توسعه مدل شبیه‌سازی تولید انرژی برق‌آبی مخزن با رویکردی جدید

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی

چکیده

امروزه توجه به طرح‌های توسعه برق‌آبی با توجه به ضرورت دستیابی به منابع انرژی ‌پاک از اهمیت ویژه‌ای در جهان برخوردار است. نیروگاه‌های برق‌آبی یک پتانسیل بزرگ جهانی تولید برق می‌باشند که مشکلات زیست محیطی بسیار کمتری به همراه دارند. انرژی برق‌آبی در حدود 19% از کل انرژی الکتریکی تولیدی جهان را در سال 2003 پوشش ‌داده که این نسبت به سرعت در حال گسترش است. موضوع میزان انرژی تولیدی در فصول مختلف سال یا ساعات مختلف شبانه‌ روز از مهم‌ترین موضوعات قابل بررسی در نیروگاه‌های آبی است. به‌ عبارت دیگر تعیین ظرفیت نصب (دبی طراحی)، از عوامل مهم در طراحی نیروگاه به‌ شمار می‌آید. بر این ‌اساس در این تحقیق یک الگوریتم توسعه‌یافته شبیه‌سازی تولید انرژی برق‌آبی به کمک نرم‌افزار MATLAB توسعه داده شده است. این مدل توسعه‌ یافته جهت مدل‌سازی برق‌آبی سیستم حوضه آبریز سد ابوالعباس که در محدوده جنوب غربی کشور در استان خوزستان واقع شده است، به کار برده شده است. در این شرایط شبیه‌سازی تولید انرژی سد مذکور برای ظرفیت نصب‌های نیروگاهی مختلف انجام شد و نهاًیتا با اعمال شاخص‌ اطمینان‌پذیری 90 درصد، ظرفیت نصب نیروگاه برابر 7/2 مگاوات تعیین گردید. در این ظرفیت نصب، انرژی اولیه و مازاد در اغلب ماه‌ها اتفاق افتاده است. همچنین در 33 درصد مواقع که مخزن در حداکثر تراز خود قرار دارد انرژی اضافی تولید شده است. هم‌چنین میزان انرژی اولیه و متوسط انرژی مازاد سرریزی به ترتیب برابر 8/20 و 2/13 گیگاوات ساعت در سال به صورت 24 ساعته تعیین شد. این الگوریتم و مدل توسعه‌ یافته قابلیت به کارگیری در هر مخزنی را دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of Reservoir Hydropower Generation Modelling by a New Approach

نویسندگان [English]

  • Seyed Ehsan Fatemi 1
  • Mozhgan Pakbin 2
  • Maryam Hafezparast Mavadat 1
1 Faculty of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah
2 Faculty of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah
چکیده [English]

By increasing of population rate in the world, the energy demand is increasing simultaneously. Nowadays, regarding to hydropower developing plans for achieving to clean energy sources has particular importance in the world. Hydropower plants are the one of the biggest world potential in energy generation having the minimum environmental problems [1]. Reservoir operation is one of the most important issues in the various problems of water resources. A reservoir operation policy is consist of rules which are determined the amount of water allocated or released from a reservoir [2]. Integrated water resources management is more considered to operate reservoirs in the water basin rather than past. It considers the hydropower demand as an independent water user with other water demands to reservoirs operation policy [3].
The subject matter of energy generation is the most important issue on hydropower plants in the seasons of a year or in the hours of daylight. In the other words, determination of installed capacity and designed discharge are the important factors in designing of hydropower plants. In case, a new developed algorithm of hydropower energy generation simulation is introduced by Matlab software in this study. This developed model is applied to simulate power generation of Abolabas reservoir system which is located in the west south of Iran, Khozestan province.  
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydropower energy
  • reliability
  • Installed capacity
  • Firm and second energy
  • Abolabas reservoir
[1]     فلاح مهدی­پور، ا.، بزرگ حداد، ا.، "بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخازن سدهای چند منظوره با کاربرد روش بهینه‌سازی مجموع ذرات"، مجله آب و فاضلاب، 1391، 4، 97-105.  
[2]        Wurbs, R. A., "Reservoir-System Simulation and Optimization Models", Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 1993, 119 (4), 455-472.
[3]     مأمن­پوش هرندی، ع.،  فصیحی، م.، "استفاده از نیروگاه‌های برق­آبی کوچک برای آبیاری زمین‌های مرتفع کشاورزی"، مجله آب و فاضلاب، 1380، 39، 50-52.
[4]        Sharifi, A. R., Kalin, L., Tajrishi, M., "A System Dynamics Approach for Hydropower Generation Assessmant in Developing Watersheds: A Case Study of Karkheh River Basin", Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 2013, 18 (8), 1007-1017. 
[5]        حسینی، س. م. ح.، هارون آبادی، ح.، براتی، ح.، فروزبخش، ف،. "تعیین ظرفیت نصب بهینه نیروگاه‌های آبی کوچک با استفاده از ترازیابی شاخص‌های فنی-اقتصادی و قابلیت اطمینان"، کنفرانس بین‌المللی برق، 1388، ایران، تهران.  
[6]        جلالی، م. ر.، افشار، ع.، " شبیه‌سازی پویای سیستم تولید انرژی مخازن برق‌آبی"، اولین کنفرانس مدیریت منابع آب، 1383، ایران، تهران.   
[7]        مرادی، م.، دارابی، ب. ش.، " بررسی تغییرات ارتفاع مخزن سد بر میزان تولید انرژی و راندمان واحدهای نیروگاه سد کرخه"، ششمین کنفرانس هیدرولیک ایران، 1386، ایران، شهرکرد.    
[8]        حسینی، ع.، ایزدجو، ف.، حسینی، ی.، ناصری، ع.، "طراحی شبیه­ساز یکپارچه نیروگاه‌های برق‌آبی و بازار انرژی"، دومین کنفرانس ملی نیروگاه‌های آبی کشور، 1387، تهران.  
[9]        امامی­تبریزی، س.، موسوی، س. ج.، افضلی، ر.، "مدل بهینه­سازی- شبیه­سازی در طراحی و بهره­برداری بهینه از سیستم­های چند مخزنه برق‌آبی PSO-MODSIMP"، نشریه مهندسی عمران و نقشه­برداری، 1390، دوره 45 (7)، 753-762.
[10]    شهبازی، ت.، صادقیان، م. ص.، "بهینه‌سازی بهره­برداری از سیستم مخازن سدهای برق‌آبی با استفاده از برنامه‌ریزی خطی در محیط برنامه­نویسی Lingo"، سومین کنفرانس مدیریت منابع آب، 1387، تبریز.  
[11]    مستوفی، ف.، شایقی، ح.، کاظمی‌کارگر، ح.، "پتانسیل‌سنجی و طراحی بهینه سیستم ترکیبی انرژی­های تجدیدپذیر جهت تأمین برق مورد نیاز ایستگاه­های پمپاژ ‌آب سایت مشکین­شهر"، نشریه انرژی ایران، 1391، دوره 15 (2)، 83-102
[12]    شمسایی، ا.، مهروند، ش.، شیخ­الاسلامی، س. ر.، "تعیین ظرفیت بهینه نصب نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک با استفاده از الگوریتم جست و جوی ذرات باردار (مطالعه موردی: نیروگاه کهنه لاهیجان)"، سیزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تبریز، 1393.
[13]    احمدیان­فر، ا.، ادیب، آ.، " بهینه­سازی بهره­برداری انرژی برق­آبی از سدها با استفاده از روش ترکیبی الگوریتم ازدحام ذررات و الگوریتم ژنتیک (مطالعه موردی: سد دز)"، مجله علوم و مهندسی آبیاری (مجله علمی کشاورزی)، 1394، 38 (4)، 63-70.
[14]    معینی، ر.، "بهینه­سازی مسأله بهره­برداری برق­آبی از سد دز با استفاده از الگوریتم بهینه­سازی سیستم مورچگان ترتیبی"، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، 17 و 18 اردیبهشت، 1393، بابل.
[15]     Afshar, A., "Optimization of Hydropower Plant Integration in Water Supply System", Water Resource and Planning Management, 1990, 116 (5), 665-675.
[16]     Afzali, R., Mousavi, S. J., Ghaheri, A., " Reliability-Based Simulation Optimization Model for Multi-Reservoir Hydropower Systems Operation: Khersan Experience", Water Resource Planning and Management, ASCE, 2008, 134(1), 24-33
[17]     Chen, L., Mcphee, J., William, W., Yeh, G., "A Diversified Multiobjective GA for Optimizing Reservoir Rule Curves", Advanced in Water Resources, 2007, 30 (5), 1082-1093.
[18]     Bozorg hadad, O., Afshar, A., Marino, M., "Design Operation of Multi-Hydropower Reservoirs: HBMO Approach", Water Resource Management, 2008, 22 (12), 1709-1722.
[19]     Yoo, J. H., "Maximization of Hydropower Generation through the Application of A Linear Programming Model", Journal of Hydrology, 2009, 182-187.
[20]     Zhou, R., Yong, K., "Optimal Operation Study of Qingrivrr Cascade Reservoirs Based on GA with Uncertainty and Flow Transmission Considered", Procedia Engineering, 2012, 44-48.
[21]     Lu, B., Li, K., Zhang, H., Wang, W., Gu, H., "Study on the Optimal Hydropower Generation of Hydro-Environment Research", 2013, 7, 270-278.
[22]     Loucks, D. P., Van Beek, E., "Water Resources Systems Planning and Management: An Introduction to Methods, Models and Applications", UNESCO, 2005.
[23]     Mays, L. W., Tung, Y. K., "Hydrosystems Engineering and Management", McGraw Hill, US, 1992.