ZEROENRGYHOMES

مطالعه بر روی عملی شدن ساخت خانه انرژی

صفر در نیوفاندلند

ب�ه ط�رز مطل�وبی ب�رای خان�ه ای اس�تفاده می ش�ود ک�ه ان�رژی ص�فر اص�طالحی اس�ت ک�ه خان�ه تکنول�وژی ان�رژی تجدی�د پ�ذیر2 تج�اری موج�ود را ب�ا ش�یوه ه�ای اج�رایی ک�ارایی و ب�ازدهی ان�رژی؟.در ی�ک خان�ه ان�رژی ص�فر هیچ س�وخت فس�یلی مص�رف نمی ش�ود. و مص�رف س�االنه ب�رق براب�ر ب�ا تولی�د س�االنه ب�رق اس�ت. ی�ک خان�ه ان�رژی می توان�د ص�فر ش�بکه ب�ه هم پیوس�ته ای باش�د ی�ا نباش�د. ی�ک خان�ه ان�رژی ص�فر ج�دا از ش�بکه بن�دی ی�ک نظم و ت�رتیب ب�رای ذخ�یره س�ازی گس�ترده ان�رژی معم�وال ب�ه ش�کل ب�اتری دارد.و بس�ته ب�ه ذخ�یره س�ازی ان�رژی ،قس�متی از ب�ار ممکن اس�ت ب�دون به�ره ب�رداری بمان�د ام�ا در ی�ک خان�ه ان�رژی ص�فر ش�بکه پیوس�ته هیچ ب�اری ب�ه تعوی�ق نمی افت�د ی�ا ب�دون به�ره ب�رداری ن�یروی تولی�د ش�ده ب�ه اس�تفاده اش ازمنب�ع ن�یروی بیش�تری نس�بت ب�اقی نمی مان�د. ممکن اس�ت اض�افی درون ش�بکه تولی�د کن�د؟.در ط�ول زم�ان ه�ای قط�ع ب�رق،ب�ا اس�تفاده از ان�رژی ذخ�یره ش�ده در ب�اتری ه�ا، ی�ک خان�ه ان�رژی ص�فر ش�بکه پیوس�ته می توان�د ن�یروی م�ورد نی�از خ�ودش را تولی�د کن�دد،ک�ه ب�ه ص�احب خان�ه اج�ازه ت�امین ان�رژی اص�لی را می ده�د.یک خان�ه ان�رژی ص�فر خ�الص ط�راحی و س�اخته ش�ده اس�ت ت�ا تم�امی ان�رژی م�ورد نی�از در ط�ول ت�رکیب ک�ارایی ان�رژی و فن�اوری تولی�د ان�رژی تجدی�د پ�ذیر را تولی�د نماید.تع�دادی از خان�ه ه�ا و س�اختمان ه�ای ان�رژی ص�فر ،س�اخته ش�ده ان�د،تس�ت ش�ده ان�د و در دنی�ا مط�رح ش�ده ان�د.تقریبا در تم�ام چ�نین آرایش ه�ایی من�ابع ان�رژی تجدیدپ�ذیر ش�امل س�لول ژئوترم�ال)زمین- گرمایش�ی ه�ای آب،پمپ خورش�یدی ه�ای کنن�ده ن�وری،گ�رم زای ق�درت ه�ای

ح�رارتی( اس�ت.در ح�الی ک�ه در ط�رف تقاض�ای ان�رژی،تکنی�ک ه�ای ط�راحی خورش�یدی مق�اوم مانن�د باغ�داری گرم�ایش خورش�یدی مق�اوم،ایزول�ه ک�ردن،پنج�ره ه�ای کن�ترلی، ط�راحی فض�ای داخلی و امتح�ان ش�ده اس�ت. در خان�ه ه�ای ان�رژی ص�فر ب�ازدهی ب�االی روش�نایی و وس�ایل ب�رقی در ذخ�یره ب�ا ی�ک نیوفاندلن�د،ان�رژی ی�ک خان�ه را می ت�وان ب�ادی، مانن�د ان�رژی مش�ارکت می کن�د. در مک�انی

-microت�وربین ب�ادی تولی�د کرد.ی�ک سیس�تم ان�رژی پیون�دی ش�امل ق�درت زای ن�وری،ت�وربین ب�ادی و hydro.یکی از احتماالت است

معرفی

St John’s و 500000 پایتخت نیوفاندلند است و نیوفاندلند جمعیتی حدود در St John’sکیلومتر مربع دارد.آب هوایی معمولی 112000مساحتی حدود

نقشه سرعت اصلی باد در نیوفاندلند را نشان 1 داده شده است. شکل 1جدول می دهد.با این وجود نیوفاندلند بسیار بادی است و انرژی را می توان از توربین

های بادی به دست آورد.تا کنون منابع انرژی بادی صنعتی نشده اند.تنها چند توربین بادی کوچک باتری ای در نیوفاندلند استفاده شده است. در ای قسمت از

Newfoundlandکانادا جمعیت پراکنده است و انجمن های کوچک وجود دارد. hydro انجمن و شهر کوچک نصب شده است. 9 مگا وات در 7.8 با ظرفیت

شبکه نیوفاندلند از قسمت های اصلی کانادا جدا است.بسیاری از خانه ها که در بر اساس مصرف R-2000 هستند.استاندارد R-2000این ناحیه ساخته شده اند

انرژی هدف برای هر خانه و تعدادی از الزامات فنی برای تهویه،ایزوله کردن،انتخاب مصالح،مصرف آب و فاکتورهای دیگر پایه گذاری شده است.

اجرایی است و الزاماتی را برای اینکه خانه ها چگونه عمل R-2000استاندارد کنند نسبت به اینکه چگونه ساخته شوند شامل می شود.این طراح و سازننده را

را بیابند. R-2000آزاد می گذارد تا بهترین و اقتصادی ترین را برای خانه شامل الزاماتی نسبت به کارایی و بازدهی انرژی ،کیفیت R-2000استاندارد

هوای درون خانه و استفاده از مصالح دوست دار محیط زیست و مرغوب است.در این مقاله توضیحات و شبیه سازی هایی از سیستم انرژی برای یک خانه

R-2000.در نیوفاندلند ارائه شده است

نخس�تین تعه�د در مح�دوده این تغی�یرات جم�ع آوری و تحلی�ل اطالع�ات مص�رفان�رژی ب�رای خان�ه ه�ای مس�کونی معم�ولی در نیوفاندلن�د ب�ود.این اطالع�ات ب�رای خان�ه ی�ک در ان�رژی م�یزان مص�رف ع�ددی2 واطالع�ات آم�ار آوردن ب�ه دس�ت مس�کونی معم�ولی م�ورد نی�از ب�ود.این اطالع�ات از ش�رکت ص�نایع ن�یرو محلی

R-2000نیوفاندلن�د جم�ع آوری ش�د.داده ه�ا ش�امل دو خان�ه بودن�د ک�ه ه�ردو R-2000وخان�ه ه�ای دو طبق�ه و س�ه خواب�ه بودن�د.جزئیات خان�ه ه�ای ت�ک خ�انواده

در ج�دول دو آم�ده اس�ت.پی خان�ه ه�ا بت�نی اس�ت در ح�الی ک�ه خ�ود س�ازه چ�وبی است.بیش�تر خان�ه ه�ای این ناحی�ه از ب�رق ب�رای آش�پزی و گ�رم ک�ردن فض�ای خان�ه و آب اس�تفاده می کنن�د.اطالعات مص�رف ب�رق خان�ه ه�ای ت�ک خ�انواده ب�ا دس�تگاه واتم�تر و دس�تگاه ثبت اطالع�ات ک�ه ب�ه خ�ط اص�لی ن�یروی ورودی ب�ه خان�ه متص�ل

دقیق�ه ی�ک ب�ار ن�یروی 15ش�ده ب�ود،جم�ع آوری ش�د.واحد اس�تفاده اطالع�ات ه�ر ورودی ب�ه خان�ه را ب�ر حس�ب کیل�و وات ثبت ک�رد.این اطالع�ات در س�ال ه�ای

جم�ع آوری ش�د.اطالعات جم�ع اوری ش�ده در ب�ازه ی�ک س�ال 1998 و 1997برای این مقاله استفاده شده است.

خانه مورد مطالعه

.از اطالع�ات ب�ه دس�ت آم�ده،ی�ک نمای�ه از مص�رف ان�رژی در خان�ه س�اخته ش�د اس�ت.میزان 1 نش�ان دهن�ده ی نمای�ه مص�رف ان�رژی در خان�ه ش�ماره 2-5عکس

خان��ه ��ش��ماره د�ر متوس��ط ح��دود 1مص��رف kWh/day 58.1705 ��،در� م��یزان م�ص�ر�ف مت�وس�ط� در� م�اه� ژان��وی�هرا مش�ان �می �ده��د ک��ه 2اس�ت.عکس

( در� ح�ا�لی ک�ه �م�توس�ط� ن�یروی� �مص�رف ش�ده �در� 3.8kWب�ا�الت�رین� اس�ت )ح�دو�د� �نم�ای�ه م�یزان� 3(�.ش�کل kW �1.4ج�و�الی و �آ�گوس�ت کم�تری�ن اس�ت )در �ح�دود

م�ص�ر�ف متو�س�ط� روزا�ن�ه خان�ه� �را ن�ش�ا�ن می �د�هد.ب�یش�ت�رین ن�یرو، ص�بح ه�ا �ح�دود� بع�د از �ظ�ه�ر ات�ف�اق م�ی� افت�د� و 5 و پس ا�ز آن،�بیش�ترین �م�ص�رف بع�د� اط �8س�اعت

نش�ان� می د�ه�د ک�ه بی�ش�تر�ین ن�ی�رو�ی م�ص�رفی 4 س�اع�ت بع�د� ادام�ه� �دارد.� ش�ک�ل 6ت�ا � 11 ا�وج س�االنه �مص�رف� در �5 ا�س�ت.با ت�وج�ه� ب�ه ش�کل �.2kW-�1در� خان�ه� ح�دود� اس�ت. در �ط�و�ل آخ�ر�ین ر�و�زه�ای �م�اه� دس�ا�مب�ر س�اک�نین .11kWفوری�ه اس�ت �و �در� خان�ه� حض�ور �ندا�ش�تند ک�ه� �ب�اعث� �مص�ر�ف کم ن�ی�رو ش�د.�ن�منا�یه 1خ�ان�ه ی� ش�مل�ره

ع�اتی ک�ه �در �خان�ه �ش�ماره� 2ا�ن�رژی خ�ان�ه ش�م�اره ج�م�ع 1 �هم �مش�ا�به اس�ت.تن�ها ا�طال�ی اس�تفاده� شده �است.ن�رژآ�وری شده �است برای� انتخ�اب �سیستم ا

سرعت متوس�ط س�االنه ب�اد درSt John’s 6.7m/s س�رعت 6اس�ت. ش�کل نش�ان می ده�د.یک مقایس�ه 1990-1942متوس�ط ماهان�ه ب�اد را در س�الیان بین

مش�خص می کن�د ک�ه ه�وا در ط�ول م�اه ه�ای 2 ب�ا نم�ودار 6س�ریع از نم�ودار زمس�تان ب�ادی اس�ت ک�ه دلی�ل ب�ر احتی�اج ب�ه گرم�ایش فض�ای خان�ه اس�ت.اطالعات

از دف��تر مقایس��ات 1975-1971 و 1998-1997س��اعتی ب��اد ب��رای س��الیان محیط زیست کانادا به دست آمده است.

منابع انرژی

ثبت شده است 1997 اطالعات سرعت طبیعی باد را که در سال 7 شکل نشان می دهد. اطالعات برق مصرف شده در خانه اشاره شده در باال هم در

همان زمان ثبت شده است.سرعت باد متوسط ساالنه باد در طول سال 1997، 5.96 m/s کمی کمتر از حد معمول(بوده است.بیشترین سرعت باد(

در ماه آپریل بوده است.این کمتر از سرعت جابجایی باد 21m/sثبت شده 8برای یک توربین معمولی باد است.نمایه سرعت متوسط روزانه باد در شکلنشان داده شده است،که نشان می دهددر طول روز هوا بادی تر و در عصر

نشان داده 9ها ارتفاع باد بیشتر است. احتمال پخش سرعت باد در شکل Weibullشده است.یک عدد مناسب برای ضریب پخش شکل ویبول

k ،2.04 و ضریب مقیاس c،6.74 m/s است.پخش ویبول Weibull دو پارامتری )احتمال تاثیر چگالی( در معادله در ادامه آمده است.

6-5 می توان دریافت که احتمال سرعت باد در حدود9همچنین از شکل m/s -1997بسیار زیاد است.اطالعات آفتابگیری روزانه در سالهای . St John’sدر

10که در؟ثبت شده است از سازمان محیط زیست به دست آمد.شکل 1998 نشان می دهد، که در ماه kWh/m2آفتابگیری متوسط ماهانه را بر حسب

بالترین محسوب می شود. این آفتابگیری kWh/m2 0.235ژوئن با میزان خورشیدی در طول ماه های طمستان قابل چشم پوشی است در حالی که

انرژی بیش از هر زمان دیگری مورد نیاز است.متوسط ساالنه انرژی است که مقدار kWh/m2/day 3.04، 1997 در .St John’sخورشیدی در

ناچیزی به شمار می آیداستفاده از فوتوولتائیک یا قدرت زای نوری به دلیل آفتابگیری کم در زمستان در این مقاله مورد مطالعه قرار نگرفته است.

انتخ�اب این سیس�تم ب�ر حس�ب اطالع�ات س�رعت ب�اد و پروفی�ل ی�ا نمای�ه ب�ار اس�ت اس�تHOMER )Hybridکه� با� اس�تفاد�ه اط نرافزار �آزمایشگاهی� انرژی �تجدید پذ�یر �ملی

Optimization Model for Electric Renewable) ب�ه دس�ت آم�ده اس�ت. این ن�رم ا�ف�����������������زار �ب�����������������ه ط�����������������و�ر ر�ایگ�����������������ان د�ر

http://www.nrel.gov/international/tools/HOMER/homer.html ن�رم اف�زار ب�ه دلی�ل نی�از ب�ه سیس�تم ط�راحی اش�یا چندگان�ه ، ب�ه موجود است.این

ا�ن�دازه ک�افی� دقی�ق ب�را�ی اطمین�ان از� پیش بی�نی عمل�ک�رد سی�س�تم توس�عه� داده� ش�د.�و ب�ه ا�ن�داز�ه �ک�افی� آس�ان �و کا�رآم�د ه�س�ت �ت�ا ب�ر�اح�تی �ت�ع�داد� زی�ادی� �از �گزین�ه ه�ای �ط�را�ح�ی را �

�به�تر�ی�ن سی�س�تم �ب�ر�ای� ت�امی�ن �HOMERب�رای� پی�دا� �ک�ردن� گزین�ه �م�طل�وب �ارزی�ابی� کن�د�. �ب�رق �ب�را�ی� ب�ا�ر �را �ب�ر حس�ب� �انج�ا�م داد�ن ش�ب�یه س�ا�زی ه�ا�ی س�اع�تی �ا�ز ه�زاران �س�یس�تم� ن�یر�و� و �ب�رق �ب�ال�قوه �بررس�ی می �ک�ن�د و �آن�ه�ا را �ب�رحس�ب� هزی�ن�ه ط�ول �ع�م�ر� درج�ه� بن�دی م�ی �کن�د�.�همچنی�ن ا�ین ن�رم� اف�زار� آ�ن�الیز� �حسا�س�ی�ت� انج�ام م�ی ده�د �ت�ا ت�ا�ثیر� �تغ�ی�یر� در یکی

BWC � وJacobsی�ا �چن�دین� ت�ا از� پار�امتره�ا�ی ورود�ی را ا�ر�زی�ابی ک�ن�د. دو ت�وربین �ب�ادی EXCEL-R ب�را�ی �خان�ه ان�رژی� �ص�فر م�ن�ا�س�ب د�ر� نظ�ر� گر�فت�ه �ش�د�ند�.�من�حنی ان�رژی این� �

نما�ی�ا�ن �اس�ت�.ه�رد�و� ا�ین� ت�و�ربی�ن �ه�ا �ق�ی�مت و س�ر�عت ب�اد 11ت�و�رب�ین ه�ا�ی �ب�ا�د�ی در� �ش�کا� و�رودی �و �خروجی یکسا�نی دا�رند� اما خصو�ص�یات�شان ب�ه کلی� مت�ف�اوت� است.

انتخاب سیستم انرژی بادی

برای اجتن�اب از هزین�ه دخ�یره س�ازی ب�اتری ی�ک حان�ه ان�رژی ص�فر ش�بکه پیوس�ته گزین�ه ای ب�رای تحلی�ل سیس�تم ان�رژی HOMERانتخ�اب ش�د. این نس�خه از

پیون�دی ش�بکه پیوس�ته ن�دارد. بن�ابراین ب�اتری ه�ایی ب�ا س�ایزهای مختل�ف و ی�ک ب�رای بهین�ه س�ازی اس�تفاده ش�د.این مش�خص اس�ت ک�ه ب�اتری 10kWمب�دل

ب�رای خان�ه ه�ای ان�رژی ص�فر ش�بکه پیوس�ته م�ورد نی�از نیس�ت. ب�ازدهی مب�دل % ف�رض ش�د.هیچ ب�ار خ�دمت ناپ�دیر ی�ا متع�وقی 85% و ب�ازدهی یکس�و کنن�ده 90

-1942 )متوس�ط س�االنه 66.6m/sدر نظ�ر گرفت�ه نشد.س�ه س�رعت ب�اد س�االنه 1950، )5.96m/s 7.25( و 1997 )متوس��ط س��االنهm/s متوس��ط س��االنه( ( ب�رای اس�تفاده در آن�الیز حاس�یت بک�ار گرفت�ه ش�د.چهار مق�دار متوس�ط 1975

اس�تفاده ش�د. kWh 68.1 و38.1،48.1،58.1س�االنه مص�رف ان�رژی محتم�ل ب�ود. در هم�ه 58.17kWh/day ب�ا متوس�ط kWh 21,232ب�ار ک�ل در س�ال

-Jacobs 23 مناس�ب ب�ودن ت�وربین ب�ادی HOMERش�رایز و ترکیب�ات محتم�ل را باری خانه انرژی صفر پیش بینی کرد.10

بار خ�الص ب�ار اولی�ه کلی در خان�ه ص�رف نظ�ر از ان�رژی تجدی�د پ�ذیر موج�وداس�ت.بار خ�الص منفی ان�رژی تجدی�د پ�ذیر اض�افی را مش�خص می کن�د. ش�کل

متوس�ط ماهان�ه ب�ار خ�الص را هنگ�امی ک�ه اطالع�ات س�رعت ب�اد ب�رای س�ال 12 اس�تفاده ش�ده اس�ت ،نش�ان می ده�د، ک�ه ب�ارز اس�ت ک�ه در م�اه ه�ای 1997

فوری�ه، م�ارچ،آپری�ل،نوام�بر و دس�امبر قس�متی اط ب�رق از ش�بکه خواه�د ب�ود در ح�ال ک�ه در م�اه ه�ای ژانوی�ه، می ،ژوئن،ژوالیآگوس�ت،س�پتامبر و اکت�بر ب�رق ب�ه ش�بکه فرس�تاده خواه�د ش�د.این تحلی�ل ب�ا ف�رض باره�ای مع�وق ی�ا خ�ذمت ناپ�ذیر

ی��افت ش��د ک��ه 132kWhص��فر انج��ام ش��ده اس��ت.انرژی اض��افی ک��ل % ان�رژی مص�رفی در س�ال اس�ت. در ش�رایط ش�بکه پیوس�ته،ان�رژی 0.6ح�دودا

اضافی را می توان به شرکت صنایع فروخت.

جریا برق ساعتی در طول یک سال را نشان می دهد.بسته به باد 13شکل تولید انرژی 3موجود،جریان می تواندبه طرف یا از طرف شبکه باشد.جدول

مورد انتظار و انرژی اضافی برایسه سرعت باد احتمالی متوسط ساالنه را % یا 7.8نشان می دهد.بسته به باد موجود در سال،انرژی اضافی می تواند

مانند 10kW% باشد. این تحلیل ها نشان می دهد که توربین بادی 21.1Jacobs 23-10 می تواند همه نیازهای یک خانواده را ،St John’s . در

نیوفانداند برآورده کند.

آنالیز حساسیت برای مطالعه اثرات ارتعاش برا سرعت باد و بار انجام آورده شده اند. 14 و شکل 3شد.برخی از نتایج آنالیز حساسیت در جدول

Homer 6.66 پیش بینی می کند که در صورتی که متوسط ساالنه سرعت باد m/s 2156 باشد،سیستم انرژی انتخابیkWh انرژی اضافی تولید می کند.نتایج

مشخص می کند که هیچ انرژی اضافی تولید 14نمایش داده شده در شکل در kWh 60نخواهد شد در صورتی که متوسط ساالنه بار مورد تقاضا در حدود

باشد.اگر متوسط ساالنه 6m/sروز باشد و متوسط ساالنه سرعت باد در حدود در نظر گرفته شود در حالی که بار متوسط ساالنه حدودا 6.6m/sسرعت باد

5050 kWh/dayخواهد بود.اگر 20 باشد آنگاه اصطکاک اضافی حدود % اینگونه 1997 باشد ،همانطور که در سال 7.2m/sمتوسط ساالنه سرعت باد

kWh/day 45بوده است،در حالیکه متوسط ساالنه بار مورد تقاضا همان 14% باال می رود.در شکل 40بماند،آنگاه اصطکاک حاصل از انرژی اضافی تا

می توانیم ببینیم که سیستم تبدیل انرژی باد همه نیازمندی های انرژی الزم برای تعداد خانه ها با بار محتمل و شرایط سرعت باد را برآورده می کند

آنالیز حساسیت

10یک سیستم انرژی برای خانه انرژی صفر شامل یک توربین باد kW در نزدیکی خانه،کنترل کننده توربین بادی،کنترل کننده هزینه،ذخیره باتری، یک

گره-توری ،فیوز،کلیدهای قطع و وصل،کلید مسیر انحرافی kW 10مبدل ومدار نگه دارنده است. همه لوازم دیگر،ورودی اصلی خدمه به ساختمان و

واتمتر خالص معموال در خانه های انرزی صفر شبکه پیوسته موجود قیمت تقریبی سیستم انرژی مرود نیاز الزم برای تبدبل یک 4هستند.جدول

خانه شبکه پیوسته به خانه انرژی صفر رانشان می دهد.قیمت کلی چنین 15%قیمت یک خانه معمولی در نیوفانداند است.شکل 30سیستمی حدود

چنین سیستم انرژی را نشان می دهد.مبدل ممکن است به توربین وصل باشد بوسیله یک سو کننده یا کنترل کننده هزینه یا یک دخیره باتری.یک ذخیره

باتری کوچک می تواند در شرایطی که شبکه در دسترس نیست مفید گزینه ای برای خانه های PS یا سری Trace SWباشد.مبدل هایی مانند

انرژی صفر است.فناوری مورد نیاز برای توسعه سیستم انرژی به صورت تجاری موجود است.

هزینه سیستم انرژی

در این مقاله اطالعات مصرف انرژی برق یک خانهR-2000 در نیوفاندلند طبقه HOMER Proبرای سیستم تبدیل انرژی استفاده شده است.با برنامه

بندی سیستم انرژی برای رسیدن به یک خانه انرژی صفر انتخاب شده است.انرژی برای گرم کردن فضای خانه و آب،آشپزی،روشنایی و مصرف دیگر برق ،می تواند با یک سیستم توربین بادی با فرض تبادل برق با شبکه

R-2000 تمامی نیازهای یک تک خانواده kW 10تامین شود.یک توربین بادی را در نیوفاندلند برآورده می سازد.آنالیز حساسیت نشان می دهد که خانه های انرژی صفر براساس سیستم تبدیل انرژی بادی عملی است.جمعیت

ندلند پراکنده است که باعث بوجود آمدن فرصتهای زیادی باری معرفی انیوفانرژی بادی برپایه خانه های انرژی صفر می شود.

:نتایج

BY ARGHAVANIIWWW.MEYFAM.MIHANBLOG.COM