ارائه یک مدل برنامه‌ریزی اقتصادی- زیست محیطی ریزشبکه به‌هم‌پیوسته آب و برق

زمانیان, سعید; صادق زاده, سید محمد

ارائه یک مدل برنامه‌ریزی اقتصادی- زیست محیطی ریزشبکه به‌هم‌پیوسته آب و برق

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

¹ دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

² پژوهشگر، دانشکده مهندسی و پدافند غیر عامل، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

چکیده

امروزه استفاده از ریزشبکه‌های به‌هم‌پیوسته آب و برق به یک راه حل مناسب برای افزایش نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر در حل مسائل اقتصادی مرتبط با این حوزه تبدیل شده است. با این حال، به‌منظور افزایش بازده انرژی و غلبه بر چالش‌های زیست محیطی و اقتصادی مربوط به برنامه‌ریزی ریزشبکه به‌هم‌پیوسته آب و برق به یک مدل کارآمد مورد نیاز است. این مقاله مدل بهینه‌سازی دو هدفه را برای برنامه‌ریزی بهینه ریزشبکه ارائه می‌دهد. در این مدل پمپ‌های سرعت متغیر موجود در شبکه آب و همچنین تانک‌های ذخیره‌ساز به‌عنوان منابع انعطاف‌پذیر به‌منظور کاهش هزینه بهره‌برداری و آلایندگی به‌صورت بهینه برنامه‌ریزی می‌شود. مدل پیشنهادی یک مسئله بهینه‌سازی دو هدفه را تشکیل می‌دهد. در این مقاله از روش محدودیت اپسیلون و روش فازی به‌منظور حل مسئله دو هدفه پیشنهادی استفاده شده است. مدل پیشنهادی بر روی ریزشبکه 33 باسه برق و 15 گره آب آزمایش شده و برای موارد مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی تأثیر یکپارچه‌سازی برنامه‌ریزی شبکه آب و برق را در کاهش هزینه بهره‌برداری و انتشار آلایندگی اثبات می‌کند.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1401.13.3.7.4

عنوان مقاله [English]

Presentation of an Economic-Environmental Planning Model for the Interconnected Water and Electricity Network Microgrids

نویسندگان [English]

Saeid Zamanian ¹
seyed mohammad sadeghzadeh ²

¹ IHU

² shahed university

چکیده [English]

Nowadays, the use of integrated water and electricity microgrids has become a suitable solution for increasing the influence of renewable energies in solving economic problems related to this field. However, an efficient model is needed to increase the energy efficiency and overcome the environmental and economic challenges associated with the integrated water and electricity microgrid planning. This paper presents a multi-objective optimization model for system scheduling. In this model, variable speed pumps in the water system as well as storage tanks and flexible sources are optimally programmed to reduce the operation costs and pollution. The proposed model is a two-objective optimization problem. In this paper, the Epsilon constraint method and the fuzzy method are used to solve the proposed two-objectives problem. The proposed model has been tested on 33 micro-buses and 15 water nodes and has been investigated for different cases. The simulation results prove the effect of water and electricity network planning integration on reducing the operation costs and pollutant emissions.

کلیدواژه‌ها [English]

Interconnected Water and Electricity Network
Reduction of Operating Costs
Reduction of Pollution

مراجع

Oikonomou, M. Parvania, and R. Khatami, “Optimal Demand Response Scheduling for Water Distribution Systems,” IEEE Trans. on Industrial Informatics, vol. 14, no. 11, pp. 5112–5122, 2018.
M. Bagirov, A. Barton, H. Mala-Jetmarova, A. Al Nuaimat, S. Ahmed, N. Sultanova, and J. Yearwood, “An Algorithm for Minimization of Pumping Costs in Water Distribution Systems Using a Novel Approach to Pump Scheduling,” Mathematical and Computer Modelling, vol. 57, no. 3-4, pp. 873–886, 2013.
L´opez-Ib´a˜nez, T. D. Prasad, and B. Paechter, “Ant Colony Optimization for Optimal Control of Pumps in Water Distribution Networks,” J. of Water Resources Planning and Management, vol. 134, no. 4, pp. 337–346, 2008.
Oikonomou and M. Parvania, “Optimal Coordinated Operation of Interdependent Power and Water Distribution Systems,” IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 11, no. 6, pp. 4784–4794, 2020.
Moazeni, J. Khazaei, and J. P. P. Mendes, “Maximizing Energy Efficiency of Islanded Micro Water-energy Nexus Using co-optimization of Water Demand and Energy Consumption,” Applied Energy, vol. 266, p. 114863, 2020.
Wen, C. Y. Chung, X. Liu, and L. Che, “Microgrid Dispatch with Frequency-aware Islanding Constraints,'' IEEE Trans. Power Syst. vol. 34, no. 3, pp. 2465-2468, May 2019.
Yang, X. Lei, and T. Ye, ``Microgrid Energy Optimal Dispatch Considering the Security and Reliability,'' Zhongguo Dianji Gongcheng Xue- bao/Proc. Chin. Soc. Elect. Eng. vol. 34, no. 19, pp. 30803088, 2014.
J. Hossain, T. G. Paul, R. Bisht, A. Suresh, and S. Kamalasadan, “An Integrated Battery Optimal Power Dispatch Architecture for End-User- Driven Microgrid in Islanded and Grid-connected Mode of Operation,'' IEEE Trans. Ind. Appl. vol. 54, no. 4, pp. 3806-3819, Jul. 2018.
Wang, W. Wei, J. Wang, L. Wu, and Y. Liang, “Equilibrium of Interdependent Gas and Electricity Markets with Marginal Price Based Bilateral Energy Trading,'' IEEE Trans. Power Syst. vol. 33, no. 5, pp. 4854-4867, Sep. 2018.
Alharbi and K. Bhattacharya, “Optimal Scheduling of Energy Resources and Management of Loads in Isolated/Islanded Microgrids,'' Can. J. Elect. Comput. Eng. vol. 40, no. 4, pp. 284-294, 2017.
Zhong, W. Jianxue, and C. Xiaoyu, “An Energy Management Method of Island Microgrid Based on Load Classication and Scheduling,'' Autom. Electr. Power Syst. vol. 39, no. 15, pp. 17-23, 2015.
F. Zia, E. Elbouchikhi, M. Benbouzid, and J. M. Guerrero, “Energy Management System for an Islanded Microgrid with Convex Relaxation,'' IEEE Trans. Ind. Appl. vol. 55, no. 6, pp. 7175-7185, Nov. 2019.
R. Massrur, T. Niknam, and M. Fotuhi-Firuzabad, “Investigation of Carrier Demand Response Uncertainty on Energy Flow of Renewable-based Integrated ElectricityGasHeat Systems,'' IEEE Trans. Ind. Informat., vol. 14, no. 11, pp. 5133-5142, Nov. 2018.
Michaelson, H. Mahmood, and J. Jiang, “A Predictive Energy Management System Using Pre-emptive Load Shedding for Islanded Photovoltaic Microgrids,'' IEEE Trans. Ind. Electron. vol. 64, no. 7, pp. 5440-5448, Jul. 2017.
F. Zia, E. Elbouchikhi, and M. Benbouzid, “Microgrids Energy Management Systems: A Critical Review on Methods, Solutions, and Prospects,'' Appl. Energy, vol. 222, pp. 1033-1055, Jul. 2018.
K. Molzahn, F. Dörer, H. Sandberg, S. H. Low, S. Chakrabarti, R. Baldick, and J. Lavaei, “Asurvey of Distributed Optimization and Control Algorithms for Electric Power Systems,'' IEEE Trans. Smart Grid, vol. 8, no. 6, pp. 2941-2962, Nov. 2017.