شبیه سازی آموزشی سیستم های زمین گرمایی در متلب

توضیحات

در تابع هدف هزینه های ثابت و متغیر و درآمد مربوط به استفاده از نیروگاه زمین گرمایی در نظر گرفته شده است. برای روابط مربوط به هزینه های ثابت و متغیر از مقاله شماره 4 که به صورت رایگان برای دانلود قرار گرفته شده استفاده شده است. همچنین برای رابطه درآمد مربوط به نیروگاه زمین گرمایی از کتاب Energy Conversion Systems – Options and Issues استفاده شده است.

در توضیح اینکه متغیرهای تابع هدف که شامل عمق چاه و نرخ گردش سیال می‏شود چه تاثیری بر این هزینه ها و درآمدها دارد نکات زیر قابل توجه می باشد:

1- متغیر عمق چاه در هزینه حفاری که جزء هزینه های ثابت می باشد تاثیرگذار است که این تاثیر با استفاده از رابطه 4 مقاله 4 تعیین می گردد.

2- هزینه ثابت نیروگاه که با استفاده از رابطه 5 مقاله 4 تعیین می گردد تابعی از دماست. همچنین دما تابعی از عمق چاه می باشد. رابطه دما با عمق چاه با استفاده از رابطه 1 در مقاله ای با عنوان زیر بیان می گردد.

Temperature±depth relationships based on log data from the Los Azufres geothermal field, Mexico

3- متغیر نرخ گردش سیال روی هزینه متغیر Water O&M costs تاثیر گذار می باشد که در مقاله 4 به آن اشاره شده است.

4- توان خالص تولیدی نیروگاه زمین گرمایی تابعی از متغیرهای مسئله می باشد. یافتن این رابطه بدین صورت انجام پذیرفته که ابتدا با استفاده از خطی سازی نمودار 1 مقاله 7 رابطه تقریبی بین توان خروجی و عمق چاه تعیین می گردد. سپس تاثیر نرخ گردش سیال بر روی این توان با استفاده از نمودار 6.3.2 کتابی با عنوان Geothermal Energy Systems: Exploration, Development, and Utilization بدست آمده است.

برای حل این مسئله بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک با روش انتخاب چرخ رولت استفاده شده است. همچنین عملگر تقاطع در این الگوریتم بدین صورت است که یکی از متغیرها ی اول یا دوم بصورت تصادفی انتخاب شده و مقادیر آنها بین والدین معاوضه می گردد. روش اعمال عملگر جهش به این شکل می باشد که مقدار متغیر به یک مقدار تصادفی تغییر می یابد.

5- محدوده متغیر عمق چاه بین 1000 متر تا 6000 متر و محدوده متغیر نرخ گردش سیال بین 20 تا 100 کیلوگرم بر ثانیه در نظر گرفته شده است.

در اجرای فایل شبیه سازی ام فایل با نام GA2 را اجرا نمایید. نموداری که پس از اجرای این فایل ظاهر می شود مربوط به همگرایی الگوریتم ژنتیک و روند کاهش تابع هزینه در تکرارهای الگوریتم می باشد. همچنین مقادیر بهینه عمق چاه و نرخ گردش سیال در Command Window نمایش داده می شود

مواردی که در شبیه سازی مقاله رعایت شده است:

1. برای بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک چند هدفه استفاده شده است.
2. با توجه به این که از این الگوریتم استفاده می کنیم نیازمند تعریف هدف و شروط و متغییرها در الگوریتم هستیم. توجه داریم که مسئله ما بهینه سازی هزینه های یک سیستم نیروگاه زمین گرمایی هست. در همین راستا هدف ، شروط و متغییر های که مد نظر هست به صورت زیر تعریف می شود:
هدف :

چون ما از ژنتیک چند هدفه استفاده می کنیم. می تونیم چند هدف قرار بدیم اما بنده برای راحتی کار دو هدف قرار میدم .
1. منیمم شدن هزینه ها
2. ماکزیمم شدن توان خروجی در نیروگاه
شروط ما می تونه بزرگتر مساوی بودن توان تولیدی یا ظرفیت نیروگاه از یک میزان خاص و کمتر مساوی بودن هزینه های نیروگاه از یک میزان خاص باشه.
متغییر های مورد بررسی هم عمق چاه و نرخ گردش جریان سیال هست که تو مقاله روش مانور
داده شده.
3. مورد آخر هم اینه که در نمودار های پاسخ بهینه سازی شده نقاط بهینه نشون داده شده که مثلا با توجه به قیمت برق و هزینه های نیروگاه ، حفاری تو چه عمقی و با چه نرخ گردش جریان سیالی بهینه هستش .