بخشی از مقاله
چکیده _
هدف از این مطالعه تعیین نوع و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده در یک ریز شبکه به منظور تامین توان برای یک منطقه روستائی که به شبکه سراسری دسترسی نداشته در استان خراسان رضوی می باشد. مطالعه شرایط محیطی منطقه مشخص می گردد استفاده از سیستم فتوولتائیک و توربین بادی در کنار دیزل ژنراتور می تواند علاوه بر تامین برق پایدار ، هزینه های بهره برداری سیستم را کاهش دهد .
برای رسیدن به این اهداف پس از تعیین نوع منابع تولید پراکنده ،ابتدا توسط روش بهینه سازی کلاسیک ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده تعیین شده ، سپس بر اساس اطلاعات آب و هوایی گذشته - میزان تشعشع خورشید ، سرعت باد - در یک روز خاص توسط الگوریتم شبکه های عصبی توان خروجی سیستم فتوولتائیک و توربین بادی پیش بینی و نهایتا به کمک روش بهینه سازی کلاسیک آرایش بهینه واحد ها برای تامین بارها بدست می آید .
.1 مقدمه
دسترسی به شبکه برق سراسری در مناطق روستایی دور افتاده به دلیل بالا بودن هزینه برق رسانی از طریق توسعه شبکه ،کم بودن سطح تقاضا، پایین بودن میزان تقاضای صنعتی در آن نواحی، بازگشت کم در هزینههای سرمایهگذاری، هزینه بالای بهرهبرداری و نگهداری و تعمیرات شبکه برق، آلودگی و افت ولتاژ زیاد در اثر طولانی بودن مسیر انتقال، موجب میگردد تا انتقال توان به مناطق روستایی و دور افتاده از طریق شبکه سراسری برق به صرفه نباشد. در سال های اخیر به منظور مرتفع ساختن این مشکل از منابع تولید پراکنده جهت تأمین توان استفاده شده است .
با افزایش نفوذ منابع تولید پراکنده در شبکه های برق و با در نظر داشتن فنآوریهای مختلف، عدم قطعیتهای انواع تجدیدپذیر آنها و همچنین تبدیل شدن شبکههای توزیع غیرفعال به شبکههای توزیع فعال، چالشهای عمدهای برای طراحی سیستمهای قدرت در آینده مطرح میشود. یکی از دیدگاههایی که برای افزایش موثرتر مشارکت این منابع پیشنهاد میشود، تجمیع این منابع با اهداف رویتپذیری، ارتباط مناسب میان این منابع و شبکه برق و همچنین کنترل هر چه کاراتر این منابع است. یکی از روشهای تجمیع منابع تولید پراکنده، مفهومی نوین به نام ریز شبکه است. ریز شبکه ها شبکه های توزیع فعال ولتاژ پایین و یا ولتاژ متوسطی هستند که از مجموعهای متشکل از بارها، منابع تولید پراکنده و ادوات کنترلی تشکیل شدهاند. به دلیل استقلال در بهرهبرداری، این شبکهها میتوانند از شبکه اصلی جدا شده و به صورت جزیرهای بهرهبرداری شوند
مرجع [1] در واقع هدف عمده شکلگیری این شبکهها مسائل فنی مرتبط با افزایش قابلیت اطمینان و کیفیت برق تحویلی و تأمین برق برای مناطق دور افتاده که دسترسی به شبکه سراسری برق ندارند، میباشد. از آنجا که هزینه بهرهبرداری از یک ریزشبکه به تنهایی خیلی کمتر از هزینه توسعه شبکه به منظور تأمین توان یک منطقه دور افتاده خواهد بود. بنابراین، استفاده از ریزشبکههای مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر به منظور تأمین توان مناطق روستایی و دور افتاده پیشنهاد مناسبی به نظر میرسد.
در مرجع [2]، تغییرات دینامیکی ریزشبکه با نفوذ منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر مورد بررسی قرار گرفته است که در آن دو حالت بهرهبرداری اتصال به شبکه و جزیره ریزشبکه مورد مطالعه قرار گرفته است.
در مرجع [3]، مقایسهای بین هزینه تأمین توان یک منطقه دور افتاده توسط ریزشبکه و توسعه شبکه قدرت صورت گرفته است و سعی شده است، کارآیی استفاده از ریزشبکههای مبتنی بر منابع تجدیدپذیر مورد بررسی قرار گیرد.
از سوی دیگر در مرجع [4]، استفاده از منابع تولید پراکنده و ریزشبکه به منظور تأمین توان مناطق دور افتاده مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی در آن علاوه بر تأمین انرژی الکتریکی مناطق مختلف، ایجاد ارتباط بین این ریزشبکهها به منظور افزایش قابلیت اطمینان و مانور در شرایط مختلف بهرهبرداری میباشد. در این مرجع ابتدا انواع منابع انرژی موجود مورد بررسی قرار گرفته و سپس براساس امکانات موجود، برنامهریزی به منظور استفاده از این منابع صورت گرفته است.
در مرجع [5]، نیز استفاده از ریز شبکهها به عنوان ساختاری برای تأمین توان در مناطق دور افتاده که به کل از شبکه سراسری جدا هستند، پیشنهاد شده است. در این مرجع، هدف بررسی چگونگی استفاده از منابع تولید پراکنده در ساختار ریزشبکه به منظور تأمین توان به نحوی که پایداری شبکه حفظ گردد، مورد بررسی قرار گرفته است.
مقالاتی که تا این مرحله مورد بررسی قرار گرفتند در مورد اهمیت استفاده از ریزشبکههای مبتنی بر منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر استوار بود. اما در ساختار یک ریزشبکه، برنامهریزی و بهرهبرداری بهینه از ریزشبکه، کلید اصلی به منظور استفاده حداکثر از مزایا و قابلیت های ریزشبکه میباشد.
در مرجع [6]، روشی به منظور طراحی و برنامهریزی بهینه از ریزشبکه با در نظر گرفتن انواع مختلف منابع تولید پراکنده مانند سلولهای خورشیدی، ژنراتورهای کوچک باد، سیستمهای بیوماس، دیزل ژنراتورها و منابع ذخیره مانند باتری به منظور حداقل کردن هزینه اقتصادی مورد بررسی قرار گرفتهاند. در حقیقت هدف اصلی در این مرجع یافتن آرایش تولید واحدهای تولید پراکنده مختلف با حداقل کردن هزینه میباشد.
در مرجع [7]، با استفاده از الگوریتم انبوه ذرات و در نظر گرفتن هزینه بهرهبرداری سعی شده است که قیود سیستم مانند محدودیت تولید منابع تولید پراکنده، قابلیت اطمینان و قیود پخش بار در نظر گرفته شوند و بهینهترین مقدار ظرفیت برای منابع تولید پراکندهای که در ریزشبکه مورد استفاده قرار میگیرد، مورد بررسی قرار گیرد. در این مرجع، علاوه بر در نظر گرفتن هزینه، سعی شده است تا قیود بهرهبرداری نیز به طور کامل در نظر گرفته شوند، تا مطالعات و نتایج بدست آمده به واقعیت نزدیک باشند.
در این مطالعه هدف طراحی ساختار منابع انرژی تجدیدپذیر مورد استفاده در ریزشبکه برای یک منطقه روستایی در استان خراسان رضوی میباشد. برای این منظور چند نوع از منابع تجدیدپذیر مانند انرژی باد، انرژی خورشیدی و منابع دیگر مانند دیزل ژنراتورها در نظر گرفته شده و سعی خواهد شد طرحهای مختلف برای بهرهبرداری سیستم در نظر گرفته شده و بهینهترین طرح از نظر حداقل کردن هزینهها بدست آورده شود.
از آنجایکه منطقه مورد بررسی به طور کل از شبکه سراسری برق مجزا میباشد، باید در ابتدا یک تخمین از میزان بار مصرفی ریزشبکه صورت گیرد. بنابراین در ابتدا به کمک اطلاعات آب و هوایی منطقه، میزان بار تخمین زده شده و سپس به روش بهینه سازی کلاسیک میزان توان خروجی منابع تولید پراکنده را به نحوی که هم توان سیستم با حداقل هزینه تأمین گشته و هم قیود بهرهبرداری سیستم برقرار باشند، آرایش تولید منابع انرژی بدست خواهد آمد. لذا اهداف اصلی این مطالعه عبارتند از:
· مدلسازی مولفههای محیطی موثر در انتخاب نوع منابع تولید پراکنده و ظرفیت آنها
· مدلسازی کامل ریزشبکه و اجزا آن شامل منابع تولید پراکنده و ذخیرهسازها
· بررسی قیود و محدودیتهای موثر در تعیین ترکیب بهینه منابع تولید پراکنده براساس توابع هزینههای ایجاد شده برای ریزشبکه
· پیادهسازی روش بهینه سازی کلاسیک به منظور دستیابی به آرایش تولید بهینه توسط منابع تولید پراکنده
.2 ریز شبکه
ریز شبکه مورد استفاده در این مطالعه در »شکل «1 نشان داده شده است
. اجزاء این ریز شبکه با توجه به شرایط جغرافیای منطقه شامل آرایه خورشیدی ، توربین بادی ، دیزل ژنراتور ، باتری و مبدل می باشد . ریزشبکه به شبکه سراسری برق دسترسی نداشته از این رو، کل بار ریزشبکه باید توسط منابع تولیدی موجود تأمین گردد. همچنین، به منظور کمرنگ کردن تأثیر عدمقطعیت منابع باد و خورشیدی در نوسان توان خروجی در ریزشبکه از ذخیرهساز انرژی از نوع باتری نیز در سیستم استفاده شده است.
شکل :1 ریز شبکه مورد مطالعه
.3 مدل سازی سیستم و معرفی روش پیشنهادی
هدف اصلی این مطالعه، یافتن میزان آرایش تولید منابع تولیدی موجود در ریزشبکه به منظور تأمین توان ریزشبکه در مد جزیرهای و حداقل کردن هزینههای بهرهبرداری یا به عبارت دیگر حداکثر کردن سود ریزشبکه مورد بررسی میباشد . در این مطالعه فرض شده است که میزان بهینه ظرفیت منابع مورد نیاز مجهول و ریزشبکه ظرفیت کافی به منظور تأمین تقاضای مصرفکنندگان محلی خود را دارد. بنابراین، بهرهبرداری از ریزشبکه به منظور تعادل تولید و تقاضا در هر بازه زمانی به طور جداگانه اجرا میگردد. هزینهها در سیستم براساس هزینههای سرمایهگذاری، هزینههای بهرهبرداری و تعمیر و نگهداری محاسبه میگردند که در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد
.3.1 هزینه های مرتبط با سیستم
قبل از تعیین میزان ظرفیت بهینه منابع موجود در ریزشبکه و روند بهینهسازی به منظور تعیین آرایش بهینه بهرهبرداری از واحدها برای ساعت مختلف یک شبانهروز در ابتدا هزینههای مرتبط برای سیستم معرفی شدهاند. این هزینهها در ادامه در دو مجموعه واحدهای تولیدی DG1 و منابع ذخیرهساز 2ESS تعریف شدهاند. در حقیقت ESS به نحوی کنترل میگردد که هزینه بهرهبرداری با ذخیره انرژی در کمباری و سپس تحویل آن به بار در پیک بار، کاهش یابد. براساس این سیاست، ریزشبکه به کمک تبادل توان با شبکه سود خود را حداکثر میکند. هزینه بهرهبرداری از ریزشبکه با ذخیرهساز در طی یک روز برابر خواهد بود :
در این رابطه هزینه سرمایه گذاری روزانه DG برابر است که L نشاندهنده تعداد DGها می باشد.
تعداد ساعات یک شبانهروز، ضریب ظرفیت - هزینههای سرمایهگذاری متناسب با ظرفیت نصب شده به ازای هر حسب کیلووات تغییر میکند - و برابر با تعداد ساعات بهرهبرداری در طول یک روز میباشند.
معیار بازگشت سرمایهگذاری ضریبی است که به منظور محاسبه مقدار سالانه بازگشت سرمایه مورد استفاده قرار میگیرد و مطابق رابطه زیر محاسبه می گرددکه برابر با نرخ بهره ودوره استهلاک در طی سال میباشد.
هزینه تعویض یک DG به این دلیل به وجود میآید که طول عمر تجهیزات می تواند با طول عمر پروژه یکی نباشد
هزینه تعویض DG را میتوان به صورت زیر نوشت:
تعویض i DG ام ، ارزش بازیافتی i DG 3 ام ، ضریب وجه استهلاکی 4 ، طول عمر i DG ام ، طول عمر پروژه می باشد
