بخشی از مقاله
چکیده
انرژی، مصرف حیاتی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی است. به عنوان یک نتیجه، در فعالیتهای صنعتی و خانگی تقاضا برای انرژی به طور قابل ملاحظهای در کشورهای در حال توسعه افزایش پیدا کرده است. با وجود مزایای مشاهده شده انرژی تجدیدپذیر،اشکالاتی مهم مانند ناپیوستگی تولید به عنوان بیشترین وابستگی انرژی تجدیدپذیر به آب و هوا وجود دارد به همین دلیل استفاده آنها نیاز به طراحی پیچیدهی روشهای بهینهسازی کنترل و برنامهریزی دارد.
خوشبختانه پیشرفتهای مستمر در سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر به محققین این اجازه را میدهد که چون منابع محاسباتی مورد استفاده در مسایل بهینه سازی را میتوان در تعداد زیادی از روشهای بهینه سازی که در زمینه ی انرژی پایدار و تجدید پذیر به کار رفتهاند دید با این منابع سرکار داشته باشند،. این مقاله به چگونگی روند هنرنمایی روشهای بهینه سازی محاسباتی بکار گرفته شده برای انرژی پایدار و تجدید پذیر و ارائه یک چشمانداز روشنی ازآخرین پیشرفتهای تحقیقی را در این زمینه را اشاره دارد.
مقدمه
با توسعهی اقتصاد جهانی،مصرف بطور قابل ملاحظهای بویژه در کشورهای در حال توسعه افزایش پیدا کرده است. فهم اینکه منابع سوخت فسیلی مورد نیاز تولید در حال نابودی میمباشد، و تغییرات آب و هوای مربوط به انتشار کربن در اتمسفر ضرورت به صرفهجویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست را افزایش داده است.[1] اولین استراتژی برای کاهش وابستگی به منابع فسیلی براساس کاهش مصرف انرژی با استفاده از برنامههای ذخیرهسازی انرژی متمرکز شده بر روی کاهش تقاضا و عرضهی انرژی در محدودهی زمینههای صنعتی[2] و خانگی[3] پایهگذاری شده است.
دومین استراتژی برای رسیدن به این هدف شامل منابع انرژی تجدیدپذیر نه تنها برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ، بلکه برای سیستمهای مستقل هم در نظر گرفته میشود.[4] فنآوریهای انرژی تجدیدپذیر بعنوان کم کردن رقابت بین سیستمهای تبدیل انرژی الکتریکی سنتی شناخته شدهاند، عمدتا به دلیل هزینههای نگهداری نسبتا بالا و غیر تکراری بودن آنها، استفاده از سیستمهای تبدیل انرژی الکتریکی مقرون به صرفه نیستند. در حالی که منابع انرژی تجدیدپذیر دارای مزیتهای مختلف از جمله کاهش وابستگی به منابع فسیلی و کاهش در انتشار کربن در اتمسفر می باشد،ولی انرژی تجدیدپذیر از مسایل ایمنی حاصل شده از نیروی اتمی اجتناب می کند.[5]
به همین دلیل از نکته نظر اجتماعی، پذیرفتن نیروی انرژی تجدیدپذیر گیاهی خیلی پسندیده شده است.[6] یک تصمیم مهم برای دولتها این است که منبع انرژی تجدیدشونده را بهترین انتخاب باشد. چندین پژوهشگر همچون Evans و همکارانش تکنولوژیهای اصل انرژی تجدیدپذیر را با محاسبهی شاخصهای پایداری ارزیابی کردهاند.[7] آنها کسانی بودند که نیروی باد، نیروی محرکهی آب و فتوولتائیک را با انرژی گرمایی زمین با محاسبهی تولید انرژی، انتشار گازهای گلخانهای در طول چرخهی کامل زندگی تکنولوژی، دستیابی به منابع انرژی تجدیدپذیر ، بهرهوری تبدیل انرژی، الزامات زمین، مصرف آب و اثرات اجتماعی آنها مقایسه کردند. پژوهشگران محاسبه کردند که نیروی باد نسبتا کمترین انتشار گاز گلخانهای، حداقل تقاضای مصرف آب و مطلوبترین اثرات اجتماعی را داشته است ولی آن به زمین بیشترو بالاترین هزینهی سرمایهگذاری نیاز دارد.
Lund [7] و همکاران [8] استراتژی توسعه انرژی پایدار و تجدیدپذیر را با در نظر گرفتن سه تغییرات عمدهی تکنولوژیکی: -1صرفهجویی انرژی در طرف تقاضا،-2 بهبود بهرهروی در تولید انرژی و -3 جایگزینی سوختهای فسیلی با انواع منابع انرژی تجدیدپذیر آنالیز کردند. سایر مطالعات اخیر که اثرات زیست محیطی و اقتصادی انرژی تجدیدپذیر را ارزیابی کردهاند، شامل مطالعاتی است که توسط Hepbasli و Varun و همکارانش ارائه شده است.[10]
بهبود فنآوریهای انرژیهای تجدیدپذیر به توسعهی پایدار و ارائه راهحل برای مسایل زیست محیطی مربوط به انرژی کمک خواهد کرد. در این معنا، الگوریتم بهینهسازی تشکیل یک ابزار مناسب برای حل مسایل پیچیده در حوزهی سیستمهای انرژی تجدیدپذیر است. برخی از پژوهشگران به بازنگری انواع مختلف مدل، مانند مدلهای انرژی تجدیدپذیر، مدلهای کاهش انتشار، مدلهای برنامهریزی انرژی ، مدل تقاضا -عرضه انرژی، مدلهای پیشبینی و مدلهای کنترل با استفاده از روشهای بهینه سازی پرداختهاند.[11] اما بسیاری از محققان به طور مستمر روشهای جدیدی را در زمینهی انرژی تجدیدپذیر پیشنهاد کردهاند و به کار گرفتهاند.این مقاله در نظر دارد یک بررسی به روز شده از روش بهینهسازی که به تازگی به انرژیهای تجدیدپذیر را استفاده کند.
روشهای نوین بهینهسازی
در ریاضیات، بهینه سازی، نظم مربوط شده به پیداکردن ورودیهای یک تابع که مقادیر آن ماکزیممسازی یا مینیمم سازی میکند، است. که این هم ممکن است با قیدها مواجه شود. [13] بهینهسازی ترکیبی یک شاخهای از بهینهسازیای است که به بهینهسازی توابع همراه با مقادیر گسسته مربوط میشود.[14] بهینهسازی ترکیبی میتواند بعنوان مرحلهای از طراحی آمازیش و اجرای الگوریتمها برای حل مسایل متنوع بهینهسازی زیادی تعیین شود. بهینهسازی ترکیبی، ریاضیات منظم برای فرمولبندی کردن مدلها ازجمله، عملیات تحقیق برای مدل سیستم، علم رایانه برای طراحی و آنالیز الگوریتم و مهندسی نرمافزار برای اجرا کردن مدل میباشد.
امروزه محققین میتوانند مسایل زندهی حقیقیای که در گذشته غیرقابل حل تصور میشدند به لطف پیشرفتهای فنآوریهای جدید در الگوریتمها و سختافزار رایانه حل کنند. بعنوان یک نتیجه، در دهههای اخیر پژوهشگران زیادی روشهای تقریبیای که پیشنهاد دادهاند عبارتند از: شیوههای اکتشافی - - heuristicsو شبکههای عصبی مصنوعی - - ANN، برای حل این مسایل درعوض استفاده از روشهای بهینهسازی سنتی همچون: برنامهریزی خطی - - LP،روش - NMS - Nelder-Meads Simplex ، - LR - Lagrngian Relaxtion، برنامهریزی درجه دو - - QP، وغیره. روشهای اکتشافی میتوانند بهعنوان روشهای ساده ای که رضایتمندی حاصل میکنند، ولی با وجود اینکه ضرورتا بهین نیستند اما راه حل برای مثالهای زیادی از مسایل پیچیده به سرعت دارند، در نظر گرفت.
