2-3-4-مرحله چهارم :مرحله بازبینی و اصلاح مستمر                                   13      

 

2-4-کاربرد فناوری اطلاعات در مدیریت مصرف انرژی                                     14

 

2-4-1-نقش اینترنت و تجارت الکترونیک در مدیریت مصرف انرژی                 14

 

2-4-2-مدیریت و برآورد نیاز به مصرف انرژی                                             15          

 

2-4-3-روشهای کنترل شبکه ای                                                            16

 

2-4-3-1-سیستم های SCADA                                                 

 

2-4-3-2-سیستم ذخیره سازی اطلاعات تجهیزات                                   17

 

2-4-3-3-سیستم مدیریت انرژی EMS                                               

 

2-4-3-4-سیستم مدیریت تولید انرژی GMS                                     

 

2-4-3-5-سیستم مدیریت توزیع انرژی DMS                                     

 

2-4-4 –سیستم اطلاعات جغرافیایی  GIS                                             

 

2-4-4-1-منابع اطلاعات در سیستم GIS                                           

 

2-4-4-2-کاربردهای GIS در صنعت انرژی                                           20  

 

2-4-5-سیستم اطلاعات مشتری CIS و CRM                                      

 

2-4-6-سیستم اطلاعات انرژی EIS                                                     

 

2-4-7-برنامه ریزی منبع انرژی ERP                                                   

 

2-4-8-ممیزی خریداران انرژی و برنامه های کاربردی                       24  

 

2-6-بررسی سیستم های SCADA                                                       

 

2-6-1-تاریخچه سیستم های SCADA                                               

 

2-6-2-ساختار سیستم های SCADA                                                 

 

2-6-3-عملیات در سیستم های SCADA                                            

 

2-6-4-مزایای استفاده از سیستم های SCADA                                   

 

2-6-5-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت مصرف انرژی              30

 

2-7-نتیجه گیری فصل                                                               31

 

فصل سوم :پیشینه پژوهشی ………………………………………………32

 

3-1-مقدمه                                                                                         32        

 

3-2-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی       32

 

3-2-1-صرفه جویی در مصرف انرژی                                                     32

 

3-2-2-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش بازدهی سازمان               32

 

3-2-3-مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی                                          33

 

3-2-4-آنالیز ROI                                                                       

 

3-3-مراحل و روشهای به کارگیری سیستم های SCADA در مدیرت انرژی       34

 

3-3-1-آنالیز و بررسی دقیق میزان مصرف انرژی و اوج بار مصرفی                   34

 

3-3-2-آنالیز و اندازه گیری سایر داده های مورد نیاز در مدیریت مصرف انرژی       35

 

3-4-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش راندمان                                   36

 

3-5-زمانبندی کارکرد مصرف کننده ها به وسیله سیستم های SCADA            

 

3-6-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم روشنایی                     38

 

3-7-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و کنترل تجهیزات                   40

 

3-8-کاربرد سیستم های SCADA در سازماندهی پرسنل فنی                       40

 

3-9-کاربرد سیستم های SCADA در کاهش استهلاک تجهیزات                   41

 

3-9-1-کاهش استهلاک تجهیزات با کم کردن حجم کاری                           42

 

3-9-2-کاهش استهلاک با اعمال روش های کنترلی                                    42

 

3-10-کاربردسیستم های SCADA در صنعت برق                                     42

 

3-10-1-کاربرد سیستم هایSCADA درافزایش راندمان نیروگاه های برق    42                                            

 

3-10-2-ایجاد شبکه های هوشمند و بهبود راندمان شبکه برق سراسری           43

 

3-11-کاربرد منطق فازی و هوش مصنوعی در مدیریت و بهینه سازی مصرف         43

 

3-11-1-استفاده از هوش مصنوعی در پیش بینی مقدار مصرف انرژی               43

 

3-11-2-بهره گیری از منطق فازی برای پیش بینی مقدار مصرف                   44

 

3-12-کاربرد منطق فازی در کاهش مصرف انرژی در کوره های صنعتی               45

 

3-13-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های مرتبط با دما       46

 

3-13-1-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های گرمایشی     46

 

3-13-2-پایش و ثبت دقیق دما بر حسب زمان                                         46

 

3-13-3-امکان پیاده سازی روشهای پیشرفته کنترل دما                             47

 

 

3-13-4-امکان استفاده از تقویم زمانی برای کارکرد سیستم تهویه مطبوع         48

 

3-14-داده کاوی اطلاعات سیستم های SCADA جهت افزایش امنیت               48

 

3-15-استفاده از میکرو کنترولرجهت بهبود عملکرد سیستم های SCADA      

 

3-16-استفاده از قابلیت های نرم افزارSCADA در فرآیند کنترل                  49

 

3-17-امکان استفاده از OPC در نرم افزار SCADA                               

 

3-18-استفده از سیستم های SCADA بر مبنای وب                                   50

 

3-19-استفاده از روشهای مدل سازی در مدیریت انرژی                                 51

 

3-20-جمع بندی تحقیقات گذشته                                                         52

 

3-21-نتیجه گیری فصل                                                                       53

 

فصل چهارم :روش پیاده سازی ، آزمایش ها و نتایج……………………………..55

 

4-1-مقدمه                                                                                     55

 

4-2-اهداف مدیریت انرژی در کوره های الکتریکی                                       55

 

4-2-1-کاهش انرژی مصرفی در کوره های الکتریکی                               56

 

4-2-2-کاهش اوج بار مصرفی در کوره های الکتریکی                               56

 

4-3-فرآیند مصرف انرژی در یک کوره الکتریکی                                         56

 

4-3-1-اندازه گیری دما                                                                    59

 

4-3-2-اندازه گیری پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی                             60      

 

4-3-3-کنترل توان در کوره های الکتریکی                                           61

 

4-4-طراحی فرآیند مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی                   63

 

4-4-1-تععین پارامترهای مورد نیاز جهت اندازه گیری و کنترل                   63

 

4-4-2-انتخاب RTU ها جهت فرآیند مدیریت مصرف انرژی                     64

 

4-4-3-ارتباط نرم افزار SCADA با RTU ها                                   65

 

4-4-4-پروتکل های ارتباطی                                                             66

 

4-4-5-نصب تجهیزات جهت فرآیند آزمایشی                                         71

 

4-4-6-نصب RTU ها در نرم افزار SCADA                                   

 

4-4-7-بررس عملکرد سیستم کنترل توان                                             78

 

4-5-آزمایش اول:بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF         

 

4-5-1-طراحی نرم افزار جهت آزمایش اول                                          79

 

4-5-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی در آزمایش اول     82  

 

4-6-آزمایش دوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF

 

با اعمال محدودیت در اوج بار مصرفی                                                   85  

 

4-6-1-اصلاح برنامه نرم افزاری جهت آزمایش دوم                                 86  

 

4-6-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش دوم     87  

 

4-7-آزمایش سوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID             

 

4-7-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش سوم-روش کنترلی PID     

 

4-7-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم   92  

 

4-8-آزمایش چهارم : بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID

 

همراه با اعمال محدودیت توان                                                          94

 

4-8-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش چهارم                               95

 

4-8-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم     95

 

4-9-آزمایش پنجم :بررسی روند مصرف انرژی در روش PID همراه با

 

اعمال محدودیت توان در پیش بینی کوتاه مدت                                 97

 

4-9-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش پنجم                                 97

 

4-9-2-بررسی و تحلیل نمودارهای آزمایش پنجم                                   99

 

4-10-نتیجه گیری فصل                                                                102

 

فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری و پیشنهادها ………………………..104

 

5-1-مقدمه                                                                                  104

 

5-2-نتایج بدست آمده از فرآیندهای آزمایشی                                       104

 

5-2-1-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش اول                                          105

 

5-2-2-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش دوم                                           106

 

5-2-3-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش سوم                                         106

 

5-2-4-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش چهارم                                      107

 

5-2-5-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش پنجم                                     107       

 

5-3-مزایای استفاده از طرح ارائه شده در تحقیق                                     107

 

5-3-1-کاهش هزینه های مستقیم                                                   108

 

5-3-2-کاهش هزینه های غیر مستقیم                                               108

 

5-3-3-بهبود فرآین تولید و تاثیر آن بر افزایش کیفیت                           108

 

5-4-پیشنهادات جهت ادامه کار در آینده                                             109

 

5-4-1-استفاده از روش های کنترل نوین                                           109

 

5-4-2-محاسبه نرخ بازگشت سرمایه                                                 109

 

5-4-3-استفاده از سیستم های مدیریت انرژی اقتصادی                         109

 

5-5-4-ارتباط با سایر نرم افزار های سازمانی                                       110        

 

5-4-5-افزایش راندمان تجهیزات با استفاده از ظرفیت بهینه                   110  

 

مراجع                                                                                         111

 

چکیده به زبان انگلیسی                                                                   115

 

چکیده:

 

با توجه به افزایش قیمت حامل های انرژی در سالهای اخیر و مشکلات زیست محیطی که در اثر مصرف کنترل نشده این حامل ها ایجاد شده است امروزه بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی با هدف کاهش مصرف در کشورهای جهان جایگاه ویژه ای یافته است. مهمترین مرحله در مدیریت مصرف انرژی فرآیند ممیزی می باشد که به معنی بررسی دقیق اطلاعات محیطی و شناسایی عواملی است که کنترل آنها در کاهش مصرف انرژی موثر می باشد. در سالهای اخیر با پیشرفت های چشمگیر در علم فناوری اطلاعات امکان پایش و ثبت مداوم پارامترهای محیطی که در مصرف انرژی موثر هستند فراهم شده است و سیستم های SCADA به عنوان بخشی از زیرساخت این فناوری در راستای پایش وکنترل داده های محیطی توسعه یافته اند. با به کارگیری سیستم های SCADA امکان یک ممیزی دقیق از مصرف انرژی فراهم می گردد همچنین با اعمال فرآیندهای کنترلی با استفاده از سیستم های SCADA امکان کاهش مصرف انرژی میسر می گردد که با دستیابی به این هدف ضمن کاهش هزینه ها ، بهره وری افزایش پیدا می کند .دررساله حاضر روش های کاربردی سیستم های SCADA در مدیریت و کاهش مصرف انرژی با توجه به تحقیقات پیشین مورد بررسی قرار می گیرد و در ادامه به عنوان یک مطالعه کاربردی ، روش استفاده از سیستم های نرم افزاری   SCADA  در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی که کاربرد زیادی در صنایع ایران دارند پیاده سازی می گردد ودر انتها ضمن تحلیل نتایج حاصل از اجرای این روش کاربردی پیشنهاداتی در مورد بهبود عملکرد روش ها در تحقیقات آینده ارائه خواهد گردید.

 

1- مقدمه

 

1-1- 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.

 

1-1-1- 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.

 

2-1-1- 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[1].

 

2-1- تعریف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی

 

مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی[1] 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 فرآیند 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[2].

 

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[2] به ازای انرژی مصرفی

 

• خرید انرژی به بهای کمتر

 

• انجام عملیات مورد نیاز جهت خرید انرژی به بهای کمتر [3].

 

3-1- 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 21 تغییرات عمده ای در تولید ترکیبات و محصولات تجدیدپذیر به وجود آورد که این به نوبه خود در فرآیند مصرف انرژی موثر است با این حال نمی تواند جایگزین نقش فناوری اطلاعات در فرآیند بهینه سازی مصرف انرژی گردد.فناوری اطلاعات بر فرآیند 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 تکنولوژیهای جدید در سیستم های کنترل ودر نتیجه بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی گردید.