شکل ۴-۲۶-طراحی یک سیستم کنترل PID با قابلیت بیش بینی کوتاه مدت توان ۹۸
شکل۴-۲۷-نمودار پارامترهای دما بر حسب زمان در آزمایش پنجم ۹۹
شکل ۴-۲۸-نمودار پارامترهای مصرف انرژی در آزمایش پنجم ۱۰۰
شکل ۴-۲۹-نمودار پارامترهای دما و انرژی به صورت توام در آزمایش پنجم ۱۰۱
شکل ۴-۳۰-بررسی عملکرد پیش بینی کوتاه مدت توان ۱۰۲
۱-مقدمه
۱-۱-مقدمه
انرژی یکی از منابع بسیار مهم است که زندگی مارا تحت تاثیر خود قرار می دهد در حال حاضر جهان وابستگی زیادی به سوخت های فسیلی و انواع مختلف انرژی های تجدید ناپذیر دارد استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی نیاز به زمان زیادی برای توسعه تکنولوژی دارد.در حال حاضر بحث مدیریت مصرف انرژی یکی از نیاز های بحرانی کشورهای مختلف جهان است.اهمیت ویژه صرفه جویی در مصرف انرژی در دومرحله عوامل اقتصادی و عوامل محیط زیست طبقه بندی می شود.
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۱-۱-۱ -عوامل اقتصادی مدیریت مصرف انرژی
صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار مهم است ودر کلیه سازمان های بشری موثر است .در تمام جهان به عنوان یک ملیت یک شرکت و یا به عنوان یک شخص صرفه جویی در مصرف انرژی هزینه ها را کاهش و بهره وری را افزایش می دهد.یکی از هدف های اصلی در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در هر کشور کاهش نیاز به واردات انرژی می باشد.شرکت های خصوصی هم به هزینه های انرژی حساس هستند که این مسئله سود دهی و حتی موجودیت آنها را در بسیاری از موارد تحت تاثیر قرار می دهد بخصوص کارخانه های صنعتی نگرانی بیشتری از این لحاظ دارند زیرا کاهش هزینه به واسطه مدیریت و صرفه جویی در مصرف انرژی به معنی قیمت های رقابتی تر برای محصولات در بازار جهانی می باشد و این مسئله باعث بهبود تولید ناخالص ملی می گردد.
۱-۱-۲- اثرات محیطی صرفه جویی در مصرف انرژی
صرفه جویی در مصرف انرژی به طور نسبتا زیادی با مسائل محیط زیستی در ارتباط است .مشکلات گرم شدن کره زمین و شرایط آب و هوایی که به علت افزایش گاز دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای ایجاد می شود به طور قابل توجهی با افزایش مصرف انرژی نسبت مستقیم دارد و کاهش مصرف تا حد زیادی می تواند از تولید گازهای گلخانه ای و افزایش دمای کره زمین جلوگیری نماید[۱].
۱-۲- تعریف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی
مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی[۲] شامل برنامه ریزی و راهبری واحدهای مصرف و تولید مرتبط با انرژی می باشد اهداف مدیریت مصرف انرژی شامل صرفه جویی در منابع، حفاظت از محیط زیست و صرفه جویی در هزینه ها می باشند درحالیکه مصرف کنندگان به منابع کافی انرژی دسترسی داشته باشند و خللی در کارکرد آنان ایجاد نگردد.با توجه به این تعریف مدیریت مصرف انرژی با مدیریت محیط زیست و مدیریت تولید و حمل و نقل و سایر شاخه های صنعتی و تجاری مر تبط می باشد .
به عبارت دیگر مدیریت انرژی یک فرایند است که در آن رسیدن به هدف کاهش مصرف انرژی و هزینه ها با توجه به نیاز واقعی مصرف کننده با توجه به عدم تاثیر منفی بر کارکرد آنان دنبال می شود .
در تعریف دیگری مدیریت مصرف انرژی به معنی استفاده آگاهانه و موثر از انرژی برای افزایش سود دهی و کاهش هزینه ها به منظور دستیابی به جایگاه رقابتی می باشد.نکته مهم در مدیریت مصرف انرژی این است که کاهش مصرف باید بدون تاثیر منفی در بازدهی سیستم انجام گردد[۲].
به طور کلی کاهش هزینه ها در مدیریت مصرف انرژی با اعمال روش های زیر بدست می آید:
محدود نمودن و در صورت امکان حذف مصرف غیر ضروری انرژی
بهبود بازدهی[۳] به ازای انرژی مصرفی
خرید انرژی به بهای کمتر
انجام عملیات مورد نیاز جهت خرید انرژی به بهای کمتر [۳].
۱-۳- نقش فناوری اطلاعات در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی
فناوری اطلاعات بدون هیچ تردید تنها فناوری است که بر چگونگی مصرف انرژی در اقتصاد جهانی تاثیر می گذارد.اگرچه ممکن است فناوری زیستی در قرن ۲۱ تغییرات عمده ای در تولید ترکیبات و محصولات تجدیدپذیر به وجود آورد که این به نوبه خود در فرایند مصرف انرژی موثر است با این حال نمی تواند جایگزین نقش فناوری اطلاعات در فرایند بهینه سازی مصرف انرژی گردد.فناوری اطلاعات بر فرایند مصرف انرژی به صورت مستقیم و غیر مستقیم تاثیر دارد .به طور مثال فناوری اطلاعات به طور مستقیم در پیشرفت صنایع الکترونیک مرتبط با انرژی تاثیر دارد که این موضوع می تواند بر کاهش مصرف انرژی موثر باشد .در سالهای اخیر تاثیر فناوری اطلاعات در توسعه میکروپروسسور ها و میکرو کنترلر ها توانست باعث به کارگیری تکنولوژی های جدید در سیستم های کنترل ودر نتیجه بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی گردید.
فناوری اطلاعات در زمینه کنترل فرآیندهای صنعتی می تواند به تنهایی یا به صورت ترکیبی با سایر تکنولوژیها در زمینه کنترل و بهینه سازی فرآیندهای صنعتی امکانات زیر را فراهم نماید.
۱-تکنولوژی کنترل : تکنولوژی های کنترل مکانیکی یا الکترومکانیکی در حال حاضر با سیستم های کنترل الکترونیکی که در کارآیی بسیار دقیق تر و همچنین از لحاظ هزینه ارزانتر هستند جایگزین شده است واین سیستم ها قابلیت برنامه ریزی و تغییر عملیاتی سریع متناسب با شرایط مورد نیاز را دارند.
۲-جمع آوری اطلاعات :به وسیله تکنولوژی های فناوری اطلاعات امکان جمع آوری دقیق و سریع اطلاعات از فرایند ها فراهم می گردد که باعث بازدهی بیشتر در تولید و کاهش مصرف انرژی می گردد.
۳-ذخیره سازی اطلاعات و پردازش :اطلاعات در حجم بسیار زیاد می تواند ذخیره گردد وبعد از پردازش نتیجه مورد نظر به نمایش در آید افزایش توانایی کامپیوتر ها در سالهای اخیر باعث شده که این فرایند جمع آوری و پردازش اطلاعات به سهولت انجام گیرد .
۴-ارتباطات داده ای : اطلاعات و دستورالعمل ها و برنامه ها می تواند به سرعت ارسال یا بازیابی شود که این مورد فرایند کنترل متمرکز را تسهیل می کند همزمان با گسترش کاربرد فناوری اطلاعات در فرایند های صنعتی سیستم هایSCADA[4] به عنوان زیر مجموعه ای از علم فناوری اطلاعات توسعه یافتند [۴] .
۱-۴- تعریف سیستم های SCADA
سیستم های SCADA مخفف Supervisory Control And Data Acquisition می باشد که به معنای اعمال یک سیستم کنترل نظارتی و اکتساب داده های مورد نیاز است .از زمانی که سیستم های کنترل به وجود آمد سیستم های SCADA هم مورد توجه قرار گرفته است .در فرایند های صنعتی و تولیدی، صنایع کوچک، صنایع همگانی و خصوصی ، معادن و صنایع حساس جهت ارتباط با وسایل و سیستم هایی که در فاصله ای دور از محل کنترل قرار دارند اندازه گیری و سنجش از راه دور مورد توجه قرار می گیرد. این فاصله می تواند از چند متر تا هزاران کیلومتر باشد .لذا ازسیستم های سنجش و کنترل از راه دور[۵] جهت ارسال برنامه ها و فرامین دریافت اطلاعات پایشی[۶] سیستم استفاده می شود [۵].
با توجه به توسعه روز افزون علم فناوری اطلاعات و تاثیر آن در توسعه سیستم های SCADA امروزه این سیستم ها نقش بسیار مهمی در بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی دارا می باشند و اعمال یک سیستم مدیریت انرژی موثر بدون استفاده از فناوری اطلاعات امری ناممکن می باشد.
۱-۵ –سیستم های SCADA و مدیریت مصرف انرژی
در فرایند مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در ابتدا متغیر های موثر در مصرف انرژی شناسایی می شود و این متغیر ها جهت تحلیل و بررسی باید تحت پایش دقیق قرار بگیرد و تغییرات آنها بر اساس زمان ثبت گردد.با توجه به اینکه فرایند مدیریت مصرف انرژی با حجم انبوهی از داده ها مواجه هستیم استفاده از قابلیت های علم فناوری اطلاعات و سیستم های SCADA در پایش و تحلیل داده های محیطی می تواند بسیار موثر باشد . دقت و سرعت عمل سیستم های SCADA در ثبت متغیر های محیطی می تواند به یک تحلیل و استراتژی دقیق در مورد مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بیانجامد و رسیدن به اهداف مدیریت مصرف انرژی در کاهش هزینه ها و حفظ محیط زیست با اطمینان بیشتری انجام شود.
۱-۶- ضرورت انجام تحقیق
با توجه به محدودیت منابع جهانی انرژی لزوم حفظ محیط زیست امروزه در جهان بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است .در کشور ایران هم فعالیت های در زمینه بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی انجام شده است .با توجه به قابلیت های علم فناوری اطلاعات ، استفاده از این فناوری در بهبود عملکرد سیستم های مدیریت انرژی ضرورتی انکار ناپذیر است .با توجه به اینکه در زمینه کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت مصرف انرژی در ایران تاکنون فعالیت چشم گیری انجام نشده است لذا انجام تحقیقات در در این زمینه امری لازم و بدیهی است .این تحقیق به جنبه های مختلف کاربرد فناوری اطلاعات و سیستم های نرم افزاری SCADA در مدیریت مصرف انرژی می پردازد و درمتن این تحقیق با تکیه بر مستندات آزمایشگاهی یک نمونه کاربردی تحت عنوان مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی کوره های الکتریکی به وسیله سیستم های SCADA ارائه خواهد شد با توجه به اینکه تجهیزات گرمایشی و بخصوص کوره های الکتریکی در کشور ایران کاربرد زیادی دارند و معمولا دارای مصرف انرژی بالایی هستند نتایج حاصل از این پایان نامه در بهینه سازی مصرف انرژی آنها و کاهش هزینه ها می تواند موثر باشد و همچنین با توجه به راهکارهای ارائه شده در این پایان نامه راه برای افزایش کاربرد این فناوری در سایر زمینه های مدیریت مصرف انرژی در کشور هموار می گردد.
۱-۷-اهداف تحقیق
در این تحقیق مفاهیم و جنبه های مختلف کاربرد فناوری اطلاعات و سیستم های SCADA در بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی با توجه به تحقیقات انجام شده و مقالات علمی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد و شناسایی روش های کاربردی مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی بر پایه علم فناوری اطلاعات و سیستم های SCADA از اهداف اولیه این پژوهش می باشد.در مرحله بعد با توجه به مفاهیم و روش های مدیریت مصرف یک مدل کاربردی بر مبنای سیستم های SCADA جهت مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی طراحی وارائه می گردد که یکی از اهداف مهم این پژوهش است .در این بخش با اعمال روشها ی مختلف مدیریت مصرف انرژی و انجام آزمایشهای مرتبط سعی خواهد گردید که مصرف انرژی الکتریکی و اوج بار مصرفی در مدل آزمایشگاهی تا حد ممکن کاهش یابد و با مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایشات مختلف سعی می شود بهترین روش جهت مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی معرفی گردد بدین ترتیب یکی از اهداف اصلی این پژوهش محقق خواهد شد.در انتهای با توجه به نتایج بدست آمده پیشنهاداتی در مورد بهبود روشها در فعالیت های آینده ارائه خواهد گردید .با توجه به گستردگی کاربرد سیستم های گرمایشی و کوره های الکتریکی در صنایع ایران نتایج بدست آمده در این پژوهش می تواند در بهینه سازی مصرف و کاهش هزینه ها در این صنایع موثر باشد وبا کاهش اتلاف انرژی در افزایش بهره وری و حفظ محیط زیست موثر باشد .
۱-۸- مروری بر فصل های پایان نامه
فصل دوم پایان نامه به مبانی نظری تحقیق می پردازد در این فصل تاریخچه و اصول کلی مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی مورد بررسی قرار می گیرد و همچنین نقش فناوری اطلاعات در مدیریت مصرف انرژی و تاریخچه پیدایش سیستم های SCADA و توسعه آن در طول زمان و امکاناتی را که جهت مدیریت و بهینه سازی انرژی در دسترس قرار می دهد مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
فصل سوم تحقیق به بررسی پیشینه پژوهشی می پردازد در این قسمت تحقیقات پیشین در مورد به کارگیری علم فناوری اطلاعات و سیستم های SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی و نتایج بدست آمده از این پژوهش ها مورد بررسی قرار می گیرد .
فصل چهارم به بیان روش تحقیق می پردازد در این فصل با توجه به پژوهش های قبلی و راهکارهای ارائه شده یک روش طراحی سیستم های SCADA جهت مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع حرارتی و کوره های صنعتی الکتریکی ارائه می گردد و همچنین در این فصل داده ها و نتایج مستند آزمایشگاهی که از سیستم طراحی شده در مرحله قبل بدست آمده بررسی می گردد و نتایج استفاده از هر یک از روشها و تاثیر آن بر روند مصرف انرژی در فرایند آزمایشی همراه با تحلیل نمودارها ارائه می گردد.
فصل پنجم با توجه به اطلاعات بدست آمده در مراحل قبلی در مورد نتایج بدست آمده در تحیق بحث می گردد و در انتها پیشنهاداتی جهت اجرای بهینه سیستم های مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی ارائه می گردد.
۲-مبانی نظری تحقیق
۲-۱- مقدمه
این فصل به مبانی نظری تحقیق می پردازد در این فصل تاریخچه و اصول کلی مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی مورد بررسی قرار می گیرد و همچنین نقش فناوری اطلاعات در مدیریت مصرف انرژی و تاریخچه پیدایش سیستم های SCADA و توسعه آن در طول زمان و امکاناتی را که جهت مدیریت و بهینه سازی انرژی در دسترس قرار می دهد مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
۲-۲- تاریخچه مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی
مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی از گذشته های دور تا به حال برای صنعت و تجارت مهم بوده است .موتورهای بخار اولیه بولتون و جیمز وات مزیت رقابتی داشته چون دارای بازدهی بیشتری به نسبت مصرف سوخت بودند در طول جنگ جهانی دوم افزایش راندمان در مصرف سوخت برای جنگ حیاتی بود و صنایع در سالهای پس از جنگ که جهان با کمبود سوخت مواجه بود در پی راه های صرفه جویی در مصرف انرژی بودند .مدیریت انرژی به عنوان یک راهکار مستقل در بحران نفتی سال ۱۹۷۳ به تدریج آشکار شد و در بحران سوخت جهانی در سال ۱۹۷۹ نقش موثری یافت .به طور کلی در تاریخچه مدیریت مصرف انرژی دوره های زیر قابل تشخیص است.
۲-۲-۱ -دوره اول: صرفه جویی ۱۹۸۱-۱۹۷۳
پیدایش و شروع به کار گیری مدیریت انرژی در این دوران یک پاسخ فوری به افزایش ناگهانی در بهای مصرف انرژی و کمبود تولید آن بود .در این مرحله با تنوع روشهایی که شرکت های مختلف برای مدیریت انرژی به کار می گرفتند مواجه هستیم و سازمان ها عموما از مهندسانی که در شاخه های مختلف سازمان مشغول به کار بودند دعوت نمودند که وظیفه مدیریت انرژی در سازمان را بر عهده بگیرند .در آن دوره با توجه به محدودیت فناوری سازمان های کمی دارای سیستم پایش[۷] و هدف گذاری[۸] مصرف انرژی بودند و توافق در نوع روشها کمتر به چشم می آمد .بسیاری از سیستم ها به صورت دستی کنترل می شد و بسیاری از متغیرها مانند شرایط آب و هوایی و خروجی تولید کارخانجات در نظر گرفته نمی شود .بسیار ی از تلاش ها در این مرحله به این موضوع خلاصه می شد که برای کاهش مصرف انرژی بسیاری از مصرف کننده ها که نیاز حیاتی به وجود آنها نبود از مدار خارج شوند که این روش روش موثری نبود
