فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

مدل بهینه سازی یکپارچه برای تبادل دوسویه انرژی بین شبکه های گاز و برق با در نظرگیری منابع تجدیدپذیر، ذخیره سازها و خودروهای برقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسنده
گروه مهندسی برق، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
10.48301/kssa.2026.534567.3254
چکیده
افزایش تقاضای انرژی و ضرورت کاهش انتشار کربن، نیاز به توسعه سیستم های انرژی یکپارچه با قابلیت هماهنگی بین حامل های مختلف انرژی را بیش از پیش آشکار ساخته است. در این پژوهش، یک مدل بهینه سازی یکپارچه برای هماهنگی عملیاتی شبکه های گاز و برق ارائه شده است که امکان تبادل دوسویه انرژی بین این دو شبکه را از طریق فناوری های تولید همزمان برق و گرما (CHP) و تبدیل توان به گاز (P2G) فراهم میکند. مدل پیشنهادی، منابع تجدیدپذیر (باد و خورشید)، سیستم های ذخیره ساز باتری، و خودروهای برقی را به عنوان اجزای انعطافپذیر در شبکه برق ادغام نموده و با لحاظ کردن محدودیت های فنی هر دو شبکه، بهینه سازی هزینه های عملیاتی و آلایندگی را همزمان هدف قرار می دهد. تابع هدف مدل، کمینه سازی مجموع هزینه های خرید انرژی، عملیات واحدهای CHP و P2G، و جریمه انتشار کربن است. محدودیت های کلیدی شامل توازن توان در شبکه برق، توازن جریان گاز، دینامیک شارژ/دشارژ باتری ها، الگوی شارژ خودروهای برقی، و ظرفیت های تبدیل انرژی در CHP و P2G می باشند. نتایج شبیه سازی بر روی یک مطالعه موردی نشان می دهد که مدل پیشنهادی با استفاده از تبادل هوشمند انرژی بین شبکه ها، تا ۱۸٪ کاهش هزینه عملیاتی و ۲۵٪ کاهش انتشار کربن را در مقایسه با مدل های غیریکپارچه محقق می سازد. این چارچوب، ابزاری کارآمد برای بهره برداران شبکه در جهت مدیریت همزمان منابع پراکنده و بهبود پایداری سیستم انرژی ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Integrated Optimization Model for Bidirectional Energy Exchange Between Gas and Electricity Networks Considering Renewable Resources, Storage Systems, and Electric Vehicles

نویسنده English

Vahid Khademi
Department of Electrical Engineering, National University of Skills (NUS), Tehran, Iran.
چکیده English

The rising energy demand and the imperative to reduce carbon emissions have underscored the need for developing integrated energy systems capable of coordinating multiple energy carriers. This study presents an integrated optimization model for the operational coordination of gas and electricity networks, enabling bidirectional energy exchange between these networks through combined heat and power (CHP) units and power-to-gas (P2G) technologies. The proposed model incorporates renewable energy sources (wind and solar), battery storage systems, and electric vehicles as flexible components within the electricity network. By considering the technical constraints of both networks, the model simultaneously aims to optimize operational costs and reduce emissions. The objective function minimizes the total costs associated with energy procurement, operation of CHP and P2G units, and carbon emission penalties. Key constraints include power balance in the electricity network, gas flow balance, battery charging/discharging dynamics, electric vehicle charging patterns, and energy conversion capacities of CHP and P2G units. Simulation results on a case study demonstrate that the proposed model achieves up to an 18% reduction in operational costs and a 25% decrease in carbon emissions compared to non-integrated models by leveraging intelligent energy exchange between networks. This framework offers an efficient tool for network operators to manage distributed resources and enhance the sustainability of the energy system.

کلیدواژه‌ها English

Integrated optimization
gas and electricity networks
power-to-gas (P2G)
electric vehicles
renewable energy sources

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 10 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 13 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1405