Recommandé
Contenu connexe
Plus de Arn Akbarieh
Plus de Arn Akbarieh (16)
Zero Energy Homes خانه انرژی صفر
- 1. ZERO ENRGY HOMES مطالعه بر روی عملی شدن ساخت خانه انرژی صفر در نیوفاندلند
- 2. معرفی خانه انرژی صفر اصطلحی است که برای خانه ای استفاده می شود که به طرز مطلوبی تکنولوژی انرژی تجدید پذیر تجاری موجود را با شیوه های اجرایی کارایی و بازدهی انرژی؟.در یک خانه انرژی صفر هیچ ِ سوخت فسیلی مصرف نمی شود. و مصرف سالنه برق برابر با تولید سالنه برق است. یک خانه انرژی می تواند صفر شبکه به هم پیوسته ای باشد یا نباشد. یک خانه انرژی صفر جدا از شبکه بندی یک نظم و ترتابا برای ذخیره ااااازی اتااارده ای ا معمول اها الاا باتری دارد. و اتاااه اها ذخیره ااااازی انرژی س بس ب ب شک انرژ گس س ی ،قسمتی از بار ممکن است بدون بهره برداری بماند اما در یک خانه انرژی صفر شبکه پیوسته هیچ باری به تعویق نمی افتد یا بدون بهره برداری باقی نمی ماند. ممکن است نیروی بیشتری نسبت به استفاده اش ازمنبع نیروی تولید شده اضافی درون شبکه تولید کند؟.در طول زمان های قطع برق،با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری ها، یک خانه انرژی صفر شبکه پیوسته می تواند نیروی مورد نیاز خودش را تولید کندد،که به صاحب خانه اجازه تامین انرژی اصلی را می دهد. یک خانه انرژی صفر خالص طراحی و ساخته شده است تا تمامی انرژی مورد نیاز در طول ترکیب کارایی انرژی و فناوری تولید انرژی تجدید پذیر را تولید نماید. تعدادی از خانه ها و ساختمان های انرژی صفر ،ساخته شده اند،تست شده اند و در دنیا مطرح شده اند.تقریبا در تمام چنین آرایش هایی منابع انرژی تجدیدپذیر شامل سلول های قدرت زای نوری،گرم کننده های خورشیدی آب،پمپ های گرمایشی ژئوترمال)زمین-حرارتی( است.در حالی که در ایاا خورشیدی مقاوم مانادا گرمااشا خورشیدی مقاوم،ایزوله ی ن طرف تقاضای ایاا،تکناکا های طراح ا ی انرژ کردن،پنجره های کنترلی، طراحی فضای داخلی و باغداری امتحان شده است. در خانه های انرژی صفر ات ا ایاا کند. در مکاایا بادی، مانند ن ای اا بالی روشناایا و ااااایل ایاا در ذخیره ای ا مشارک م انرژ برق وس ی بازده ا نیوفاندلند،انرژی یک خانه را می توان با یک توربین بادی تولید کرد. یک سیستم انرژی پیوندی شامل قدرت زای نوری،توربین بادی و micro-hydroیکی از احتمالت است.
- 4. حدود 000005و مساحتی حدودنیوفاند پایتخت نیوفاندلند است و St John’s 000211کیلومتر مربع دارد.آب هوایی معمولی St John’sجدول درداده شده است. 1 شکل1 نقشه سرعت اصلی باد در نیوفاندلند را نشان می دهد.با این وجود نیوفاندلند بسیار بادی است و انرژی را می توان از توربین های بادی به دست آورد.تا کنون منابع انرژی بادی صنعتی نشده اند.تنها چند توربین بادی کوچک باتری ای در نیوفاندلند استفاده .شده است. در ای قسمت از کانادا جمعیت پراکنده است و انجمن های کوچک وجود دارد Newfoundland hydroظرفیت 8.7 مگا وات در9 انجمن و شهر کوچک نصب شده با است. شبکه نیوفاندلند از قسمت های اصلی کانادا جدا است.بسیاری از خانه ها که در انرژی بر اساس استاندارد 0002-R هستند. این ناحیه ساخته شده اند0002-R هدف برای هر خانه و تعدادی از الزامات فنی برای تهویه،ایزوله کردن،انتخاب مصالح،مصرف آب و فاکتورهای دیگر پایه گذاری شده است. استاندارد0002-Rاجرایی است و الزاماتی را برای اینکه خانه ها چگونه عمل کنند نسبت به اینکه چگونه ساخته شوند شامل می شود.این طراح و سازننده را آزاد می گذارد تا بهترین و اقتصادی ترین را و شامل الزاماتی استاندارد 0002-R را بیابند. برای خانه0002-R بازدهی انرژی ،کیفیت هوای درون خانه و استفاده از مصالح دوست دار محیط زیست و مرغوب است.در این مقاله توضیحات و شبیه سازی هایی از سیستم انرژی برای یک خانه است.در نیوفاندلند ارائه شده 0002-R
- 8. خانه مورد مطالعه نخستین تعهد در محدوده این تغییرات جمع آوری و تحلیل اطلعات مصرف انرژی برای خااها های اکاااونی معموایا در نیوفاندلادا بود.اانا اطلعات برای اها دست ب ی ن ل مس ن آوردن آمار واطلعات عدد ی میزان مصرف انرژی در یک خانه مسکونی معمولی ِ مورد نیاز بود.این اطلعات از شرکت صنایع نیرو محلی نیوفاندلند جمع آوری شد.داده هاا الاا دو خااها بودادا اه ا هردو 0002- Rوخانه های دو طبقه و سه خوابه ن ک ن ااا شام بودند.جزئیات خانه های تک خانواده 0002- Rدر جدول دو آمده است.پی خانه ها بتنی است در حالی که خود سازه چوبی است.بیشتر خانه های این ناحیه از برق برای آشپزی و گرم کردن فضای خانه و آب استفاده می کنند.اطلعات مصرف برق خانه های تک خانواده با دستگاه واتمتر و دستگاه ثبت اطلعات که به خط اصلی نیروی ورودی به خانه متصل شده بود،جمع آوری شد.واحد استفاده اطلعات هر 51 دقیقه یک بار نیروی ورودی به خانه را بر حسب کیلو وات ثبت کرد.این اطلعات در سال های 7991 و 8991 جمع آوری شد.اطلعات جمع اوری شده در بازه یک سال برای این مقاله استفاده شده است.
- 10. از اطلعات به دست آمده،یک نمایه از مصرف انرژی در خانه ساخته شد. عکس 5-2 نشان دهنده ی نمایه مصرف انرژی در خانه شماره 1 است.میزان مصرف متوسط در خااها شماره 1 ،در حدود 5071.85 kWh/dayاست.عکس 2میزان مصرف ن متوسط در ماه ژانویهرا مشان می دهد که بالترین است )حدود (3.8kWدر حالی اتااا کمترانا است )در حدود 4.1 ی اطااا نیروی اراااف شده در جولی و آگوس مص اه ا متوس ک .(kWشکل 3 نمایه میزان مصرف متوسط روزانه خانه را نشان می دهد.بیشترین نیرو، صبح ها حدود ساعت 8 و پس از آن،بیشترین مصرف بعد اط 5 بعد از ظهر اتفاق می افتد و تا 6 ساعت بعد ادامه دارد. شکل 4 نشان می دهد که بیشترین نیروی مصرفی در خانه حدود 1- .2kWاست.با توجه به شکل 5 اوج سالنه مصرف در 11 فوریه است و .11kWاست. در طول آخرین روزهای ماه دسامبر ساکنین خانه ی شملره 1 در خانه حضور نداشتند که باعث مصرف کم نیرو شد. نمنایه انرژی خانه شماره 2 هم مشابه است.تنها اطلعاتی که در خانه شماره 1جمع آوری شده است برای انتخاب سیستم انرژی استفاده شده است.
- 14. منابع انرژی اطااا ااااالنه باد در St John’s 6.7m/sاتااا. الاا 6 سرعت متوسط شک اس اراااعت متوس س س ماهااها باد را در ااااالیان بانا 2491-0991 نشان می دهد. یک مقایسه سریع از ی س ن نمودار 6 با نمودار 2 مشخص می کند که هوا در طول ماه های زمستان بادی است که دلیل بر احتیاج به گرمایش فضای خانه است.اطلعات ساعتی باد برای سالیان 7991-8991 و 1791-5791 از دفتر مقایسات محیط زیست کانادا به دست آمده است.
- 17. شکل 7 اطلعات سرعت طبیعی باد را که در سال 7991 ثبت شده است نشان می دهد. اطلعات برق مصرف شده در خانه اشاره شده در بال هم در همان زمان ثبت شده است.سرعت باد متوسط سالنه باد در طول سال 7991 ،69.5 ) m/sکمی کمتر از حد معمول(بوده است.بیشترین سرعت باد ثبت شده 21m/sدر ماه آپریل بوده است.این کمتر از سرعت جابجایی باد برای یک توربین معمولی باد است.نمایه سرعت متوسط روزانه باد در شکل8 نشان داده شده است،که نشان می دهددر طول روز هوا بادی تر و در عصر ها ارتفاع باد بیشتر است. احتمال پخش سرعت باد در شکل 9 نشان داده شده است.یک عدد مناسب برای ضریب پخش شکل ویبول 40.2، Weibull kو ضریب مقیاس c،6.74 m/sاست.پخش ویبول Weibullدو پارامتری )احتمال تاثیر چگالی( در معادله در ادامه آمده است.
- 20. همچنین از شکل 9 می توان دریافت که احتمال سرعت باد در حدود5-6 m/sدر St .John’sبسیار زیاد است.اطلعات آفتابگیری روزانه در سالهای 7991-8991که در؟ ثبت شده است از سازمان محیط زیست به دست آمد.شکل 01 آفتابگیری متوسط ماهانه را بر حسب 2 kWh/mنشان می دهد، که در ماه ژوئن با میزان 532.0 2 kWh/mبالترین محسوب می شود. این آفتابگیری خورشیدی در طول ماه های طمستان قابل چشم پوشی است در حالی که انرژی بیش از هر زمان دیگری مورد نیاز است.متوسط سالنه انرژی خورشیدی در .St John’sدر 7991، 40.3 kWh/m2/dayاست که مقدار ناچیزی به شمار می آیداستفاده از فوتوولتائیک یا قدرت زای نوری به دلیل آفتابگیری کم در زمستان در این مقاله مورد مطالعه قرار نگرفته است.
- 23. انتخاب سیستم انرژی بادی انتخاب این سیستم بر حسب اطلعات سرعت باد و پروفیل یا نمایه بار است است که با استفاده اط نرافزار آزمایشگاهی انرژی تجدید پذیر ملی HOMER (Hybrid به به دس (Optimization Model for Electric Renewable طور رایگان درhttp://www.nrel.gov/international/tools/HOMER/homer.html موجود است.این نرم افزار به دلیل نیاز به سیستم طراحی اشیا چندگانه ، به اندازه کافی دقیق برای اطمینان از پیش بینی عملکرد سیستم توسعه داده شد.و به اندازه کافی آسان یییی را برای پیدا کردن گزینه یدیی یتییی یای براحتی تعداد زیادی از گزینه های طراح و کارآم هس ت انجام بهترین .مطلوب ارزیابی کندHOMER دادن شبیه سازی های ساعتی از هزاران سیستم نیرو و برق بالقوه بررسی می کند و آنها را برحسب هزینه طول عمر درجه بندی می کند.همچنین این نرم افزار آنالیز حساسیت انجام می دهد تا تاثیر تغییر در یکی یا چندین تا از پارامترهای ورودی را ارزیابی کند. دو گرفته برای خ توربین بادیJacobsو BWC EXCEL-R شدند.منحنی انرژی این توربین های بادی در شکا11 نمایان است.هردو این توربین ها قیمت و سرعت باد ورودی و خروجی یکسانی دارند اما خصوصیاتشان به کلی متفاوت . است
- 25. برای اجتناب از هزینه دخیره سازی باتری یک حانه انرژی صفر شبکه پیوسته انتخاب شد. این نسخه از HOMERگزینه ای برای تحلیل سیستم انرژی پیوندی شبکه پیوسته ندارد. بنابراین باتری هایی با سایزهای مختلف و یک مبدل 10kWبرای بهینه سازی استفاده شد.این مشخص است که باتری برای خانه های انرژی صفر شبکه پیوسته مورد نیاز نیست. بازدهی مبدل 09% و بازدهی یکسو کننده 58% فرض شد.هیچ یی ی در نظر گرفته نشد.یهییی یریییعت باد یایییلنه 66.6m/s س س س بار خدمت ناپدیر یای متعوق ی ) متوسط سالنه 2491-0591( ، ) 5.96m/sمتوسط سالنه 7991( و 7.25m/s ) متوسط سالنه 5791( برای استفاده در آنالیز حاسیت بکار گرفته شد.چهار مقدار متوسط سالنه مصرف انرژی محتمل 1.85،1.84،1.83 و1.86 kWhاستفاده شد. بار کل در سال 232,12 kWhبا متوسط 58.17kWh/dayبود. در همه شرایز و یلیی HOMERمناسب بودن توربین بادی 01-32 Jacobsرا باری خانه ترکیبات محتم انرژی صفر پیش بینی کرد.
- 26. بار خالص بار اولیه کلی در خانه صرف نظر از انرژی تجدید پذیر موجود است.بار خالص منفی انرژی تجدید پذیر اضافی را مشخص می کند. شکل 21 متوسط ماهانه یییی یه ی اطلعات یریییعت باد برای یایییل 7991 استفاده شده س س بار خایصی را هنگام ک ل یتییی ،نشان یییی دهیی، یه ی بارز یتییی یه ی در ماه های فوریهی، مارچ،آپریلی،نوامبر و ی ی اس ک یدی ک م اس دسامبر قسمتی اط برق از شبکه خواهد بود در حال که در ماه های ژانویه، می ،ژوئن،ژولیآگوست،سپتامبر و اکتبر برق به شبکه فرستاده خواهد شد.این تحلیل با یییی کل یتیی ناپذیری یفیییر انجام شده یتییی.انرژی اضاف اس ی ص فرض بارهای معوق یای خذم ی 132kWhیافت شد که حدودا6.0% انرژی مصرفی در سال است. در شرایط شبکه پیوسته،انرژی اضافی را می توان به شرکت صنایع فروخت.
- 30. شکل 31 جریا برق ساعتی در طول یک سال را نشان می دهد.بسته به باد موجود،جریان می تواندبه طرف یا از طرف شبکه باشد.جدول 3 تولید انرژی مورد انتظار و انرژی اضافی برایسه سرعت باد احتمالی متوسط سالنه را نشان می دهد.بسته به باد موجود در سال،انرژی اضافی می تواند 8.7% یا 1.12% باشد. این تحلیل ها نشان می دهد که توربین بادی 10kWمانند 01-32 ،Jacobsمی تواند همه نیازهای یک خانواده را .St John’sدر نیوفانداند برآورده کند.
- 31. آنالیز حساسیت آنالیز حساسیت برای مطالعه اثرات ارتعاش برا سرعت باد و بار انجام شد.برخی از نتایج آنالیز حساسیت در جدول 3 و شکل 41 آورده شده اند. Homerپیش بینی می کند که در صورتی که متوسط سالنه سرعت باد 66.6 m/sباشد،سیستم انرژی انتخابی 2156kWhانرژی اضافی تولید می کند.نتایج نمایش داده شده در شکل 41 مشخص می کند که هیچ انرژی اضافی تولید نخواهد شد در صورتی که متوسط سالنه بار مورد تقاضا در حدود06 kWhدر روز باشد و متوسط سالنه سرعت باد در حدود 6m/sباشد.اگر متوسط سالنه سرعت باد 6.6m/sدر نظر گرفته شود در حالی که بار متوسط سالنه حدودا 0505 kWh/dayباشد آنگاه اصطکاک اضافی حدود02% خواهد بود.اگر متوسط سالنه سرعت باد 7.2m/sباشد ،همانطور که در سال 7991 اینگونه بوده است،در حالیکه متوسط سالنه بار مورد تقاضا همان 54 kWh/dayبماند،آنگاه اصطکاک حاصل از انرژی اضافی تا 04% بال می رود.در شکل 41 می توانیم ببینیم که سیستم تبدیل انرژی باد همه نیازمندی های انرژی لزم برای تعداد خانه ها با بار محتمل و شرایط سرعت باد را برآورده می کند
- 34. هزینه سیستم انرژی یک سیستم انرژی برای خانه انرژی صفر شامل یک توربین باد 01 kWدر نزدیکی خانه،کنترل کننده توربین بادی،کنترل کننده هزینه،ذخیره باتری، یک مبدل 01 kW گره-توری ،فیوز،کلیدهای قطع و وصل،کلید مسیر انحرافی ومدار نگه دارنده است. همه لوازم دیگر،ورودی اصلی خدمه به ساختمان و واتمتر خالص معمول در خانه های انرزی صفر شبکه پیوسته موجود هستند.جدول 4 قیمت تقریبی سیستم انرژی مرود نیاز لزم برای تبدبل یک خانه شبکه پیوسته به خانه انرژی صفر رانشان می دهد.قیمت کلی چنین سیستمی حدود 03%قیمت یک خانه معمولی در نیوفانداند است.شکل 51 چنین سیستم انرژی را نشان می دهد.مبدل ممکن است به توربین وصل باشد بوسیله یک سو کننده یا کنترل کننده هزینه یا یک دخیره باتری.یک ذخیره باتری کوچک می تواند در شرایطی که شبکه در دسترس نیست مفید باشد.مبدل هایی مانند Trace SWیا سری PSگزینه ای برای خانه های انرژی صفر است.فناوری مورد نیاز برای توسعه سیستم انرژی به صورت تجاری موجود است.
- 36. :نتایج در این مقاله اطلعات مصرف انرژی برق یک خانه 0002- Rدر نیوفاندلند برای سیستم تبدیل انرژی استفاده شده است.با برنامه HOMER Proطبقه بندی سیستم انرژی برای رسیدن به یک خانه انرژی صفر انتخاب شده است.انرژی برای گرم کردن فضای خانه و آب،آشپزی،روشنایی و مصرف دیگر برق ،می تواند با یک سیستم توربین بادی با فرض تبادل برق با شبکه تامین شود.یک توربین بادی 01 kW تمامی نیازهای یک تک خانواده 0002- Rرا در نیوفاندلند برآورده می سازد.آنالیز حساسیت نشان می دهد که خانه های انرژی صفر براساس سیستم تبدیل انرژی بادی عملی است.جمعیت نیوفا ندلند پراکنده است که باعث بوجود آمدن فرصتهای زیادی باری معرفی انرژی بادی برپایه خانه های انرژی صفر می شود.