بهینه‌سازی چندهدفه مبتنی‌بر روش شبیه‌سازی گذری و سطح پاسخ (RSM) در سیستم‌های تولید انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مدیریت صنعتی، واحد فیروزکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، فیروزکوه، ایران

2 گروه ریاضی، واحد فیروزکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، فیروزکوه، ایران

چکیده

هدف این پژوهش بهینه‌سازی سیستم ترکیبی متشکل از پنل‌های فتوولتائیک خورشیدی و دستگاه دیزل ژنراتور به‌عنوان ۲ متغیر تصمیم مستقل و 5 پاسخ و یا تابع هدف بهینه‌سازی شامل مصرف برق سیستم، مصرف گاز سیستم، مصرف سوخت دیزل، میزان کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی و همچنین بازگشت سرمایه به‌عنوان متغیرهای وابستۀ تحقیق‌اند. برای دستیابی به بهترین طراحی ممکن در نرم‌افزار ترنسیس از یک روش بهینه‌سازی استفاده می‌شود. درضمن برای پیدا کردن بهترین ترکیب فاکتورهای انتخاب‌شده در سیستم، از روش سطح پاسخ استفاده شده است. هدف اصلی سطح پاسخ، برآورد و پیش‌بینی تأثیر متغیرهای مستقل بر متغیر وابسته است. پس از پیاده‌سازی سیستم در نرم‌افزار ترنسیس و بهینه‌سازی توسط روش سطح پاسخ نتایج نشان داد که مساحت پنل‌های فتوولتائیک در حالت بهینه برابر با 11770 متر مربع و توان دیزل ژنراتور بهینه برابر با 984 کیلووات است. همچنین در شرایط بهینه، سیستم بهترین عملکرد را داشته و مطلوبیت ترکیبی برابر با 740/0 است. این عدد نشان می‌دهد که عملکرد سیستم بهینه و نزدیک به حالت ایدئال یعنی 1 است. ازنظر مصرف انرژی، سیستم بهینه به مصرف کل برق 1026860 کیلووات، کل مصرف گاز 205182 متر مکعب، کل مصرف سوخت دیزل 1338030 لیتر، میزان آلاینده‌های زیست‌محیطی 23/3693 کیلوگرم و دورۀ بازگشت سرمایه 679/1 سال دست پیدا می‌کند. همچنین استراتژی 1 که شامل خرید مستقیم کل دیماند برق از شبکه و فروش مستقیم کل برق تولیدی سیستم به شبکه است، ازلحاظ اقتصادی به‌صرفه‌تر به نظر می‌رسد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که سیستم ترکیبی مورد بررسی، یک راهکار مناسب برای تولید همزمان انرژی الکتریکی و حرارتی بوده و قادر به تولید انرژی الکتریکی و حرارتی در طول سال است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] IEA.,"Deploying Renewables Best and Future Policy Practice. OECD/IEA Paris International Energy Agency", 2011. https://iea.blob.core.windows.net/assets/878ce35d-81d2-46ba-81ee-a8fa387e835d/DeployingRenewables-Bestand FuturePolicyPractice.pdf
[2] Premadasa, P., Silva, C., Chandima, D., "A multi-objective optimization model for off-grid hybrid energy microgrid metering with optimal distribution of a diesel generator", Journal of Energy Storage, Vol. 68, No. 15, pp. 107621 2023. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107621
[3] Shakya, S., Bajracharya, d., Ananda, R., Bhave, P., "Estimation of air pollutant emission from diesel generators and its reduction potential through microgrid and solar energy", Energy Reports, Vol. 7, No. 4, pp. 2485, 2022. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.084
[4]Muskan, H., Channi, H., Ahmadzadeh,F.,"Optimum design of system based on PV-diesel generator using HOMER software", Materials Today Proceedings,Vol.10, No. 2, pp. 102547, 2023. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.01.053
[5] Kumar, P., Pal, P., Sharma, H., "Optimization and Techno-Economic Analysis of a Solar Photovoltaic/Biomass/Diesel/Battery Hybrid Power Generation System for Remote Rural Electrification in Eastern India", Energy, Vol. 247, No. 15, pp. 123560, 2022. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123560
[6] Kelly, E., Nouadje, B., Djiela, R., "Off-grid PV/diesel/wind/battery energy system options for electrifying isolated areas of Chad", Vol. 16, No. 8, pp. 299-311, 2023. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13906
[7] Koholé, Y., Ngouleu, C., Fohagui, F., "Optimization of Off-Grid Hybrid Photovoltaic/Wind/Diesel/Fuel Cell System for Residential Power Generation Applications Using Evolutionary Algorithms", Renewable Energy, Vol. 224, No. 15, pp. 120131, 2024. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120131
[8] Li, CH., Zhang, C., Qiu, F., "Optimization and Eco-Economic Evaluation of Hybrid Sustainable Energy Systems: A Case Study of a Photovoltaic/Biogas/Diesel/Battery System in Xuzhou, China",
Energy Strategy Reviews, Vol. 40, No. 15, pp. 100852, 2022. https://doi.org/10.1016/j.esr.2022.10085
[9] Saleh Aziz, A., Naim Tajuddin, MF., Khalil, T., "Techno-Economic and Environmental Evaluation of PV/Diesel/Battery Hybrid Energy System Using Improved Distribution Strategy", Renewable Energy, Vol. 8, No. 8, pp. 67946814, 2022. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.05.021
[10]Almutairi, KH., Dehshiri, S., "Usingwind-solar-diesel-battery hybrid energy system to supply energy to buildings in remote areas: a casestudy", Vol. 13, No. 16, pp. 8764, 2021. https://doi.org/10.3390/su1316876
[11] Rajashekar, P., Mandi, G., "Reva University˛Solar PV system with energy storage and diesel generator", Industrial and Information Systems, 2010. https://doi.org/10.1007/978-3-319-51343-0-22, 2010, https://www.researchgate.net/publication/224175591
[12] Azman, N., Sulistiawan, R., "Design and Performance Evaluation of an Off-Grid Hybrid Solar System in a Remote Location: A Case Study of Lagondi Island", MethodsX, Vol. 12, No. 12 pp. 102716, 2024. https://doi.org/10.1016/j.mex.2024.102716
[13] Fan, J., Zhou, X., "Optimization of a hybrid solar/wind/storage system with bio-generator for a household by emerging metaheuristic optimization algorithm", Journal of Energy Storage, Vol. 73, No. 10, PP. 108967, 2023. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108967
[14] Aeggegn, D., Agajie, T., Workie, W., "Feasibility and techno-economic analysis of PV battery priority grid connection system with diesel flexibility: a case study", Heliyon,Vol. 9, PP.19387, 2023. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e19387
[15] Hermann, D., Donatien, N., "Techno-Economic and Environmental Feasibility Study with Photovoltaic/Wind/Hydropower/Battery/Diesel Demand Management: A Case Study in Sub-Saharan Africa", Energy Conversion and Management, Vol. 10, PP. 1016, 2022. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115494Get rights and content
[16] Hwang, S., Tongsopit, S., "Transition from diesel backup generators to PV-plus storage microgrids in California public buildings", Sustainable Production and Consumption, Vol. 38, pp. 252-265, 2023. https://doi.org/10.1016/j.spc.2023.04.001
[17] Mao, M., Song, M., "Comparative studies on using RSM and TOPSIS methods to optimize residential air conditioning systems", energy, Vol. 10, pp. 11160, 2018. https://doi.org/10.1016/j.energy.11.160,2018
[18]LujanMoreno, G., Howard, F., "MontgomeryDesign Design of experiments and response surface methodology to tune machine learning hyperparameters,with a random forest case-study", Expert Systems With Applications,Vol. 11, PP. 195-205, 2018. https://doi.org/10.1016/j.eswa. 05.024, 2018
[19] Derringer, G., Suich, R., "Simultaneous optimization of several response variables", Journal of quality technology, Vol. 12, PP. 214-219, 1980. https://doi.org/10.1080/00224065. 11980968,1980
[20] Li, L., Lu, L.,Yang, H., "Energy and economic performance analysis of an open cycle solar desiccant dehumidification air-conditioning system for application in Hong Kong", Solar energy, Vol. 84, pp. 2085-2095, 2010. https://doi.org/10.1016/j.solener. 09.006
[21] Myers, R., Montgomery, D., Anderson, C., Response surface methodology: process and product optimization using designedexperiments, ISBN:978-1-118-91601-8 February 856 Pages,
[22] Varghese, E., Hemavathi, M., "Design Expert Software for RSM and ME: Overview, Design Generation and Analysis",  Vol. 25, pp. 286-315, 2023. http://eprints.cmfri.org.in/17377/