دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنایع

گرایش :سیستم‌های اقتصادی اجتماعی

عنوان :   بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه‌های هوشمند با بهره گرفتن از رویكرد برنامه‌ریزی ریاضی

دانشكده مهندسی صنایع

بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه‌های هوشمند با بهره گرفتن از رویكرد برنامه‌ریزی ریاضی

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی صنایع گرایش سیستم‌های اقتصادی اجتماعی

استاد راهنما:دکتر حامد شكوری

استاد مشاور: دکتر حاج علی بزرگی

شهریورماه    1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائیدچون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است

چکیده

امروزه مدیریت مصرف انرژی در كانون توجه دولتمردان در سراسر جهان قرار گرفته است. مصرف بالای انرژی در ساختمان‌های مسكونی یكی از عمده‌ترین دلایل مصرف بی‌رویه انرژی است كه هزینه‌های بالایی را در بلندمدت برای مصرف‌كنندگان و نیز در سطح ملی به دنبال دارد. از اینرو در این پژوهش سعی شده است كه با اصلاح الگوی مصرف و ارائه یك برنامه پیشنهادی، مصرف‌كننده بتواند ضمن حفظ رفاه خود از تاثیرات مثبت اقتصادی نیز بهره ببرد.

در این پژوهش ابتدا پیشینه‌ای از بهینه‌سازی مصرف انرژی در مقالات و تحقیقات موجود ارائه و سپس یك مدلسازی از دستگاه‌های خانگی مطرح شده است. در ادامه این پژوهش، در یك مطالعه موردی، فهرستی از دستگاه‌های مورد استفاده توسط یك مصرف‌كننده داوطلب دریافت شده و مدل برای آن به اجرا درآمده است. سه سناریوی مختلف به عنوان اهداف این پژوهش بررسی و با هم مقایسه شده اند. این سه سناریو شامل موارد زیر است:

  • سناریوی 1: می‌نیمم‌سازی پیك انرژی مصرفی (مدیریت اضافه‌بار)
  • سناریوی 2: می‌نیمم‌سازی هزینه انرژی مصرفی
  • سناریوی 3: تلفیق سناریوهای 1و2

بررسی همزمان هر دو سناریوی 1و2 در سناریوی 3، این پژوهش را از سایر پژوهش‌های مرتبط متمایز می‌كند، زیرا در كارهای مرتبط پیشین معمولا یكی از اهداف مورد بررسی در سناریوهای 1 و 2، مورد بحث قرار گرفته‌اند. در پایان این پژوهش سعی شده است با بررسی نمودارهای توزیع انرژی دستگاه‌های خانگی و مقایسه سناریوهای مطرح شده، بهترین برنامه زمان‌بندی برای بارها ارائه شود كه بطور همزمان هم پیك انرژی مصرفی را می‌نیمم كند و هم به می‌نیمم‌سازی هزینه برق مصرفی منجر شود.

واژه های کلیدی: مدیریت مصرف انرژی، بهینه‌سازی مصرف انرژی، خانه‌های هوشمند، اتوماسیون ساختمان

فهرست مطالب

فصل1مقدمه  7

1-1.مقدمه 8

1-2.ساختمانهوشمندچیست؟ 8

1-2-1. سیستم‌هایمدیریتواتوماسیونساختمان. 9

1-2-2. تعاملبینساكنانوساختمانهوشمند 9

1-2-3. سیستم‌هایمدرنمدیرتساختمان. 10

1-3.نگاهاینپژوهش.. 10

1-3-1. شبكههوشمند 11

1-3-2. تكنیكپاسخبهتقاضا (DR) 12

1-3-3. انواعبرنامه‌هایپاسخبهتقاضا (DR) 12

1-3-4. تعاملبینمصرف‌كنندهوبرنامه‌هایپاسخبهتقاضا (DR) 13

1-3-5. مقایساتیبیناینپژوهشوپژوهش‌هایانجامشده 14

1-4.فصل‌بندی. 16

فصل2مروریبرمنابعمطالعاتی  18

2-1.مقدمه 19

2-2.مسألهتغییرزمانبار. 19

2-2-1. سیستممدیریتمصرفانرژیدرخانه‌هایمسكونی. 20

2-2-1-1. ارائهمسألهبرنامه‌ریزی. 21

2-2-1-2. استخراجاطلاعاتبارهایخانگی. 21

2-3.رویكردیازتغییرزمانبارها 22

2-3-1. اعمالفرضیاتگوناگون. 23

2-4.مدیریتطرفتقاضا (DSM) 23

2-5.رویكردDSMدراینپژوهش.. 24

2-6.بررسیتفصیلیاولینپژوهشمرتبط. 25

2-6-1. چارچوبمدل. 25

2-6-1-1. فازهایكاری. 26

2-6-1-2. مقایسهپژوهشموردمطالعهبااینپژوهش.. 26

2-6-2. فرمول‌بندیمدل. 26

2-6-3. انتقاداتیبرپژوهشموردمطالعه 29

2-7.بررسیتفصیلیدومینپژوهشمرتبط. 30

2-7-1. سناریوی 1: مدیریتاضافه‌باردرحوزهخانه 30

2-7-2. سناریوی 2: بهینه‌سازیصرفه‌جوییاقتصادی. 30

2-7-3. سناریوی3: مدیریتطرفتقاضا (DSM) 31

2-7-4. چارچوبمدل. 32

2-7-4-1. معماریسیستم 32

2-7-4-2. مدلسازیبارهایخانگی. 34

2-7-4-3. مدلسازیانرژیمصرفیدستگاه‌ها 35

2-7-5. فرمول‌بندیمسألهكنترلرهوشمندخانگی. 37

2-7-5-1. تعاملبینمصرف‌كنندهودستگاه‌هایهوشمندخانگی. 37

2-7-5-2. رفتارSHCدربرابرسیگنال‌هایDSM.. 39

2-7-5-3. ارائهمدلریاضیازMدستگاهخانگی. 40

2-7-5-4. مسألهبرنامه‌ریزیSHC. 42

2-7-5-5. حلمسألهبرنامه‌ریزیSHC. 43

فصل3مدل‌پیشنهادیكنترلرهوشمند 47

3-1.دیاگرامكلیمسأله 48

3-1-1. دیاگرامسیستممدیریتبارهایخانگی. 48

3-1-2. تقسیم‌بندیبارهایخانگی. 49

3-1-3. توسعهسیستممدیریتبار. 50

3-1-4. نیازمندی‌هایارتباطیسیستم (پروتكلارتباطیزیگبی) 51

3-2.تشریحمسألهوفرضیات.. 52

3-2-1. ادبیاتمدل. 52

3-2-2. فرموله‌سازیواعمالفرضیات.. 53

فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی   59

4-1.مقدمه 60

4-2.برنامه‌ریزیخطیعددصحیحمختلط. 60

4-3.برنامه‌ریزیآرمانی. 63

فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج  66

5-1.مقدمه 67

5-2.دریافتاطلاعاتازمصرف‌كننده 68

5-3.مدلسازیدستگاه‌هایخانگیدرمطالعهموردی. 70

5-4.بررسیسناریوهایمختلف.. 78

5-4-1. سناریوی 1: می‌نیمم‌سازیپیكانرژیمصرفی. 79

5-4-1-1. نمودارتوزیعانرژیدستگاه‌هایخانگی. 79

5-4-1-2. بررسیكلانرژیمصرفی. 85

5-4-1-3. بررسیهزینهكلانرژیمصرفی. 87

5-4-2. سناریوی 2: می‌نیمم‌سازیهزینهانرژیمصرفی. 89

5-4-2-1. نمودارتوزیعانرژیدستگاه‌هایخانگی. 90

5-4-2-2. بررسیكلانرژیمصرفی. 96

5-4-2-3. بررسیهزینهكلانرژیمصرفی. 98

5-4-3. سناریو 3: تلفیقسناریوهای 1و2. 100

5-4-3-1. بررسیكلانرژیمصرفی. 100

5-4-3-2. بررسیهزینهكلانرژیمصرفی. 102

فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات   104

فهرست اشکال

فصل1مقدمه  7

شکل1-1.بخش‌هایمختلفیكساختمانهوشمند 10

فصل2مروریبرمنابعمطالعاتی  18

شکل2-1.تعرفهقیمتانرژیالكتریكیبرایشهرنیویورك، 15 ماهفوریه 2011 (NYISO) 24

شکل2-2.معماریسیستم 33

شکل2-3.تعاملبینمصرف‌كنندهودستگاه 38

شکل2-4.منطقكاركردسیستمكنترلرهوشمند 39

فصل3مدل‌پیشنهادیكنترلرهوشمند 47

شکل3-1.دیاگرامسیستممدیریتبار. 48

شکل3-2.تقسیم‌بندیبارهایخانگی. 50

فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی   59

فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج  66

شکل5-1.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 1 (تهویهمطبوع) 79

شکل5-2.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 2 (یخچال) 79

شکل5-3.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 3 (اجاقبرقی) 80

شکل5-4.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 4 (سیستمصوتیتصویری) 81

شکل5-5.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی) 81

شکل5-6.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی) 82

شکل5-7.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی) 83

شکل5-8.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی) 84

شکل5-9.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی) 84

شکل5-10.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریكشكل. 86

شکل5-11.كلمصرفانرژیالكتریكیدرساعاتشبانه‌روز. 86

شکل5-12.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی) باپیكانرژی 5/2 كیلوات‌ساعت.. 90

شکل5-13.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 5 (اتومبیلشارژی) باپیكانرژی 5 كیلوات‌ساعت.. 90

شکل5-14.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی) باپیكانرژی 5/2 كیلوات‌ساعت.. 92

شکل5-15.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 6 (پمپآبی) باپیكانرژی 5 كیلوات‌ساعت.. 92

شکل5-16.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی) باپیكانرژی 5/2 كیلوات‌ساعت.. 93

شکل5-17.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 7 (ماشینلباسشویی) باپیكانرژی 5 كیلوات‌ساعت.. 93

شکل5-18.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی) باپیكانرژی 5/2 كیلوات‌ساعت.. 94

شکل5-19.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 8 (ماشینظرفشویی) باپیكانرژی 5 كیلوات‌ساعت.. 94

شکل5-20.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی) باپیكانرژی 5/2 كیلوات‌ساعت.. 95

شکل5-21.نمودارتوزیعانرژیدستگاهشماره 9 (اتویبرقی) باپیكانرژی 5 كیلوات‌ساعت.. 95

شکل5-22.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریكشكلبرایپیك 5/2 كیلوواتساعت.. 96

شکل5-23.كلمصرفانرژیالكتریكیدرساعاتشبانه‌روزبرایپیك 5/2 كیلوواتساعت.. 96

شکل5-24.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریكشكلبرایپیك 5 كیلوواتساعت.. 97

شکل5-25.كلمصرفانرژیالكتریكیدرساعاتشبانه‌روزبرایپیك 5/2 كیلوواتساعت.. 97

شکل5-26.نمودارتوزیعانرژی 9 دستگاهدریكشكلتلفیقسناریو 1و2. 101

شکل5-27.نموداركلمصرفانرژیالكتریكیدرساعاتشبانه‌روزتلفیقسناریو 1و2. 101

فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات   104

فهرست جداول

فصل1مقدمه  7

فصل2مروریبرمنابعمطالعاتی  18

جدول2-1.معرفیپارامترهایمدل. 40

فصل3مدل‌پیشنهادیكنترلرهوشمند 47

جدول3-1.جدولتعرفهمتغیربازمانبرایانرژیالكتریكی. 56

فصل4الگوریتمحلمسألهبرنامه‌ریزی   59

فصل5مطالعهموردیوتفسیرنتایج  66

جدول5-1.جدولترجیحاتمصرف‌كنندهومشخصاتدستگاه‌ها 69

جدول5-2.تعرفهقیمتبرقدرساعاتشبانه‌روز. 88

فصل6نتیجه‌گیریوپیشنهادات   104

مقدمه

اگر توجه داشته باشیم كه منابع تامین انرژی محدود است و به همین علت بهای انرژی مصرفی بالاست می‌توان معنای واقعی مدیریت مصرف انرژی را درك كرد. متاسفانه در کشور ما فرهنگ صحیح استفاده از انرژی هنوز هم جایگاه مناسب خود را به دست نیاورده است؛ بگونه‌ای که آمار و ارقام[1] موجود در این زمینه حاکی از مصرف بی‌رویه انرژی حتی تا چندین برابر استانداردهای جهانی می‌باشد. با توجه به اینکه در کشور ما بیش از 90% انرژی‌ها[2] از منابع زیرزمینی و فسیلی تهیه می‌شود که منابعی محدود و پایان پذیر می‌باشند این مسأله از درجه اهمیت بالاتری برخوردار است لذا هوشمندسازی ساختمان در کشور ما یک امر بسیار مهم به شمار می‌آید که باید به یک عزم ملی تبدیل شود تا از این طریق هم به خودمان و هم به نسل‌های بعدی خدمت کنیم. راهكاری كه در این پژوهش ارائه شده است، می‌تواند گامی جهت توسعه هوشمندسازی خانه‌ها باشد.

  • ساختمان هوشمند چیست؟

یك ساختمان هوشمند بنا به تعریف انستیتو ساختمان‌های هوشمند، بنایی است كه با استفاده بهینه از چند عنصر پایه شامل: سازه و سیستم و خدمات مدیریت و روابط درونی آنها، محیطی مناسب و دارای صرفه اقتصادی ایجاد می‌نماید. در ساختمان هوشمند بسیاری از اعمالی كه ساكنان از روی عادت و بصورت غیرارادی انجام می‌دهند توسط سیستم‌های هوشمند انجام می‌گردد كه باعث صرفه جویی در زمان و هزینه نیروی انسانی می‌گردد.

  • سیستم‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان

امروزه عملكرد سیستم‌های مدیریت و اتوماسیون ساختمان در جهت كاهش هزینه‌های صنعت ساختمان و استفاده بهینه از تكنولوژی و بكارگیری فناوری ارتباطات و رایانه رو به رشد هستند كه در مجموع صرفه‌جویی انرژی را در بر خواهد داشت، بطوریكه صرفه‌جویی‌های ناشی از بكارگیری این سیستم‌ها در مدت زمان كوتاهی موجب جبران هزینه‌های مربوطه می‌شود. سیستم‌های كنترل هوشمند دارای انعطاف بالایی هستند و می‌توان براحتی آنها را با نیازهای مختلف منطبق نمود. همچنین در هنگام بهره‌برداری براحتی می‌توان عملیات تغییر و بهینه‌سازی برای راهبری بهتر و كاهش هزینه‌های انرژی را انجام داد.

با بكارگیری انواع و اقسام سنسورهای حسی در داخل و خارج ساختمان و با بكارگیری یك شبكه و سیستم واحد می‌توان بلادرنگ اطلاعات دما، فشار، رطوبت، دبی هوا، میزان اكسیژن و دی اكسیدكربن را در اختیار داشت و از آنها در جهت رسیدن به شرایط ایده‌آل استفاده كرد. دریك ساختمان هوشمند كه با امكانات نرم‌افزاری بوجود آمده می‌توان نمودارهای مختلفی را بر حسب زمان در اختیار داشت و از آنها در جهت بهبود كیفی شرایط زیستی برای ساكنین استفاده كرد.

  • تعامل بین ساكنان و ساختمان هوشمند

در زمان كاركرد سیستم هوشمند ساكنان در جهت صرفه‌جویی مصرف انرژی حق بازكردن پنجره‌ها را نخواهند داشت و در ساختمانهای اداری قبل از اتمام ساعت كار، این سیستم بصورت اتوماتیك و متناوب شروع به خاموش كردن سیستم‌های تهویه مطبوع می‌كند. در یك ساختمان هوشمند با امكانات بوجود آمده می‌توان در هر زمان میزان مصرف انرژی سوخت و برق را بدست آورد و از آن در جهت كاهش مصرف انرژی و بهینه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان بهره برد.

بخش‌های مختلف یك ساختمان هوشمند

  • سیستم‌های مدرن مدیرت ساختمان

سیستم‌های مدرن مدیریت ساختمان امروزه بر پایه وب[3] نگاشته می‌شوند كه بزرگترین مزیت آن در بكارگیری امتیازات شبكه جهانی اینترنت و كنترل ساختمان از راه دور توسط سیستم‌های ارتباطی متداول در دنیا است. به اینصورت كه با راه‌اندازی سایت ساختمان مورد نظر و با وارد كردن شناسه كاربری و رمز عبور می‌توان از هر مكانی بر ساختمان احاطه داشت. در اینگونه ساختمان‌ها می‌توان با نصب تابلوهای نمایشگر الكترونیكی در مكانهای خاص ساختمان و نمایش دادن اطلاعات مختلف از سیستم‌های كنترلی ساختمان زندگی را برای ساكنین لذت بخش كرد.

  • نگاه این پژوهش

در این پژوهش بیشتر توان خود را صرف مدیریت مصرف انرژی الكتریكی می‌كنیم وبا نگاهی دقیق‌تر درمی‌یابیم كهمصرف انرژی الكتریكی بین ساعت‌های مختلف از روز، بین روزهای مختلف در هفته، و در بین فصل‌های مختلف از سال متفاوت است كه در آن بیشترین تقاضای انرژی الكتریكی به طور معمول زمانی رخ می‌دهد كه دمای خارج افزایش می‌یابد. در سال‌های اخیر پیك انرژی مصرفی تغییرات زیادی كرده است و همین امر نگرانی‌های ناشی از تعادل بین تقاضا و تولید نیرو را افزایش داده است. در آینده‌ای نزدیك به دلایل زیست محیطی و اقتصادی،‌ نیاز به شركت‌های توزیع با توانایی در نظر گرفتن سناریوهای پیچیده‌ترِ تعادل نیرو[4] احساس می‌شود؛ این سناریوها باید مبتنی بر معرفی منابع تجدیدپذیر تولید انرژی الكتریكی[5] در مقیاس بزرگ، وسایل نقلیه الكتریكی شخصی[6] و توزیع تولید انرژی الكتریكی در مناطق مسكونی (تولید پراكنده) باشد.

  • شبكه هوشمند

خیلی‌ها معتقدند كه یك تكامل اساسی در سیستم انرژی الكتریكی نیاز است. از جمله اهداف این تكامل اساسی؛ شبكه‌های تولید برق نسل جدید سازگار با محیط‌ زیست، قابل اعتماد و دارای سیستم هوشمند است، كه به طور كلی به عنوان شبكه هوشمند[7] شناخته می‌شود. در شبكه هوشمند، تكنولوژی‌های پیشرفته بازدهی تولید و انتقال انبوه در شبكه را بهبود می‌دهند. تكنولوژیاطلاعات و ارتباطات[8] به طور گسترده در شبكه‌ها برای افزایش بازدهی، اعتمادسازی و انعطاف‌پذیری به خدمت گرفته می‌شوند[1] و [2]. در نهایت، مصرف كنندگان با مدیریت فعالانه مصرف انرژی می‌توانند از دریافت قبوض مصرفی با هزینه كمتر بهره ببرند. در حال حاضر شبكه هوشمند به یك موضوع تحقیقاتی جذاب تبدیل شده است و محور اصلی پژوهش‌ها، طراحی زیرساخت‌های كاربردی ICT و برنامه‌های كاربردی مدیریت انرژی مانند: مدیریت منابع توزیع انرژی، مدیریت وسایل خانگی (بارهای خانگی)[9] و تكنیك‌های پاسخ به تقاضا[10] است كه به تفصیل در[3]تا [10] بحث شده است. در اصل شبكه هوشمند (SG) به عنوان یك تكنولوژی جدید امكان ارتباط دو طرفه و انتقال جریان بین كاربران نهایی و تسهیلات زندگی را فراهم می‌كند. سه پیامد اصلی تحقق شبكه‌های هوشمند شامل: قابلیت اطمینان شبكه‌های توزیع، بهره‌برداری از منابع انرژی پایدار و بهره‌وری انرژی هستند[11]. در زمینه بهره‌وری انرژی، پاسخ به تقاضا (DR) یك برنامه اساسی در سطح توزیع شناخته می‌شود. مصرف‌كنندگان كه به طور سنتی به پرداخت نرخ ثابت برای انرژی الكتریكی عادت كرده اند، اكنون می‌توانند تا مصرف انرژی الكتریكی خود را با توجه به تعرفه‌های متغیر به طور عمده مدیریت كنند[12] و [13].

1- http://www.nationmaster.com/country/ir-iran/ene-energy

2- http://www.tradingeconomics.com/iran/fossil-fuel-energy-consumption-percent-of-total-wb-data.html

  1. Web Base
  2. Power Balance
  3. Renewable Electricity Generation
  4. PEVs: Personal Electrical Vehicles
  5. Smart Grid (SG)
  6. Information and Communication Technology (ICT)
  7. Load Management
  8. Demand Response Techniues (DR)

تعداد صفحه :118

قیمت : 14700 تومان

 

 

—-

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.