20345

۲۰۳۴۵

مدل‌سازي رابطه‌ي آب- انرژي به‌منظور طراحي شبكه زيست‌توده‌هاي نسل دوم و سوم

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي اقتصادي و اجتماعي

۱۳۹۷-۱۳۹۸

۱۳۹۷/۱۱/۲۷

دكتر هادي صاحبي

دكتر محمد مهدوي مزده

صنايع

امروزه بخش عمده‌اي از انرژي موردنياز از سوخت‌هاي فسيلي به دست مي‌آيد. مصرف گسترده اين سوخت‌ها اگرچه رشد سريع اقتصاد در كشورهاي صنعتي پيشرفته را به دنبال داشته است اما محدود بودن اين منابع، زمان طولاني موردنياز براي تجديد، انتشار مواد آلاينده و كمك به تغيير اقليم جهاني و غيره جوامع را به يافتن منابع انرژي تجديدپذير جايگزين ترغيب نموده است. در ميان اين منابع جايگزين، انرژي حاصل از زيست‌توده از جايگاه ويژه‌اي برخوردار است زيرا علاوه بر قابل‌تجديد بودن، اثرات زيست‌محيطي به‌مراتب كمتري نيز به دنبال دارد. طيف گسترده‌اي از منابع زيست‌توده شامل گياهان و دانه‌هاي خوراكي و غيرخوراكي، پسماندهاي كشاورزي، جنگلي و دامداري، زباله‌ها و پسماندهاي شهري و صنعتي، جلبك‌ها و ريزجلبك‌ها و غيره وجود دارد كه اين منابع را در سه نسل دسته‌بندي كرده‌اند. در اين پژوهش مدلي براي طراحي شبكه تأمين انرژي زيستي از انواع مختلف زيست‌توده‌هاي نسل دوم (جاتروفا، پسماند كشاورزي و فضولات حيواني) و نسل سوم (ريزجلبك‌ها) با اهداف اقتصادي و مقدار انرژي توليدي ارائه‌شده است. سپس با اضافه شدن مفاهيم رابطه آب-انرژي و انتشار كربن يك مدل توسعه‌يافته با چهار تابع هدف نيز ارائه‌شده است. به‌منظور يافتن مكان‌هاي مناسب جهت كاشت جاتروفا در كشور ايران و كاهش فضاي جواب از سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) استفاده شده است. مدل رياضي‌ اوليه با استفاده از روش محدوديت اپسيلون تقويت‌شده و مدل توسعه‌يافته با روش برنامه‌ريزي آرماني MINMAX به‌وسيله نرم‌افزار CPLEXبراي استان‌هاي كشور ايران به‌عنوان مطالعه موردي حل شده‌اند. طبق نتايج در هر دو مدل، توليد انرژي از منابع ريزجلبك و جاتروفا نسبت به پسماند در اولويت است. واژه‌هاي كليدي: طراحي شبكه تأمين، زيست‌توده نسل دوم و سوم، رابطه آب-‌ انرژي، GIS، بهينه‌سازي چندهدفه

1398/01/26

Considering the water-energy nexus: towards an integrated model approach for biomass-to-bioenergy supply network design

2/16/2020 12:00:00 AM

Abstract Nowadays required energy mostly comes from fossil fuels. Although extensive use of these fuels caused fast growth in the economy of advanced industrialized countries, reasons such as limited availability, long time needed to renew, emission of pollutants, global climate change, etc., encourage societies to seek alternative renewable energy sources. Among these alternative sources, the energy from biomass (bioenergy) has particular importance because in addition to being renewable, the environmental impact is much less. There is a wide range of biomass sources including edible and non-edible plants and grains, agricultural and forests residue, animal wastes, urban and industrial wastes, algae and microalgae, etc., which are classified in three generations. In this research, a mathematical model is presented to design a bioenergy supply network from different types of second-generation biomass (Jatropha, agricultural residue and animal waste) and third generation (microalgae) with economic and energy production objectives.Therfore, adding the water-energy nexus and carbon emission concepts, an extended model with four objective functions is presented. In order to find suitable places for jatrofa cultivation in Iran and reduce the solution space, Geographic Information System (GIS) has been used. The primary mathematical model is solved using augmented ɛ-constraint method and the extended model is solved using MINMAX goal programming method by CPLEX software for Iran provinces as a case study. According to the results, in both models energy production from microalgae and jatrofa resources is prior to the waste. Keywords: Supply network design, second and third generation biomass, Water-energy nexus, GIS, multi-objective optimization