دانلود پایان نامه ارشد : بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند با استفاده از رويكرد برنامه‌ريزي رياضي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنايع

گرایش :سيستم‌هاي اقتصادي اجتماعي

عنوان :   بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند با استفاده از رويكرد برنامه‌ريزي رياضي

دانشكده مهندسی صنايع

بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند با استفاده از رويكرد برنامه‌ريزي رياضي

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی صنايع گرايش سيستم‌هاي اقتصادي اجتماعي

استاد راهنما:دکتر حامد شكوری

استاد مشاور: دکتر حاج علی بزرگی

شهريورماه    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 مديريت مصرف انرژي در كانون توجه دولتمردان در سراسر جهان قرار گرفته است. مصرف بالاي انرژي در ساختمان‌هاي مسكوني يكي از عمده‌ترين دلايل مصرف بي‌رويه انرژي است كه هزينه‌هاي بالايي را در بلندمدت براي مصرف‌كنندگان و نيز در سطح ملي به دنبال دارد. از اينرو در اين پژوهش سعي شده است كه با اصلاح الگوي مصرف و ارائه يك برنامه پيشنهادي، مصرف‌كننده بتواند ضمن حفظ رفاه خود از تاثيرات مثبت اقتصادي نيز بهره ببرد.

در اين پژوهش ابتدا پيشينه‌اي از بهينه‌سازي مصرف انرژي در مقالات و تحقيقات موجود ارائه و سپس يك مدلسازي از دستگاه‌هاي خانگي مطرح شده است. در ادامه اين پژوهش، در يك مطالعه موردي، فهرستي از دستگاه‌هاي مورد استفاده توسط يك مصرف‌كننده داوطلب دريافت شده و مدل براي آن به اجرا درآمده است. سه سناريوي مختلف به عنوان اهداف اين پژوهش بررسي و با هم مقايسه شده اند. اين سه سناريو شامل موارد زير است:

  • سناريوي 1: مي‌نيمم‌سازي پيك انرژي مصرفي (مديريت اضافه‌بار)
  • سناريوي 2: مي‌نيمم‌سازي هزينه انرژي مصرفي
  • سناريوي 3: تلفيق سناريوهاي 1و2

بررسي همزمان هر دو سناريوي 1و2 در سناريوي 3، اين پژوهش را از ساير پژوهش‌هاي مرتبط متمايز مي‌كند، زيرا در كارهاي مرتبط پيشين معمولا يكي از اهداف مورد بررسي در سناريوهاي 1 و 2، مورد بحث قرار گرفته‌اند. در پايان اين پژوهش سعي شده است با بررسي نمودارهاي توزيع انرژي دستگاه‌هاي خانگي و مقايسه سناريوهاي مطرح شده، بهترين برنامه زمان‌بندي براي بارها ارائه شود كه بطور همزمان هم پيك انرژي مصرفي را مي‌نيمم كند و هم به مي‌نيمم‌سازي هزينه برق مصرفي منجر شود.

واژه های کلیدی: مديريت مصرف انرژي، بهينه‌سازی مصرف انرژي، خانه‌هاي هوشمند، اتوماسيون ساختمان

فهرست مطالب

فصل1مقدمه  7

1-1.مقدمه 8

1-2.ساختمانهوشمندچيست؟ 8

1-2-1. سيستم‌هايمديريتواتوماسيونساختمان. 9

1-2-2. تعاملبينساكنانوساختمانهوشمند 9

1-2-3. سيستم‌هايمدرنمديرتساختمان. 10

1-3.نگاهاينپژوهش.. 10

1-3-1. شبكههوشمند 11

1-3-2. تكنيكپاسخبهتقاضا (DR) 12

1-3-3. انواعبرنامه‌هايپاسخبهتقاضا (DR) 12

1-3-4. تعاملبينمصرف‌كنندهوبرنامه‌هايپاسخبهتقاضا (DR) 13

1-3-5. مقايساتیبيناينپژوهشوپژوهش‌هايانجامشده 14

1-4.فصل‌بندي. 16

فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي  18

2-1.مقدمه 19

2-2.مسألهتغييرزمانبار. 19

2-2-1. سيستممديريتمصرفانرژيدرخانه‌هايمسكوني. 20

2-2-1-1. ارائهمسألهبرنامه‌ريزي. 21

2-2-1-2. استخراجاطلاعاتبارهايخانگي. 21

2-3.رويكرديازتغييرزمانبارها 22

2-3-1. اعمالفرضياتگوناگون. 23

2-4.مديريتطرفتقاضا (DSM) 23

2-5.رويكردDSMدراينپژوهش.. 24

2-6.بررسيتفصيلياولينپژوهشمرتبط. 25

2-6-1. چارچوبمدل. 25

2-6-1-1. فازهايكاري. 26

2-6-1-2. مقايسهپژوهشموردمطالعهبااينپژوهش.. 26

2-6-2. فرمول‌بنديمدل. 26

2-6-3. انتقاداتيبرپژوهشموردمطالعه 29

2-7.بررسيتفصيليدومينپژوهشمرتبط. 30

2-7-1. سناريوي 1: مديريتاضافه‌باردرحوزهخانه 30

2-7-2. سناريوي 2: بهينه‌سازيصرفه‌جويياقتصادي. 30

2-7-3. سناريوي3: مديريتطرفتقاضا (DSM) 31

2-7-4. چارچوبمدل. 32

2-7-4-1. معماريسيستم 32

2-7-4-2. مدلسازيبارهايخانگي. 34

2-7-4-3. مدلسازيانرژيمصرفيدستگاه‌ها 35

2-7-5. فرمول‌بنديمسألهكنترلرهوشمندخانگي. 37

2-7-5-1. تعاملبينمصرف‌كنندهودستگاه‌هايهوشمندخانگي. 37

2-7-5-2. رفتارSHCدربرابرسيگنال‌هايDSM.. 39

2-7-5-3. ارائهمدلرياضيازMدستگاهخانگي. 40

2-7-5-4. مسألهبرنامه‌ريزيSHC. 42

2-7-5-5. حلمسألهبرنامه‌ريزيSHC. 43

فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47

3-1.دياگرامكليمسأله 48

3-1-1. دياگرامسيستممديريتبارهايخانگي. 48

3-1-2. تقسيم‌بنديبارهايخانگي. 49

3-1-3. توسعهسيستممديريتبار. 50

3-1-4. نيازمندي‌هايارتباطيسيستم (پروتكلارتباطيزيگبي) 51

3-2.تشريحمسألهوفرضيات.. 52

3-2-1. ادبياتمدل. 52

3-2-2. فرموله‌سازيواعمالفرضيات.. 53

فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي   59

4-1.مقدمه 60

4-2.برنامه‌ريزيخطيعددصحيحمختلط. 60

4-3.برنامه‌ريزيآرماني. 63

فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج  66

5-1.مقدمه 67

5-2.دريافتاطلاعاتازمصرف‌كننده 68

5-3.مدلسازيدستگاه‌هايخانگيدرمطالعهموردي. 70

5-4.بررسيسناريوهايمختلف.. 78

5-4-1. سناريوي 1: مي‌نيمم‌سازيپيكانرژيمصرفي. 79

5-4-1-1. نمودارتوزيعانرژيدستگاه‌هايخانگي. 79

5-4-1-2. بررسيكلانرژيمصرفي. 85

5-4-1-3. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي. 87

5-4-2. سناريوي 2: مي‌نيمم‌سازيهزينهانرژيمصرفي. 89

5-4-2-1. نمودارتوزيعانرژيدستگاه‌هايخانگي. 90

5-4-2-2. بررسيكلانرژيمصرفي. 96

5-4-2-3. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي. 98

5-4-3. سناريو 3: تلفيقسناريوهاي 1و2. 100

5-4-3-1. بررسيكلانرژيمصرفي. 100

5-4-3-2. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي. 102

فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات   104

فهرست اشکال

فصل1مقدمه  7

شکل1-1.بخش‌هايمختلفيكساختمانهوشمند 10

فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي  18

شکل2-1.تعرفهقيمتانرژيالكتريكيبرايشهرنيويورك، 15 ماهفوريه 2011 (NYISO) 24

شکل2-2.معماريسيستم 33

شکل2-3.تعاملبينمصرف‌كنندهودستگاه 38

شکل2-4.منطقكاركردسيستمكنترلرهوشمند 39

فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47

شکل3-1.دياگرامسيستممديريتبار. 48

شکل3-2.تقسيم‌بنديبارهايخانگي. 50

فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي   59

فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج  66

شکل5-1.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 1 (تهويهمطبوع) 79

شکل5-2.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 2 (يخچال) 79

شکل5-3.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 3 (اجاقبرقي) 80

شکل5-4.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 4 (سيستمصوتيتصويري) 81

شکل5-5.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) 81

شکل5-6.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبی) 82

شکل5-7.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) 83

شکل5-8.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) 84

شکل5-9.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) 84

شکل5-10.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكل. 86

شکل5-11.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روز. 86

شکل5-12.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت.. 90

شکل5-13.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت.. 90

شکل5-14.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت.. 92

شکل5-15.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت.. 92

شکل5-16.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت.. 93

شکل5-17.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت.. 93

شکل5-18.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت.. 94

شکل5-19.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت.. 94

شکل5-20.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت.. 95

شکل5-21.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت.. 95

شکل5-22.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت.. 96

شکل5-23.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت.. 96

شکل5-24.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلبرايپيك 5 كيلوواتساعت.. 97

شکل5-25.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت.. 97

شکل5-26.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلتلفيقسناريو 1و2. 101

شکل5-27.نموداركلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزتلفيقسناريو 1و2. 101

فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات   104

فهرست جداول

فصل1مقدمه  7

فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي  18

جدول2-1.معرفيپارامترهايمدل. 40

فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47

جدول3-1.جدولتعرفهمتغيربازمانبرايانرژيالكتريكي. 56

فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي   59

فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج  66

جدول5-1.جدولترجيحاتمصرف‌كنندهومشخصاتدستگاه‌ها 69

جدول5-2.تعرفهقيمتبرقدرساعاتشبانه‌روز. 88

فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات   104

مقدمه

اگر توجه داشته باشيم كه منابع تامين انرژي محدود است و به همين علت بهاي انرژي مصرفي بالاست مي‌توان معناي واقعي مديريت مصرف انرژي 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. راهكاري كه در اين پژوهش ارائه شده است، می‌تواند گامی جهت توسعه هوشمندسازي خانه‌ها باشد.

  • ساختمان هوشمند چيست؟

يك ساختمان هوشمند بنا به تعريف انستيتو ساختمان‌هاي هوشمند، بنايي است كه با استفاده بهينه از چند عنصر پايه شامل: سازه و سيستم و خدمات مديريت و روابط دروني آنها، محيطي مناسب و داراي صرفه اقتصادي ايجاد مي‌نمايد. در ساختمان هوشمند بسياري از اعمالي كه ساكنان از روي عادت و بصورت غيرارادي انجام مي‌دهند توسط سيستم‌هاي هوشمند انجام مي‌گردد كه باعث صرفه جويي در زمان و هزينه نيروي انساني مي‌گردد.

  • سيستم‌هاي مديريت و اتوماسيون ساختمان

امروزه عملكرد سيستم‌هاي مديريت و اتوماسيون ساختمان در جهت كاهش هزينه‌هاي صنعت ساختمان و استفاده بهينه از تكنولوژي و بكارگيري فناوري ارتباطات و رايانه رو به رشد هستند كه در مجموع صرفه‌جويي انرژي را در بر خواهد داشت، بطوريكه صرفه‌جويي‌هاي ناشي از بكارگيري اين سيستم‌ها در مدت زمان كوتاهي موجب جبران هزينه‌هاي مربوطه مي‌شود. سيستم‌هاي كنترل هوشمند داراي انعطاف بالايي هستند و مي‌توان براحتي آنها را با نيازهاي مختلف منطبق نمود. همچنين در هنگام بهره‌برداري براحتي مي‌توان عمليات تغيير و بهينه‌سازي براي راهبری بهتر و كاهش هزينه‌هاي انرژي را انجام داد.

با بكارگيري انواع و اقسام سنسورهاي حسي در داخل و خارج ساختمان و با بكارگيري يك شبكه و سيستم واحد مي‌توان بلادرنگ اطلاعات دما، فشار، رطوبت، دبي هوا، ميزان اكسيژن و دي اكسيدكربن را در اختيار داشت و از آنها در جهت رسيدن به شرايط ايده‌آل استفاده كرد. دريك ساختمان هوشمند كه با امكانات نرم‌افزاري بوجود آمده مي‌توان نمودارهاي مختلفي را بر حسب زمان در اختيار داشت و از آنها در جهت بهبود كيفي شرايط زيستي براي ساكنين استفاده كرد.

  • تعامل بين ساكنان و ساختمان هوشمند

در زمان كاركرد سيستم هوشمند ساكنان در جهت صرفه‌جويي مصرف انرژي حق بازكردن پنجره‌ها را نخواهند داشت و در ساختمانهاي اداري قبل از اتمام ساعت كار، اين سيستم بصورت اتوماتيك و متناوب شروع به خاموش كردن سيستم‌هاي تهويه مطبوع می‌كند. در يك ساختمان هوشمند با امكانات بوجود آمده مي‌توان در هر زمان ميزان مصرف انرژي سوخت و برق را بدست آورد و از آن در جهت كاهش مصرف انرژي و بهينه‌سازي مصرف سوخت در ساختمان بهره برد.

بخش‌هاي مختلف يك ساختمان هوشمند

  • سيستم‌هاي مدرن مديرت ساختمان

سيستم‌هاي مدرن مديريت ساختمان امروزه بر پايه وب[3] نگاشته مي‌شوند كه بزرگترين مزيت آن در بكارگيري امتيازات شبكه جهاني اينترنت و كنترل ساختمان از راه دور توسط سيستم‌هاي ارتباطي متداول در دنيا است. به اينصورت كه با راه‌اندازي سايت ساختمان مورد نظر و با وارد كردن شناسه كاربري و رمز عبور مي‌توان از هر مكاني بر ساختمان احاطه داشت. در اينگونه ساختمان‌ها مي‌توان با نصب تابلوهاي نمايشگر الكترونيكي در مكانهاي خاص ساختمان و نمايش دادن اطلاعات مختلف از سيستم‌هاي كنترلي ساختمان زندگي را براي ساكنين لذت بخش كرد.

  • نگاه اين پژوهش

در اين پژوهش بيشتر توان خود را صرف مديريت مصرف انرژی الكتريكي مي‌كنيم وبا نگاهي دقيق‌تر درمي‌يابيم كهمصرف انرژی الكتريكي بين ساعت‌های مختلف از روز، بين روزهای مختلف در هفته، و در بين فصل‌های مختلف از سال متفاوت است كه در آن بيشترين تقاضای انرژی الكتريكی به طور معمول زمانی رخ مي‌دهد كه دمای خارج افزايش مي‌يابد. در سال‌های اخير پيك انرژي مصرفي تغييرات زيادی كرده است و همين امر نگراني‌هاي ناشي از تعادل بين تقاضا و توليد نيرو را افزايش داده است. در آينده‌اي نزديك به دلايل زيست محيطي و اقتصادی،‌ نياز به شركت‌هاي توزيع با توانايي در نظر گرفتن سناريوهاي پيچيده‌ترِ تعادل نيرو[4] احساس می‌شود؛ اين سناريوها بايد مبتنی بر معرفي منابع تجديدپذير توليد انرژی الكتريكي[5] در مقياس بزرگ، وسايل نقليه الكتريكي شخصي[6] و توزيع توليد انرژی الكتريكي در مناطق مسكوني (توليد پراكنده) باشد.

  • شبكه هوشمند

خيلي‌ها معتقدند كه يك تكامل اساسي در سيستم انرژي الكتريكي نياز است. از جمله اهداف اين تكامل اساسي؛ شبكه‌هاي توليد برق نسل جديد سازگار با محيط‌ زيست، قابل اعتماد و داراي سيستم هوشمند است، كه به طور كلی به عنوان شبكه هوشمند[7] شناخته مي‌شود. در شبكه هوشمند، تكنولوژی‌هاي پيشرفته بازدهي توليد و انتقال انبوه در شبكه را بهبود مي‌دهند. تكنولوژیاطلاعات و ارتباطات[8] به طور گسترده در شبكه‌ها براي افزايش بازدهي، اعتمادسازي و انعطاف‌پذيري به خدمت گرفته مي‌شوند[1] و [2]. در نهايت، مصرف كنندگان با مديريت فعالانه مصرف انرژي مي‌توانند از دريافت قبوض مصرفي با هزينه كمتر بهره ببرند. در حال حاضر شبكه هوشمند به يك موضوع تحقيقاتي جذاب تبديل شده است و محور اصلی پژوهش‌ها، طراحی زيرساخت‌هاي كاربردي ICT و برنامه‌هاي كاربردي مديريت انرژي مانند: مديريت منابع توزيع انرژي، مديريت وسايل خانگي (بارهاي خانگي)[9] و تكنيك‌هاي پاسخ به تقاضا[10] است كه به تفصيل در[3]تا [10] بحث شده است. در اصل شبكه هوشمند (SG) به عنوان يك تكنولوژي جديد امكان ارتباط دو طرفه و انتقال جريان بين كاربران نهايي و تسهيلات زندگي را فراهم مي‌كند. سه پيامد اصلي تحقق شبكه‌هاي هوشمند شامل: قابليت اطمينان شبكه‌هاي توزيع، بهره‌برداري از منابع انرژي پايدار و بهره‌وري انرژي هستند[11]. در زمينه بهره‌وري انرژي، پاسخ به تقاضا (DR) يك برنامه اساسي در سطح توزيع شناخته مي‌شود. مصرف‌كنندگان كه به طور سنتي به پرداخت نرخ ثابت براي انرژي الكتريكي عادت كرده اند، اكنون مي‌توانند تا مصرف انرژي الكتريكي خود را با توجه به تعرفه‌هاي متغير به طور عمده مديريت 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 : 17300 تومان

 

 

پشتیبانی سایت :               [email protected]

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.

--  --