دانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129A New Method for Identification of Critical Lines with the Potential for Triggering Cascading Failures in Power Gridsروشی نوین برای تشخیص خطوط بحرانی با پتانسیل ایجاد خروجهای پیدرپی در شبکههای قدرت21111344810.22052/8.4.2FAاحسانعلییاندانشگاه شهید بهشتیمحمد رضاآقامحمدیدانشگاه شهید بهشتیمحسنکیادانشگاه آزاد اسلامی واحد پردیسJournal Article20230129Blackouts are among the main threats to the security of electric power systems. Cascading failures are known as the most important agent for creating blackouts. Transmission lines are the basic equipment of power networks whose outage can make subsequent cascading outages. In this paper, based on the application of decision tree, a new approach is proposed for an online identification of critical lines with the potential for triggering cascading failure. A trained decision tree is able to estimate the brittleness of network and, based on that, the operator will be able to change operating conditions. To this end, at first, required data for decision tree are prepared through the introduction of appropriate indicators and based on the associated blackout in a wide range of conditions including load level, load-generation patterns and network structures. Next, with a training decision tree, an algorithm for identification of critical lines and of network brittleness in blackout is proposed. To implement the proposed approach, The New England 39-bus test system has been employed.خاموشیها همواره از عوامل اصلی تهدید برای امنیت سیستمهای قدرت هستند. خروجهای پیدرپی از اصلیترین عوامل خاموشیها شناخته میشوند. خطوط انتقال از مهمترین تجهیزات شبکۀ قدرت هستند که خروج آنها میتواند منجر به خروجهای پیدرپی بعدی شود. در این مقاله، با استفاده از درخت تصمیمگیری که از روشهای هوش مصنوعی است، به شناسایی آنلاین خطوط بحرانی شبکه که منجر به ایجاد خروجهای پیدرپی میشوند، پرداخته میشود. درخت تصمیم آموزشدیده، قادر است در هر نقطۀ کار، شکننده بودن یا نبودن شبکه را تخمین بزند و بهرهبردار خواهد توانست بر طبق آن شرایط بهرهبرداری را تغییر دهد. بدین منظور در گام اول با معرفی شاخصهای مناسب و بر اساس خاموشیهای ایجادشده در تمامی آرایشهای بار و تولید مختلف و همچنین آرایشهای مختلف شبکه، ورودیها و خروجیهای لازم برای درخت تصمیم تولید میشوند. در گام بعد، از نتایج بهدستآمده در گام اول با استفاده از آموزش درخت تصمیمگیری، الگوریتمی برای شناسایی آنلاین خطوط بحرانی و شکنندگی شبکه برای ایجاد خاموشی پیشنهاد میشود. روش پیشنهادی در شبکۀ استاندارد 39 باس IEEE پیادهسازی و نتایج آن ارائه میشود.
https://energy.kashanu.ac.ir/article_113448_e070e77767c6def85774091968cad5c6.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Investigating the Optimal Investment Strategies in Power Generation Sector Affected by Green Policies Considering the Wake Effectتعیین استراتژیهای بهینۀ سرمایهگذاری در بخش تولید انرژی الکتریکی متأثر از سیاستهای سبز با در نظر داشتن اثر رد در توربینهای بادی122711344910.22052/8.4.12FAهادیصادقیدانشگاه شهید باهنر کرمانعلیرضاگوهرگزیسازمان آموزش فنی و حرفهای، کرمانمسعودرشیدی نژاددانشگاه شهید باهنر کرمانJournal Article20230129The green energy policies have been implemented in different countries all over the world for emission reduction and promotion of renewable energy sources (RES). This paper investigates the effects of the most popular energy policies on RES diffusion, in particular wind turbines, environmental damages cost derived from power generation sector, and generation company profit in the context of generation expansion planning (GEP) problem. To achieve this aim, a comprehensive model with additional constraints to simulate the policies is presented through the incorporation of Feed-In-Tariff (FIT) and Quota Obligation (with tradable green certificate) policies into the GEP problem. While it is tried to improve the accuracy of the model and achieve more realistic simulation framework, the wake effect of the candidate wind farms has been considered as well. The results obtained from scenarios implemented in the GAMS package show the effectiveness of these policies on RES promotion as well as emission reduction as long as their financial burden can bring about generators’ welfare reduction. Furthermore, analyses reveal that the consideration of wake effect of wind turbines in expansion planning problems can result in more realistic and optimal expansion strategies through better budget allocations to such units.در مقالۀ حاضر، به بررسی اثرات رایجترین سیاستهای انرژی سبز بر مؤلفههایی چون میزان نفوذ واحدهای تجدیدپذیر (بهخصوص واحدهای بادی)، خسارات زیستمحیطی بهبارآمده از انتشار آلایندهها از بخش تولید، و رفاه سرمایهگذار در چهارچوب برنامهریزی توسعۀ تولید پرداخته میشود. در این راستا، با ترکیب سیاستهای انرژی مورد نظر، یعنی سیاستهای «حق تعرفه» و «تعهد در سهم با قابلیت دادوستد» با مسئلۀ برنامهریزی توسعۀ تولید، مدلی جامع بههمراه قیود لازم برای شبیهسازی سیاستهای مزبور ارائه میشود؛ در همین راستا، بهمنظور بهبود دقت مدل ارائهشده، اثر «رد توریبن» در مزارع بادی منتخب برای توسعه نیز در مدلسازی در نظر گرفته میشود. نتایج حاصل از شبیهسازیهای انجامشده در بستر نرمافزار بهینهسازی GAMS حاکی از اثربخشی سیاستهای مزبور در افزایش درصد نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر و در نتیجه کاهش نسبی میزان انتشار است؛ مادامی که بار مالی آنها میتواند باعث کاهش سود تولیدکنندگان انرژی گردد. علاوه بر این نتایج نشان میدهد که در نظر داشتن اثر رد توربینهای بادی در برنامهریزی توسعه، با ایجاد امکان تخصیص بهینهتر بودجه به این واحدها، میتواند منجر به طرحهای توسعۀ بهینهتر و در عین حال واقعیتری گردد.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113449_217b9ae645f209635d515296a7e9a3be.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Sustainable Performance Evaluation in Uncertainty Conditions Using Balanced Scorecard and Shannon Entropy Based on Gray Delphi Method with Three Parameters (Case Study: Solar Industry in Iran)ارزیابی عملکرد پایدار در شرایط عدم قطعیت با استفاده از کارت امتیازی متوازن و آنتروپی شانون مبتنی بر تکنیک دلفی خاکستری سهپارامتری (مطالعۀ موردی: صنایع خورشیدی در ایران)283711345010.22052/8.4.28FAمیثمجعفری اسکندریدانشگاه پیام نور مرکز تهرانسوگلصارمیدانشگاه علم و صنعت ایرانJournal Article20230129Uncertainties and environmental complexities have led organizations to have a comprehensive performance operation system in order to understand the desirability and quality of their activities. Balanced Scorecard is one of the tools that extract financial and non-financial measures together and consider balanced assessment of functions in four specific aspects. The purpose of this paper is to present a framework for designing a sustainable performance assessment system based on a scorecard in Iran's solar industry. The research methodology is the Sustainable Balanced Scorecard (SBSC) approach, based on which, experts, through the use of a three-parameter gray Delphi method have identified seventeen indicators with a four aspects of Sustainable balanced scorecard . Shannon entropy, as the method of analysis, has calculated the weights of dimensions, perspectives, and indices. In the end, the most important areas for evaluating the performance of the organization were considered to be the score of performance indicators and the importance given to it. The results indicate that the most significant regards in terms of sustainability of financial resources should be given to the evaluation of these industries.عدم قطعیتها و پیچیدگیهای محیطی، سازمانها را به داشتن نظام جامع ارزیابی عملکرد بهمنظور آگاهی از میزان مطلوبیت و کیفیت فعالیتهای خود وادار نموده است. کارت امتیازی متوازن، از جمله ابزارهایی است که سنجههای مالی و غیرمالی را با هم استخراج کرده و ارزیابی متوازن از عملکردها را در چهار حوزۀ مورد نظر قرار میدهد. هدف این مقاله ارائۀ چارچوبی بهمنظور طراحی یک سیستم ارزیابی عملکرد پایدار مبتنی بر کارت امتیازی متوزان برای صنایع خورشیدی ایران است. روش تحقیق، رویکرد کارت امتیازی متوازن پایدار بوده که بر این اساس هفده شاخص با محوریت چهار منظر کارت امتیازی متوازن با نظر خبرگان و روش دلفی خاکستری سهپارامتری شناسایی شده است. آنتروپی شانون بهعنوان روش تحلیل، اوزان ابعاد و چشماندازها و شاخصها را محاسبه کرده است. در نهایت، مهمترین حوزههای ارزیابی عملکرد سازمان با در نظر گرفتن اهمیت و نمرۀ شاخصها استخراج شد. نتایج بهدستآمده حاکی از آن است که برای ارزیابی این صنایع، بیشترین وزن در بعد پایداری منابع مالی باید مورد نظر قرار گیرد.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113450_3cefbd717e3d221c6faeccdd5eeeb2de.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Development a Hybrid Computational Model Based on Artificial Neural Network to Predict Natural Gas Global Demandتوسعۀ مدل محاسباتی ترکیبی بر پایۀ شبکۀ عصبی مصنوعی برای پیشبینی تقاضای جهانی گاز طبیعی384911345110.22052/8.4.38FAرضاحافظیدانشگاه صنعتی امیرکبیرامیرناصراخوانسعیدپاکسرشتشرکت ملی گاز ایرانJournal Article20230129Recently natural gas global market has attracted much attention since natural gas is much cleaner than oil and is also cheaper than renewable energy sources. However, price fluctuations, environmental concerns, technological developments, unconventional resources, energy security challenges, and shipment are some of the factors which have made energy market more dynamic and complex in the last decade. Studying the demand side behavior of natural gas market has been targeted by this research to focus on the plausible trends of global natural gas demands. This paper proposes a hybrid time series model which starts with data mining oriented techniques to detect input features and pre-processing data; then a neural network based prediction model is used to uncover global natural gas trends. Thirteen different features were studied, Yet six features were finally selected as the most relevant features: Alternative and Nuclear Energy, CO2 Emissions, GDP per Capita, Urban Population, Natural Gas Production, Oil Consumption. In the end, the proposed prediction model overcame other competitive models in regard to five different error-based evaluation statistics.از آنجا که سیستمهای انرژی رفتاری پیچیده از خود نشان میدهند همواره موردتوجه پژوهشگران بودهاند. از سوی دیگر سیاستگذاران حوزه انرژی به دنبال درک بهتر رفتار آتی متغیرهای وابسته به سیستمهای انرژی جهت بیشینه ساختن سود و احتمال موفقیت راهبردهایشان هستند. در این مقاله، مسئلۀ تقاضای جهانی گاز طبیعی بررسی شد و مدلی ترکیبی بر پایۀ شبکۀ عصبی مصنوعی توسعه یافت. در مدل پیشنهادی، ابتدا ورودیهای معمول پیشبینی تقاضای انرژی مطالعه قرار شدند. برای تضمین در نظر گرفتن تمام ورودیهای محتمل، روش بیشینه مدنظر قرار گرفت و با توجه به امکان دسترسی به دادۀ خام، تعداد زیادی متغیر از جمله متغیرهای منتخب مطالعات پیشین بهعنوان ورودی مدل در نظر گرفته شد. با استفاده از ابزارهای دادهکاوی از 13 ورودی در دسترس، مجموعۀ 6 ورودی بهعنوان نمایندۀ کل جمعیت شناساییشده و مدل بر مبنای آنها پیادهسازی شد. سپس الگوریتم پیشبینی ترکیبی هوشمندی طراحی شد، بهنحویکه از الگوریتم ژنتیک برای بهینهسازی و آموزش شبکۀ عصبی مصنوعی استفاده گردید. مطالعۀ خروجیها نشان داد در مقایسه با مدلهای پایه و موجود در مطالعات پیشین و با در نظر گرفتن پنج آمارۀ خطای متفاوت، مدل پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به سایر مدلها دارد.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113451_295c6e9f2813d38f92bdf0cf7ef6e802.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129A Study of Heller Cooling Towers and Increasing their Efficiency, Case Study: Shahid Mohammad Montazeri Power Plantمطالعۀ برجهای خنککنندۀ هلر و ارائۀ یک راهکار برای افزایش کارایی آن (مطالعۀ موردی: نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان)506111345210.22052/8.4.50FAسولمازایزدیدانشگاه اصفهانبهناممستاجران گورتانیدانشگاه اصفهانمجتبیمستجابالدعواتیدانشگاه اصفهانعلی اکبرعالم رجبیدانشگاه صنعتی اصفهانJournal Article20230129Heller cooling towers have a wide range of applications, especially in the regions with water shortage. One possible method to improve the efficiency of these towers, at high ambient temperatures, can be the use of - fans in the towers to increase heat transfer rate. As a case study, the operational data have been used for Shahid Montazeri Power Plant (Isfahan, Iran). Tower simulations with and without suction fans were developed through using CFD commercial code, Fluent. Cooling towers were simulated at different ambient temperatures, and the effects of fan power were studied numerically. A gPROMS code was developed as well to find out the effects of the installation of fans on the performance and parameters of the power plant. The results indicated that, at ambient temperature of 315 K, there was an increase of 7 MW per turbine or a total power increase of 56 MW in power production. An economic analysis of the plant, based on simple payback time method, predicts a total investment of 660,000 MRls and a payback time of 1.2 year up to 13.5 years, depending on the purchased price of the electricity. Based on the purchased price of 8000 Rls/kWh for the year 2017, a payback time of 1.4 years is calculated.یکی از روشهای افزایش کارایی برجهای هلر برای شرایطی که دمای محیط زیاد است، استفاده از هواکش برای افزایش انتقال گرماست. در این مقاله با استفاده از کد تجاری فلوئنت، شرایط کارکرد واقعی برج در دمای زیاد با هواکش و بدون هواکش شبیهسازی شد. شبیهسازی برج در دماهای مختلف محیط و اثر هواکش بهصورت عددی و افزایش توان توربین و کارایی نیروگاه با استفاده از نرمافزار جیپرامز بررسی شد. نرخ انتقال گرما، اختلاف دمای آب خروجی و ورودی به رادیاتور و در نتیجه افت فشار در چگالنده افزایش یافته و سبب بهبود کارایی نیروگاه میشود. در دمای محیط K 315 ، توان هر واحد از نیروگاه حدودMW 7 و توان کل آن حدودMW 56 نسبت به حالت بدون هواکش افزایش یافت. تحلیل اقتصادی این مقاله سرمایهگذاری حداکثرIRR 600 میلیارد با بازگشت سرمایه 2/1 سال تا 5/13 سال را نشان میدهد. بر پایۀ خرید قیمت برق تضمینی برابر با IRR8000 بهازای هر کیلووات ساعت، قیمت مصوب خرید برق منشأ تجدیدپذیر در سال ۱۳۹۵، برگشت سرمایۀ راهکار ارائهشده برابر یک سال و چهار ماه پیشبینی میشود.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113452_5c12a121fd5190597c638547711afaaa.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Parametric Study of Thermal Behavior of the Salt Sradient Solar Pond under Urmiaâs Climatic Conditionsبررسی پارامتریک رفتار حرارتی استخر خورشیدی گرادیان نمک برای وضعیت آبوهوایی شهر ارومیه627311345310.22052/8.4.62FAحامدپورمختاردانشگاه ارومیهمرتضیخلیلیاندانشگاه ارومیهJournal Article20230129Solar pond technology is the easiest and the most economical system for converting and storing the solar heat energy. In this study, the effect of various parameters such as thickness of various layers, heat loss from the pond’s surface, the wall-shading effect and the pond size on the temperature of the storage zone were numerically investigated. The validity of the model is tested against experimental data for a small square pond constructed and tested in Urmia university under Urmia climate conditions, and a good agreement between theoretical and experimental data for the temperature in the storage zone has been obtained. According to the results it was observed that the thickness of the surface layer should be as thin as possible and that the gradient layer thickness plays a primary role in storing the heat in the pond and its thickness should be selected appropriately. In addition, the results indicated that the heat loss from the pond’s surface occurs mostly by evaporation rather than radiation and convection. It was indicated through case studies that the wall-shading effect is very high in small ponds but in larger ponds the shading effect does not exert a high influence on the storing layer temperature. فناوری استخرخورشیدی، سادهترین و کمهزینهترین سیستم تبدیل و ذخیرهسازی انرژی حرارتی خورشید است. در این مطالعه، اثرپارامترهای مختلف از جمله ضخامت لایههای مختلف، افت حرارت از سطح استخر، اثر سایۀ دیوارها و اندازۀ سطح استخر بر دمای لایۀ ذخیره بهصورت عددی، ارزیابی شده است. نتایج مدل عددی با نتایج تجربی بهدستآمده برای یک استخر کوچک تستشده در دانشگاه ارومیه و تحت وضعیت آبوهوایی شهر ارومیه اعتبارسنجی شده و سازگاری قابل قبولی بین نتایج عددی و تجربی برای دمای لایۀ ذخیره استخر مشاهده شده است. نتایج نشان داد که ضخامت لایۀ سطحی تا حد امکان باید کمتر باشد و از آنجایی که لایۀ گرادیانی نقش اصلی در ذخیرهسازی حرارت در لایۀ پایین و جلوگیری از اتلاف حرارت بهصورت هدایتی از سطح استخر دارد، باید اندازۀ آن مناسب انتخاب شود. همچنین مشاهده شد که افت حرارت از سطح استخر از طریق تبخیر بیشتر از افت حرارت از طریق جابهجایی و تشعشع است. با بررسی موردی نشان داده شد که اثر سایۀ دیوارها در استخرهای کوچک بسیار زیاد است و باید در مدلسازی استخر حتماً لحاظ شود، ولی در استخرهای بزرگ اثر سایه تأثیر چندانی در دمای لایۀ ذخیره ندارد.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113453_137d850e13bbf2b16cf28631a19659fa.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Advanced Exergy Analysis of Cogeneration System Based on Gas Turbine and Organic Rankine Cycleتحلیل انرژی و اگزرژی پیشرفتۀ سیستم تولید همزمان بر پایۀ توربین گاز و چرخۀ رانکین آلی748511345410.22052/8.4.74FAنیررزم آرادانشگاه شهید مدنی آذربایجانفرشتهرزم آرادانشگاه تبریزJournal Article20230129The present work is an attempt to investigate the advanced exergy analysis of cogeneration power plant based on gas turbines and ORC. To this end, the ORC, with internal heat exchanger and R123 as working fluid, is coupled to GT cycle by means of Heat Recovery Steam Generator. Comparing the results of cogeneration based on GT with those of cogeneration based on GT-ORC shows that the magnitude of net power has increased from 30MW to 30.73 MW. Also, the maximum endogenous exergy destruction in the GT-ORC based cogeneration system has occurred in the combustion chamber, HRSG and GT, respectively. The HRSG is the next component to combustion chamber which has improved in the conventional exergy analysis, while the air pre-heater is the second component which improves in the advanced exergy analysis.: این مقاله به تحلیل اگزرژی پیشرفتۀ نیروگاه تولید همزمان بر پایۀ توربین گاز- چرخۀ رانکین آلی میپردازد. بدین منظور چرخۀ رانکین آلی با یک مبدل حرارتی داخلی و سیال عامل 123R در نظر گرفته شده است. این چرخه از طریق یک بازیاب حرارتی به چرخۀ توربین گاز متصل میشود. با مقایسۀ نتایج مربوط به سیستم تولید همزمان بر پایۀ توربین گاز با سیستم تولید همزمان بر پایۀ توربین گاز- چرخۀ رانکین آلی، مقدار توان خالص از MW30 به MW73/30 افزایش یافته است. همچنین بیشترین نابودی اگزرژی درونزا در سیستم تولید همزمان بر پایۀ توربین گاز- چرخۀ رانکین آلی بهترتیب در محفظۀ احتراق، بازیاب حرارتی و توربین گاز رخ میدهد. در تحلیل اگزرژی معمولی، بعد از محفظۀ احتراق بیشترین اهمیت مربوط به بهبود عملکرد مبدل بخار بازیاب حرارت است، درحالیکه در تحلیل اگزرژی پیشرفته، پیشگرمکن هوا در درجۀ دوم اهمیت پس از محفظۀ احتراق است.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113454_8a2c1d703e10455344db7f85d5e8338a.pdfدانشگاه کاشانمهندسی و مدیریت انرژی2345-29518420230129Hydrodynamic-thermal Variations of a Nanofluid in a Tube Equipped with a Twisted Tapeبررسی تغییرات هیدرودینامیکی-حرارتی یک نانوسیال در یک لولۀ مجهز به نوار پیچشی869911345510.22052/8.4.86FAقنبرعلیشیخ زادهدانشکده مهندسی مکانیکمحمدنظیفی فردپژوهشکده انرژیرضامداحیاندانشکده مهندسی مکانیکخدیجهکاظمیدانشکده مهندسی مکانیکJournal Article20230129Thermal energy is one of the most important issues in most industries because the conversion of energy from fossil fuels to thermal energy occurs in almost all conventional industries. Therefore, regarding the lack of fossil resources and the ever-increasing pollution of human environment researchers should take notice of the proper use of thermal energy .In recent years, the focus has been directed towards the use of new technologies to increase the efficiency of thermal systems, including heat exchangers. Among these technologies which are considered in this paper is the simultaneous use of nanofluids and torsion strips which are placed inside the heat exchanger tube. In the present numerical study, a two-phase Euler-Lagrangian numerical simulation has been used for the first time in this geometry to overcome the shortcomings of previous monophasic studies. The effects of independent variables such as the volume fraction of nano-particles, Reynolds number, and the structural variables of the torsion bar such as the shear and the torque ratio on heat transfer and the coefficient of friction- have been investigated. The results show that other variables except for Reynolds have the same qualitative effects on heat transfer and friction coefficient.انرژی حرارتی یکی از موارد مهم در اکثر صنایع است؛ زیرا تبدیل انرژی سوختهای فسیلی به انرژی حرارتی، تقریباً در تمام صنایع مرسوم رخ میدهد. ازاینرو و با توجه به کمبود منابع فسیلی و آلودگی روزافزون محیطزیست انسان، توجه به استفادۀ صحیح از انرژی حرارتی باید مورد توجه محققان قرار گیرد. در سالهای اخیر، توجه به استفاده از فناوریهای جدید در افزایش بازده سیستمهای حرارتی از جمله مبدلهای حرارتی، گسترش یافته است. از جمله این فناوریها که مورد توجه مقالۀ حاضر است، استفادۀ همزمان از نانوسیالات و نیز نوارهای پیچشی جایگرفته درون لولۀ مبدل حرارتی است. در مطالعۀ عددی حاضر برای اولین بار از یک شبیهسازی عددی دوفازی اویلری-لاگرانژی در این هندسه، بهمنظور رفع کاستیهای مطالعات تکفاز پیشین استفاده شده است. اثرات متغیرهای مستقلی چون کسر حجمی نانوذرات و عدد رینولدز و متغیرهای ساختاری نوار پیچشی همچون لقی و نسبت پیچش بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک بررسی شدهاند. نتایج نشان داد جز رینولدز، سایر متغیرها اثرات کیفی یکسانی بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک دارند.https://energy.kashanu.ac.ir/article_113455_79b219659661bab3abedd66a528e56a2.pdf