harbor and also related logistics. As a result, the reliability value of any marine vessel becomes a crucial factor in associated decision making. Modeling the uncertainty in estimation of marine vessel reliability has been a research interest for quite some time now. This paper investigates the problem in a different sense and tries to model the uncertainties using expert’s opinions and their imprecise responses. Marine vessel transportation reliability is viewed in an entirely different perspective and framework. This paper initially proposed a transportation reliability estimation procedure considering 12 decision variables divided into three stages. Two realistic models based on fuzzy sets are subsequently developed; with two scenarios for the first model. The first model utilizes fuzzy arithmetic; whereas the second one is based on rule bases. The paper demonstrates how information based on experience of the experts on marine vessels could be used to obtain its reliability value. Both the models would be helpful where imprecision is an intrinsic attribute of the accessible data in case of sea going vessels.

1 Introduction

Risk and reliability are significant operational issues of any transportation system. Sumalee and Kurauchi (2006), in a guest editorial of a special issue of Networks and Spatial Economics Journal focused on the reliability and emergency issues in transportation network analysis. In view of stringent international statutory requirements in the maritime transport segment, risk appraisal has become an important managerial tool for making critical decisions. Growing concern about the accidents, disasters and resulting environment impact has forced the attention on the hazards and associated risks involved in all the activities of every transportation system. Nowadays, a wide range of approaches and methods are available to estimate the risk and reliability. Both these are concerned with safety aspect of the system. Improved safety performances as regards to safety of the people, equipments and machineries, and protection of the environment are the prime aims. Risk and reliability assessment also helps in assessing the system’s operational performance measures and life cycle costing. It as well aids in optimizing various processes in the system. Risk management approaches have been universally adopted in the maritime transportation sector with the key objective of providing improved safety and enhanced protection to the environment. Development of risk-based practices, over the years, addressed both quantitative and qualitative techniques, suitable for investigation in diverse applications and purposes.

Recently, Celik et al. (2010) developed a risk based modeling approach to enhance the execution process of shipping accident investigation. Specifically, the paper addressed a fuzzy extended fault tree analysis that combined the effects of organizational faults and shipboard technical system failures under a unique risk assessment scheme. Balmat et al. (2009) presented a fuzzy approach for the MAritime RISk Assessment (MARISA) applied to safety at sea. In this analysis, a fuzzy risk factor composed of a static risk factor and a dynamic risk factor has been considered. In a recent paper, (Balmat et al., 2011) developed a decision-making system to maritime risk assessment. Ren et al. (2009) proposed an offshore risk analysis method using fuzzy Bayesian network. Yang et al. (2009b) suggested a subjective security-based assessment and management framework for maritime security using a fuzzy evidential reasoning approach. Additional recent papers in risk assessment and safety in maritime transportation include (EleyeDatubo et al., 2008; Hu et al., 2008; Koç, 2009; Liu et al., 2008a; Ting-rong et al., 2008; Yang et al., 2009a). Hadjimichael (2009) and Shyur (2008) studied risk assessment in aviation industry. Furthermore, other research investigations in marine transportation systems are (Grabowski et al., 2007; Kolowrocki and Soszynska, 2006; Kolowrocki et al., 2007; Liu et al., 2005; Sii et al., 2001; Wang, 2006; Wang et al., 2004).

گلایدر آبی: وسیله نقلیه اتوماتیک زیر آب دور-برد  برای تحقیقات اقیانوس شناسی

Seaglider: A Long-Range Autonomous Underwater Vehicle for Oceanographic Research

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

که فشار پویایی توسط چگالی آب و اجزای سرعت افقی و عمودی و طول بدنه تعریف می شود. فرض بر این است که لیفت متناسب با زاویه حمله α و کشش متشکل از مشخصات و کشش اجزای القا شده است. از بررسی لایه ها مرزی نشان داده شده است که بدنه کششی برای شکل انتخاب شده [9] متناسب با (سرعت2/3) ، دادن پارامتر مشخصات کشش ضریب به عنوان است. کشش القاء شده توسط لیفت به عنوان تناسب با مربع زاویه حمله پارامتر شده است. زاویه شیب وسیله نقلیه ø مربوط به حمله و زاویه گلاید بصورت است. شیب گلاید با نسبت کشش به لیفت داده می شود ، شناوری مجموع بردار لیفت و کشش است. توجه داشته باشید که زاویه حمله α دارای علامت مخالف زاویه های شیب دار و گلاید ø و Ө است و به طوری که زاویه گلاید فراتر از زاویه شیب در مقیاس بزرگ است.
با جایگزینی (1) به (2)، اصطلاح سرعت عمودی W بر اساس سرعت افقی U می تواند به شرح ذیل نوشته شود:

که پارامتر معادل مقدار 0.5 برای شکل بدنه گلایدر آبی می باشد. این معادله در محدوده ی زاویه یاب کوچک (یعنی تقریبا پرواز افقی بنابراین عبارتند از )، مشابه آنچه که معمولا در پیشینه آیرودینامیکی برای توصیف اصطلاح “گلاید قطبی “برای یک هواپیمای دریایی استفاده می شود] 10، معادله 6 الف). برای زاویه های شیب دار مناسب برای عملکرد گلایدر آبی، شیب ملایم تقریبی گلاید نقض شده است و (3) راحت تر به عنوان یک معادله درجه دوم در شناوری B یا تقریبا درجه دوم در فشار پویا q بیان می شود.
که در آن عامل عملکرد با نسبت ضریب افزایش وزن مربع به ضریب کشش محصول و ضریب کششی القاء شده است: علامت بالا در هر عبارت مربوط به جابجایی است که در آن پروفایل کشش فراتر از کشش القاء شده است. اینها در اولویت هستند زیرا آنها دارای سرعت بالاتر و زاویه حمله پایین برای شناور دقیق است. حداقل شیب گلاید رخ می دهد زمانی که مشخصات و کشش القا شده برابر باشد [اختلاف در (6) – (8) ناپدید می شود). ضریب کشش کوچکتر (فاکتورهای عملکردی بالاتر) اجازه می دهد که دامنه های شیب دار کوچکتر باشد، از این رو محدوده افقی بیشتری برای یک دوره عمر مشخص می شود.
لیفت، پروفایل کشش، ضریب کشش القا شده و تعیین عملکرد وسیله نقلیه می باشد. اینها قبل از آن شناخته نشده و باید به صورت آزمایشی تعیین شوند. تخمینی از این پارامترها به سه روش بدست آمده است: در باد آزمایش تونل بر روی نسخه مقیاس گلایدرآبی، با ردیابی گلایدر در آبدره در حالی که به طور همزمان مشاهده جریان، و با مقایسه مدل با سرعت عمودی مشاهده شده گلایدر بیش از صدها نفر از چرخه های حرکت در آبدره می باشد. نتایج تعین میدانی عملکرد گلایدر در زیر در بخش سوم شرح داده شده است.
طراحی هیدرودینامیکی گلایدر آبی توسط آر. ام.هابرد (مهندسی هابرد، جزیره لوپز، WA) انجام شد. علاوه بر مقیاس شکل وسیله نقلیه AEMT ، انتخاب بال، اندازه رادار و جایگاه، هابارد به طراحی و انجام یک سری آزمایش تونل باد روی بدنه AEMT ( 0.92متر طول) همراه با بال و بال رادار کمک کرد. این آزمایش ها در تونل با سرعت کم باد دانشگاه واشنگتن (UW) آزمایشگاه ایرودینامیک ، یک تونل تقریبا با بخش آزمون 1 متر مربع انجام شد. بدنه اصلاح شده AEMT از پشت در یک شفت در امتداد خط مرکزی بدنه با سه محور کوچک a سنسور نیرو / گشتاور نصب شد (فن آوری های اطمینان، مشارکت، مدل نانو F / T ) قادر به تشخیص O(1–10 g) نیروهای کششی و بالابر ناشی از باد می باشد.
مطالعات تجسم جریان در تونل باد با مشاهده الگوهای خشك مخلوط پودری نفت سفید و تالك برای سرعت های مختلف باد و زوایای حمله انجام شد. تکنیک نشان داد که جریان لایه ای تنها در پس کشتی حداکثر قطر بدن جدا می شود و بصورت آشفته در نزدیکی دم برای زاویه حمله حداکثر تا 12 دوباره متصل می شود.
اندازه گیری های تونل باد نمی تواند نیروهای هیدرودینامیکی ناشی از انتهای دکل آنتن و قابلیت رسانایی سنسور درجه حرارت بادبان را شبیه سازی کند، اما آنها نشان دادند کارایی اعضای کوچک چه قدر مهم است. در حالی که قابلیت رسانایی سنسور الگوی حلقوی اضافه شده فقط حدود 2٪ از سطح مقطع عرضی جلو AEMT بود، آن بیش از 25٪ کل کشش را تشکیل می دهد. تقریبا در تلاش برای کاهش کشش، هدایت الکترود سنسوری از الکترونیک Sea-Bird برای گلایدر دریایی انتخاب شد. مساحت مقطعی آن، از جمله نصب معتدل، کمتر از نصف است که از حسگر حلقوی در تونل باد در نظر گرفته شده است.
بال و سکان: علاوه بر هدف تعیین کشش وسیله نقلیه تونل باد با سرعت کم UW، قصد داریم استفاده از بال در وسیله نقلیه کشنده کم را تأیید کنیم، بطور منفی تحت تاثیر ویژگی های جریان قرار نمی گیرد. ترس افزایش جریان آشفته، جریان لایه ای منقطع قسمت جلوی بدنه ناو، تفکیک آشفتگی بعد از انقطاع یا بی ثباتی جریان رژیم بیش از یک منطقه کنترل با نتایج مطالعات تونل باد کاهش یافت. بالها باید در پس کشتی فراتر از قطر بدنه دارای دو بخش برابر در آن قرار گیرند.