شماره ركورد
33883
پديد آورنده
احسان جمشيدي شورستاني
عنوان
تحليل فني- اقتصادي و بهينه سازي چيدمان توربين هاي محور افقي در يك مزرعه بادي با استفاده از الگوريتمهاي فراابتكاري نوين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي سيستمهاي انرژي- تكنولوژي انرژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/12
استاد راهنما
سيد مجتبي ميرحسيني
استاد مشاور
-
دانشكده
دانشكده فناوريهاي نوين
چكيده
با توجه به رشد روزافزون نگرانيهاي جهاني پيرامون تغييرات اقليمي، آلودگيهاي زيستمحيطي و تخريب منابع طبيعي، تأمين پايدار انرژي به يكي از چالشهاي مهم قرن بيستويكم تبديل شده است. از سوي ديگر، كاهش ذخاير سوختهاي فسيلي، افزايش قيمت نفت و گاز، و پيامدهاي زيستمحيطي حاصل از استفاده گسترده از منابع انرژي تجديدناپذير، موجب شده است كه حركت به سمت منابع انرژي تجديدپذير بهعنوان يك ضرورت اجتنابناپذير در برنامهريزيهاي كلان اقتصادي، زيستمحيطي و صنعتي كشورها مطرح گردد. در اين ميان، انرژي باد بهعنوان يكي از پاكترين و در دسترسترين منابع انرژي تجديدپذير، بهدليل مزايايي نظير سازگاري زيستمحيطي، هزينههاي پايين نگهداري و بهرهبرداري، و قابليت بهرهبرداري در مناطق مختلف جغرافيايي، از جايگاه ويژهاي برخوردار شده و توجه سياستگذاران، صنعتگران و جامعه علمي را به خود جلب كرده است. احداث مزارع بادي بهعنوان اصليترين روش بهرهبرداري از انرژي باد، مستلزم طراحيهاي بهينه و دقيق در زمينه مكانيابي و جانمايي توربينها ميباشد، چرا كه عواملي نظير محدوديت منابع مالي، محدوديتهاي زمين و تأثير متقابل توربينها بر يكديگر، نقش مهمي در كاهش يا افزايش بهرهوري نهايي دارند. در اين پژوهش، به منظور ارائه مدلي كارآمد براي بهينهسازي جانمايي توربينهاي بادي، دو سناريوي اصلي مورد مطالعه قرار گرفته است: نخست، سناريويي كه در آن تعداد مشخصي توربين در اختيار قرار دارد و هدف، دستيابي به حداكثر توان توليدي است؛ و دوم، حالتي كه هدف، دستيابي به توان مشخصي با حداقل تعداد توربين ممكن ميباشد. بهمنظور مدلسازي فضا، يك مزرعه بادي با ابعاد 2×2 كيلومتر در نظر گرفته شده كه به 100 سلول مجزا تقسيم ميشود. در ادامه، الگوهاي مختلف باد براي شرايط مختلف آبوهوايي مدنظر قرار گرفته و با انتخاب مدل «ويك جنسن» به بررسي اثر تداخل ويك بين توربينها پرداخته شده است. سپس، با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهعنوان يكي از روشهاي قدرتمند در بهينهسازي تركيبي، چيدمان توربينها بهگونهاي تنظيم شده است كه توان توليدي مزرعه به حداكثر مقدار ممكن برسد و در عين حال، هزينههاي احداث و بهرهبرداري نيز در كمترين سطح ممكن حفظ گردد. از ديگر نوآوريهاي اين پژوهش، در نظر گرفتن متغير ارتفاع توربينها در فرآيند بهينهسازي است؛ بهطوريكه اثرات ارتفاع در دو سناريوي توربينهاي با ارتفاع ثابت و متغير مورد بررسي قرار گرفته و تأثير آن بر توان خروجي و هزينه كلي سيستم تحليل شده است. در فاز نهايي تحقيق، رويكردي نو ارائه شده است در اين رويكرد نوآورانه، ابتدا بر اساس توان مورد نياز و توان نامي هر توربين، تعداد اوليه توربينها بدون در نظر گرفتن اثر ويك تعيين و چيدمان اوليه براي دستيابي به اين توان طراحي ميشود. سپس با بهينهسازي چيدمان و محاسبه دقيق توان واقعي توليدي با احتساب اثر ويك، ميزان توان خروجي بررسي ميگردد. پس از تثبيت اين چيدمان اوليه، به منظور رسيدن به توان هدف بدون تغيير در جايگاه توربينها، تعداد توربينهاي جديدي به همان چيدمان افزوده ميشود. اين فرآيند در دو حالت ارتفاع ثابت و متغير اجرا شده و نتايج هر دو روش به دقت مقايسه و تحليل شدهاند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/07
عنوان به انگليسي
Technical – economic analysis of Layout Optimization of horizontal axis turbines in a wind farm using meta-heuristic algorithm
تاريخ بهره برداري
10/4/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احسان جمشيدي شورستاني
چكيده به لاتين
Given the escalating global concerns about climate change, environmental pollution, and the depletion of natural resources, ensuring a sustainable energy supply has emerged as one of the greatest challenges of the 21st century. Simultaneously, the exhaustion of fossil fuel reserves, increasing oil and gas prices, and the environmental repercussions of extensive reliance on non-renewable energy sources have rendered the transition to renewable energy sources an unavoidable requirement in economic, environmental, and industrial planning at the national level. Among renewable sources, wind energy has gained a leading role due to its environmental friendliness, low operational and maintenance costs, and adaptability across diverse geographical regions. These advantages have attracted considerable interest from policymakers, industry professionals, and researchers. Wind farms, the primary means of exploiting wind energy, necessitate accurate and optimized designs regarding both site selection and turbine arrangement, as factors such as budgetary constraints, limited land availability, and turbine wake interactions significantly influence their overall efficiency and productivity. This study aims to develop an effective model for optimizing wind turbine layouts through two main scenarios: (1) maximizing power generation with a fixed number of turbines and (2) achieving a predefined power output with the fewest possible turbines. For spatial modeling, a 2×2 km² wind farm is considered, divided into 100 discrete cells. Various wind conditions representing different climates are analyzed, and the "Wake Jensen" model is applied to evaluate the impact of wake interference among turbines. The turbine arrangement is then optimized using the Genetic Algorithm, a robust combinatorial optimization technique, with the objective of maximizing power output while minimizing both installation and operational costs. A notable innovation of this research is the inclusion of turbine height as a decision variable in the optimization process. Its effects are assessed under two conditions—fixed height and variable height—and thoroughly examined in terms of output power and total system costs. In the final stage of the research, a novel method is proposed. Initially, a preliminary turbine layout is designed to meet the target power output without accounting for wake effects. Subsequently, the actual power output (including wake interference) is calculated, and additional turbines are gradually incorporated to achieve the target output. This procedure is performed for both fixed- and variable-height scenarios, after which the outcomes from each approach are compared and analyzed.
كليدواژه هاي فارسي
بهينهسازي , مزرعهبادي , الگوريتم ژنتيك , اثر ويك
كليدواژه هاي لاتين
Optimization , Wind farm , Genetic Algorithm , Wake effect
Author
Ehsan jamshidi
SuperVisor
S.Mojtaba Mirhoseini