
تعداد نشریات | 21 |
تعداد شمارهها | 610 |
تعداد مقالات | 9,027 |
تعداد مشاهده مقاله | 67,082,769 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 7,656,171 |
طراحی سیستم بازیافت انرژی در ایستگاه های تقلیل فشار خطوط انتقال نفت | ||
مدل سازی در مهندسی | ||
مقاله 3، دوره 21، شماره 72، فروردین 1402، صفحه 31-47 اصل مقاله (2.29 M) | ||
نوع مقاله: مقاله برق | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2022.26586.2241 | ||
نویسندگان | ||
امیر حسین ابوالمعصومی* 1؛ مجید سلامی2؛ سیدعلیرضا مصطفوی3؛ سید محمودرضا عطیفه4 | ||
1اراک-دانشگاه اراک- دانشکده فنی و مهندسی- دانشکده برق | ||
2دانشگاه اراک، اراک، ایران | ||
3مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران | ||
4دانشگاه اراک | ||
تاریخ دریافت: 20 فروردین 1401، تاریخ بازنگری: 28 تیر 1401، تاریخ پذیرش: 12 شهریور 1401 | ||
چکیده | ||
در این مقاله به امکان بازیافت انرژی از خطوط انتقال نفت به عنوان یک منبع انرژی پاک پرداخته میشود، در حال حاضر میزان قابل توجهی از انرژی، در ایستگاههای تقلیل فشار نفت تلف میشود. سیستم پیشنهادی در این تحقیق، امکان تبدیل انرژی اتلافی به انرژی الکتریکی را توسط یک توربین فرانسیس و ژنراتورسنکرون مهیا میسازد. مدل دینامیکی خط انتقال از ایستگاه تقویت فشار تا ایستگاه تقلیل فشار برای خط انتقال نفت خام رازان- شازند و سیستم بازیافت انرژِی پیشنهادی به همراه مدل دینامیکی ادوات به کار رفته از قبیل شیر کنترلی، توربین و ژنراتور ارائه شده و معادلات فضای حالت سیستم متصل به بار محلی بدست می آید. سپس به منظور کنترل دبی، فشار، سرعت و ولتاژ ، کنترل کنندههای PID و LQR بطور جداگانه طراحی شده ونتایج عملکرد آنها در شرایط مختلف مقایسه می شوند. علاوه بر آن امکان سنجی در مورد نحوه استفاده از انرژی بازیافتی، به صورت محلی و تزریق آن به شبکه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که در شرایط نرمال انرژی قابل ملاحظهای از خطوط مذکور قابل بازیافت و کنترل می باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
خطوط انتقال نفت؛ تولید انرژی پراکنده؛ مدلسازی؛ کنترل بهینه؛ توربین هیدرولیک | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Design of an Energy Regeneration System for Pressure Reducing Stations of Crude Oil Pipeline | ||
نویسندگان [English] | ||
Amir Hossein Abolmasoumi1؛ Majid Salami2؛ a mostafavi a mostafavi3؛ Mahmood Reza Atifeh4 | ||
2Mechatronics,, Arak University, Arak, Iran | ||
3Department of Mechanical Engineering,, Arak University, Arak, Iran | ||
4Arak University | ||
چکیده [English] | ||
In this study, the possibility of energy recovery from oil pipelines as a source of clean energy is discussed. At present, a significant amount of energy is lost in oil pressure reducing stations. The energy regeneration scheme proposed in this study investigates the possibility of converting the currently wasted energy into the electrical energy by using a Francis turbine coupled with a synchronous generator system. The dynamic hydraulic model of the existing pipeline system starting from the compressor stations to the pressure regulating stations is obtained. Also the state space equations of the energy regeneration system including the control valves, the turbine and the synchronous generator connected to a local load are modeled. The propositional-integral-derivative (PID) and linear quadratic regulator (LQR) are designed to control the flow, pressure, speed and voltage in the energy regeneration system. The results of two controllers are then compared under different conditions. The obtained model for Razan-Shazand transmission line crude oil are simulated and the results are interpreted. The results show the possibility of a significant energy regeneration and the appropriate performance of the designed system with the proposed controllers. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
Oil Pipeline, Distributed Energy, Energy Regeneration, Optimal Control, Hydro turbine | ||
مراجع | ||
[1] B. Dudley, BP statistical review of world energy. 69th ed ,BP, London ,2020. [2] W.Kostowski, "The possibility of energy generation within the conventional natural gas transport system". Strojarstvo: časopis za teoriju i praksu u strojarstvu , Vol. 52, NO.4, 2010,pp.429-440. [3] A.Mirandola, and L. Minca , “Energy recovery by expansion of high pressure natural gas”. Intersociety energy conversion engineering conference,Vol.21,1986. [4] A. Mirandola, and A. Macor, “Experimental analysis of an energy recovery plant by expansion of natural gas”, Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Vol.4,July 1988, pp. 33-38. [5] J.Poživil, "Use of expansion turbines in natural gas pressure reduction stations". Acta Montanistica Slovaca, Vol. 9, NO.53,2004, pp 258-260. [6] M.B.Turkemani, and H. Rastegar, "Modular Modeling of Turbo‐Expander Driven Generators for Power System Studies". IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, Vol. 4, NO.5,2009,pp. 645-653. [7] C.Howard, P. Oosthuizen, and B. Peppley, "An investigation of the performance of a hybrid turboexpander-fuel cell system for power recovery at natural gas pressure reduction stations". Applied Thermal Engineering, Vol. 31, NO.13,2011,pp. 2165-2170. [8] سیف الله سعدالدین و سعید رستگار، "تحلیل اگزرژی در ایستگاه تقلیل فشار گاز طبیعی دروازه شهری"، مدل سازی در مهندسی، دوره 8، شماره 22، 1389 ، صفحه 13-19، doi: 10.22075/jme.2017.1564 [9] سید محمد جوکار، نواب زمانی نژاد، پیام پرواسی و جعفر جوانمردی،"شبیهسازی و اصلاح فرایند در ایستگاه تقویت فشار گاز، با هدف کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگی"، مدل سازی در مهندسی, دوره 18، شماره 62، 1399 ، صفحه 83-97، doi: 10.22075/jme.2020.19119.1806 [10] M.Farzaneh-Gord, and M. Deymi-Dashtebayaz, "Recoverable energy in natural gas pressure drop stations: A case study of the khangiran gas refinery". Energy, Exploration & Exploitation, Vol. 26, NO.2,2008,pp. 71-82. [11] T.B.Ng , G. Walker, and J. Sargison. “Modelling of transient behaviour in a francis turbine power plan”, Fluid Mechanics Conference, Vol.15,Sydney, Australia. 2004. [12] M.De Marchis, and G. Freni, "Pump as turbine implementation in a dynamic numerical model: cost analysis for energy recovery in water distribution network". Journal of Hydroinformatics, Vol.17, NO.3 ,2015, pp. 347-360. [13] Rother, Thomas. “Energy Recovery in Crude Oil Pipelines”,Pipeline Technology Conference, Vol.11, 2016. [14] M. Mühlmann, M. Klingenschmid, D. Lehner, “Energy Recovery Station at Transalpine Pipeline (TAL): From a Vision to an innovative Crude Oil Pipeline Power Plant (Design – Construction – Operation) ”, Pipeline Technology Conference , Berlin,March 2019. [15] J. Zhang, H. Lan, and J. Li, “Research on Predicting Slack Flow of Oil Pipelines in Undulated Areas with Large Fall”, International Conference on Computer Information Systems and Industrial Applications, Atlantis Press, 2015. [16] M.Ameri, and M.Askari. "Enhancing the efficiency of crude oil transportation pipeline: a novel approach", International Journal of Exergy ,Vol.13,NO.4,2013 ,pp.523-542. [17] C. A. Smith, and A. B. Corripio, Principles and practice of automatic process control, Wiley New York, 1985 [18] S. Salehi, H. Nilsson, E. Lillberg,and N.Edh, "An in-depth numerical analysis of transient flow field in a Francis turbine during shutdown", Renewable Energy, Vol.179, 2021,pp. 2322-2347. [19] Z. Sun, and T.W. Kuo, "Transient control of electro-hydraulic fully flexible engine valve actuation system", IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.18,NO.3,2010,pp.613-621. [20] E.De Jaeger, N. Janssens, B. Malfliet , and F.Van De Meulebroeke," Hydro turbine model for system dynamic studies". IEEE Transactions on Power Systems, Vol.9,NO.4,1994,pp.1709-1715. [21] B. Xu , D. Chen, H. Zhang, and F.Wang," Modeling and stability analysis of a fractional-order Francis hydro-turbine governing system. Chaos, Solitons & Fractals ,Vol.75,June 2015,pp.50-61. [22] B.Xu, J.Zhang, M. Egusquiza, D.Chen, F. Li, P.Behrens, and E.Egusquiza, "A review of dynamic models and stability analysis for a hydro-turbine governing system". Renewable and Sustainable Energy Reviews ,Vol.144,July 2021, 110880. [23] P.Kundur, N. J.Balu, and M. G.Lauby, Power system stability and control, McGraw-hill New York, 1994. [24] مهدی صفائیان، ابوالفضل جلیلوند و اصغر طاهری. "کنترل پیشبین بدون سنسور موتور القائی با رﺅیتگر لغزشی ابرپیچشی و تخمینگر تطبیقی فازی" ، مدل سازی در مهندسی، دوره 19، شماره 66، 1400، صفحه 53-63، doi: 10.22075/JME.2021.22327.2025 [25] V.V.Patel, "Ziegler-Nichols tuning method". Resonance, Vol.25,NO.10,2020, pp.1385-1397 [26] N.N.B.M.Mazlan, N.M.Thamrin, and N.A.Razak, “ Comparison Between Ziegler-Nichols and AMIGO Tuning Techniques in Automated Steering Control System for Autonomous Vehicle”, IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS) , June 2020 ,pp. 7-12. [27] A.Ali, and S.Majhi, "PID controller tuning for integrating processes". ISA transactions, Vol.49,NO.1,2010, pp.70-78. [28] A.Karimi, D. Garcia, and R.Longchamp, “ PID controller design using Bode's integrals”, American Control Conference (IEEE Cat. No. CH37301) ,Vol. 6, May 2002, pp. 5007-5012. [29] K.H. Raut, and S.R. Vaishnav, “ A study on performance of different PID tuning techniques”, International Conference on Electrical Engineering and Computer Science, Trivandrum, India, May 2012, pp. 250-254. [30] A.N.SOE, T. MYINT, P.M.M. HTWE, and N.S.S.SAN, "Design of PID Controller for DC Motor Speed Control System with Chien-Hrones-Reswich Method",International Journal of Scientific Engineering and Technology Research ,Vol.08, Jan-Dec-2019, pp. 581-584 . [31] A. E.TAŞÖREN, "Design and Realization of Online Auto Tuning PID Controller Based on Cohen-Coon Method",Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi,NO. 24,2021,pp. 234-239. [32] U. M. Nath, C. Dey, and R. K.Mudi, "Review on IMC-based PID controller design approach with experimental validations", IETE Journal of Research ,2021,pp.1-21. [33] M.Veronesi,and A.Visioli, “ Improving lambda tuning of PI controllers for load disturbance rejection”, IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Vol.26,2021, pp. 1-6. [34] M. R. K.Shagor , M. M.Nishat, F.Faisal, M. H.Mithun,and M. A. Khan, “ Firefly Algorithm Based Optimized PID Controller for Stability Analysis of DC-DC SEPIC Converter ”, IEEE Annual Ubiquitous Computing, Electronics & Mobile Communication Conference (UEMCON) Vol.12, December 2021, pp. 0957-0963. [35] R.Deepa, R. Velnath, E. H.Guhan, C. Moorthy, P. Gomathi, and A. Dinesh, “ Stability Analysis of Ball and Beam System using PID Controller”, International Conference on Advancements in Electrical, Electronics, Communication, Computing and Automation (ICAECA) , October 2021,pp. 1-4. [36] I.Kamenko, V. Čongradac ,and F.Kulić, "A novel fuzzy logic scheme for PID controller auto-tuning" , Automatika, Vol.63,NO.2,2022,pp. 365-377. [37] S.Mahfoud, A. Derouich, N.EL Ouanjli, M.EL Mahfoud, and M.Taoussi , "A New Strategy-based PID controller optimized by genetic algorithm for DTC of the doubly fed induction motor", Systems, Vol.9,NO.2, 2021, p.37. [38] J.Zhang, J. Zhuang, and H. Du. "Self-organizing genetic algorithm based tuning of PID controllers." Information Sciences ,Vol.179,NO.7 ,2009,pp.1007-1018. [39] P.Cominos, N. Munro, "PID controllers: recent tuning methods and design to specification", IEE Proceedings-Control Theory and Applications ,Vol.149,NO.1,2002, pp.46-53. [40] Y.Lee, J. Lee, and S.Park, "PID controller tuning for integrating and unstable processes with time delay", Chemical Engineering Science,Vol .55,NO.17,2000,pp.3481-3493. [41] A. Visioli," Modified anti-windup scheme for PID controllers". IEE Proceedings-Control Theory and Applications, Vol150, NO.1, 2003, pp.49-54. [42] P. R .Bélanger,Control engineering: a modern approach, Oxford University Press, Inc.1995. [43] T. Jeon, I. Paek, "Design and verification of the LQR controller based on fuzzy logic for large wind turbine", Energies, Vol.14, NO. 230, 2021.
| ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 383 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 203 |