دانلود مقاله بهینه سازی سیستم های شبکه تاسیسات قدرت سایت صنعتی برای یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر

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.

1. مقدمه
     حرارت و توان الکتریکی مورد نیاز برای تولیدات صنعتی معمولا توسط سیستم های قدرت در ناحیه (یا سایت) صنعتی، تولید می شوند. سیستم تاسیسات قدرت به عنوان یکی از بخش های اساسی در صنایع فرایندی برای کاهش هزینه عملیاتی در نظر گرفته میشود، زیرا بیشتر انرژی مصرف شده در تولیدات صنعتی به طور مستقیم با تامین حرارت و توان الکتریکی ارتباط پیدا میکند. اما این روزها طراحی انرژی-کارآمد و مدیریت پایدار سیستم های قدرت اهمیت زیادی در راستای دست یابی به تولید انرژی کربن خنثی پیدا کرده است، زیرا روش های متعارف تولید حرارت و توان الکتریکی به مقدار قابل توجهی وابسته به احتراق سوخت های فسیلی هستند. با توجه به آنکه سیاست های کربن خنثی به سرعت در سطح صنعت در حال پیاده سازی شدن هستند و ارزش زیادی برای تولید انرژی به صورت سازگار با محیط زیست در نظر گرفته می شود، صنایع فرایندی باید اقدامات لازم برای پیاده سازی فناوری های ذخیره کننده انرژی را اجرا و همچنین از منابع انرژی پاک (بدون کربن)، استفاده کنند.
     صنایع فرایندی معمولا از یک سیستم قدرت مرکزی بهره می گیرند. این سیستم نقش مهمی در تولید، بهره برداری و توزیع توان الکتریکی و حرارت ایفا می کند و همچنین مبادله انرژی با فرایندهای پایین دستی را امکان پذیر می کند. در سیستم های قدرت تعداد واحدهای مولد توان الکتریکی تعریف می شود تا اینکه تولید و بهره برداری مقرون به صرفه بخار امکان پذیر شود و همچنین بتوانیم به طور کامل از پتانسیل تولید همزمان برق و حرارت، بهره برداری کنیم. با توجه به آنکه بخار تولید شده یا مصرف شده در سطوح مختلف فرایندهای پایین دستی در درون سیستم تاسیسات قدرت برهمکنش داخلی دارند، ما برای مدیریت انرژی مناطق صنعتی در صنایع خود باید یک رویکرد جامع را در سطح نیروگاه ها به شیوه ای یکپارچه، پیاده سازی کنیم. دستیابی به راندمان انرژی بالا یا حداقل کردن انتشار کربن سیستم های قدرت صنعتی به ارزیابی دقیق بده بستان اقتصادی مرتبط با تولید انرژی و توزیع آن، نیاز خواهد داشت. علاوه براین، مشکلات موجود در تعیین طراحی بهینه و شرایط عملیاتی با متغیر بودن تقاضای انرژی نیز ارتباط دارد. البته متغیر بودن مشخصه تقاضای انرژی در فرایندهای پایین دستی فرصت هایی را برای مبادله استراتژیک توان با شبکه فراهم می کند.

5. نتیجه گیری 
     توجه قابل توجهی به تاثیرات زیست محیطی ناشی از انتشار دی اکسید کربن توسط احتراق سوخت های فسیلی اختصاص داده شده است.در نتیجه، شاهد تدوین مقررات هایی برای تنظیم مصرف سوخت های فسیلی بوده ایم. با توجه به آنکه سوخت های فسیلی در حال حاضر منبع انرژی مهمی برای سیستم های قدرت صنعتی محسوب میشوند، در این مطالعه بر روی بررسی یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر در سیستم های قدرت متعارف تمرکز می کنیم. 
     تاثیر زیست محیطی سیستم های قدرت با در نظرگرفتن مالیات انتشار دی اکسید کربن تفسیر میشوند و سپس در قالب شاخص های اقتصادی همچون هزینه عملیاتی و هزینه سرمایه ای، بیان خواهند شد.در راستای مطالعه کردن تاثیر تکنولوژیکی-اقتصادی ادغام انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت تلاش می کنیم که ابتدا یک مدل فرایندی از سیستم های قدرت با کمک شبیه ساز نرم افزار تشکیل دهیم.در ادامه این مدل به منظور پیدا کردن اقتصادی ترین شرایط عملیاتی تحت محدودیت های طراحی، بهینه سازی خواهد شد.چارچوب بهینه سازی توسعه یافته در این مطالعه برای چهار مطالعه موردی مختلف به کار گرفته شد و به کمک آنها بینش های مفهومی در مورد تاثیرات یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت سایت صنعتی به دست آوردیم. 
     با توجه به آنکه واردات انرژی تجدیدپذیر به درون سایت صنعتی به طور سیستماتیک تحت مالیات انتشار دی اکسید کربن در نظر گرفته میشود، مطالعه انجام شده دانش مورد نیاز برای تحقق سیاست خنثی سازی کربن در سیستم های قدرت و حرارت صنعتی را تکمیل میکند. این مطالعه همچنین حاوی دستورالعمل هایی برای بهبود شرایط اقتصادی در مدیریت انرژی سراسری در سایت های صنعتی است که به دنبال گذار از سیستم های قدرت مبتنی بر سوخت های فسیلی هستند. در ادامه ما تحلیل حساسیت را از طریق تغییر دادن مالیات انتشار دی اکسید کربن و هزینه انرژی تجدیدپذیر، انجام دادیم.تحلیل حساسیت درک ما در مورد تاثیرات مقررات زیست محیطی و نوسانات قیمت انرژی تجدیدپذیر بر روی طراحی و عملیات سیستم های قدرت در سایت های صنعتی را تقویت خواهد کرد.ما با کمک مدل پیشنهاد شده در این مطالعه میتوانیم پیش بینی کنیم که تغییرات هزینه انرژی تجدیدپذیر و محدودیت های عملی چگونه میتوانند روند هزینه های کلی تولید انرژی را تغییر دهند. 

Abstract

     Considerable attention has been paid to the electrified energy supply based on renewable energy for achieving carbon-neutrality. A systematic and integrated approach is required to identify optimal operating strategies for the integration of electrified energy sources with conventional utility systems and to understand the techno-economic impact of using renewable energy on industrial energy management. Renewable-integrated industrial utility systems are modeled, which is optimized to investigate economic trade-off between capital investment, fuel consumption, power generation, and CO2 emission tax. Sensitivity of key design parameters is examined with the optimization framework, which allows to gain conceptual understanding on the economic impact of CO2 emission tax and prices of renewable electricity on site-wide heat and power management. Compared to the utility system based on the combustion of fossil fuels only, the operating cost of renewable-integrated system in the case study can be reduced about 14% in the operating cost and 9% in the capital cost through the strategic import of 20 MWe renewable electricity. The presented case studies fully illustrate economic impacts related to the implementation of renewable electricity to industrial utility systems and demonstrate the benefit of process-integrated optimization for renewable energy integration in practice.

1. Introduction

     The heat and power required for industrial manufacturing is typically generated on the industrial site from utility systems. The utility system has been regarded as an integral part for process industries for reducing the operating cost, as most of the energy consumed in industrial manufacturing is related to the supply of heat and power. The energy-efficient design and sustainable management of utility systems becomes more important these days to achieve carbon-neutral manufacturing, as the conventional way of generating heat and power heavily relies on the combustion of fossil fuels. Due to the industry-wide and rapid introduction of net-zero policies and the recognition of societal responsibility for environmental production, urgent actions are demanded for process industries not only to implement energy-saving technologies, but also to utilize carbon-free energy sources.

     Process industries typically employ a centralized utility system, which plays a main role to generate, utilize and distribute heat and power, and allows the energy exchange with downstream processes. The number of units are introduced in utility systems to facilitate costeffective generation and utilization of steam and to fully exploit cogeneration potential. As the steam generated or consumed at different levels from downstream processes are interacted within the utility system, a plant-wide approach in an integrated manner is required for site-wide energy management in industries. Achieving high energy efficiency or minimizing carbon emissions from industrial utility systems requires rigorous evaluation of economic trade-off related to energy generation and its distribution. Such difficulty in the determination of optimal design and operating conditions is also related with variable energy demands, although this non-constant characteristic in energy demands from downstream processes offers opportunities to strategically exchange the power with the grid.

5. Conclusion

     Considerable attention is being paid to the environmental impact associated with CO2 generated by the usage of fossil fuels, which led to the introduction of legislations for regulating the combustion of fossil fuels. As fossil fuels are currently a main energy source for industrial utility systems, focus on this study is made to investigate renewable energy integration to the conventional steam and power generation.

     The environmental impact of the utility system is interpreted with the accounting of CO2 tax, which is then incorporated into economic values in terms of operating cost and capital investment. The technoeconomic impact of renewable energy integration is studied by building a process model of utility systems with the simulator, which is then optimized to find the most economic operating conditions, subject to design constraints. The optimization framework developed in this work was applied to four different cases, with which conceptual insights related to the integration of renewable electricity to the industrial site are gained.

     As the import of renewable energy to the industrial site is systematically considered subject to CO2 emission tax, the study conducted contributes to the knowledge for the realization of carbon neutrality for industrial heat and power systems as well as provides operational guidelines for improving economics in site-wide energy management under the transition of fossil fuel-based system to electrified system. The sensitivity analysis by changing the CO2 emission tax and renewable energy cost was performed, which also enhances our understanding on the impact of environmental regulations and the possible price fluctuation in renewable energy on the design and operation of site utility systems. With the model proposed in this study, we are able to predict the trend of cost change related to energy production, under variation in renewable energy cost and practical limitations in confidence.

(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)

VHP1 
VHP2 
VHP3 
VHPIn1 
VHPIn2 
VHPOut 
VHPLetdown 
Natural gas feeds stream for the gas turbine 
HP1 
HP2 
HPOut 
HPLetdown 
MP1 
MP2 
MPOut 
MPLetdown 
LP1 
LP2 
LP3 
LPOut 
LPLetdown

چکیده
1. مقدمه
2. مدل بندی و شبیه سازی سیستم های قدرت در زمینه یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
2.1 پایه طراحی برای مدل بندی فرایند
2.2 یکپارچه سازی انرژی تجدیدپذیر
3. بهینه سازی فرایند سیستم های قدرت سایت صنعتی
3.1 بهینه سازی
3.2 اعتبارسنجی مدل بندی فرایندی 
4.  مطالعه موردی
4.1 مورد 1: بهینه سازی OPEX ( مخارجی عملیاتی) بر اساس هزینه سوخت
4.2 بهینه سازی OPEX با در نظر گرفتن انتشارات CO2
4.3 مورد 3: بهینه سازی OPEX تحت یکپارچه سازی انرژی الکتریکی تجدیدپذیر
4.4 مورد 4: در نظر گرفتن هزینه های عملیاتی و سرمایه ای برای بهینه سازی
5. نتیجه گیری 
منابع

Abstract
1.    Introduction
2.    Modeling and simulation of utility systems subject to renewable energy integration
2.1.    Design basis for process modeling
2.2.    Integration of renewable energy
3.    Process optimization of site utility systems
3.1.    Optimization
3.2.    Validation of process modeling
4.    Case study
4.1.    Case 1: OPEX optimization based on fuel cost
4.2.    Case 2: OPEX optimization considering CO2 emissions
4.3.    Case 3: OPEX optimization subject to renewable electricity integration
4.4.    Case 4: consideration of both capital and operating costs for the optimization
5.    Conclusion
Credit author statement
Declaration of competing interest
Acknowledgments
References

این محصول شامل پاورپوینت ترجمه نیز می باشد که پس از خرید قابل دانلود می باشد. پاورپوینت این مقاله حاوی 31 اسلاید و 5 فصل است. در صورت نیاز به ارائه مقاله در کنفرانس یا سمینار می توان از این فایل پاورپوینت استفاده کرد.

در این محصول، به همراه ترجمه کامل متن، یک فایل ورد ترجمه خلاصه نیز ارائه شده است. متن فارسی این مقاله در 14 صفحه (2600 کلمه) خلاصه شده و در داخل بسته قرار گرفته است.

علاوه بر ترجمه مقاله، یک فایل ورد نیز به این محصول اضافه شده است که در آن متن به صورت یک پاراگراف انگلیسی و یک پاراگراف فارسی درج شده است که باعث می شود به راحتی قادر به تشخیص ترجمه هر بخش از مقاله و مطالعه آن باشید. این فایل برای یادگیری و مطالعه همزمان متن انگلیسی و فارسی بسیار مفید می باشد.

بخش مهم دیگری از این محصول لغت نامه یا اصطلاحات تخصصی می باشد که در آن تعداد 54 عبارت و اصطلاح تخصصی استفاده شده در این مقاله در یک فایل اکسل جمع آوری شده است. در این فایل اصطلاحات انگلیسی (تک کلمه ای یا چند کلمه ای) در یک ستون و ترجمه آنها در ستون دیگر درج شده است که در صورت نیاز می توان به راحتی از این عبارات استفاده کرد.