بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به نیاز روزافزون جهان به انرژی و همچنین محدود بودن منابع انرژی فسیلی، ضرورت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را بیش از پیش نمایان می کند، همچنین جهت غلبه بر تناوبی بودن منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر خورشید و باد، گسترش سیستم انرژی ترکیبی پیشنهاد می گردد که در آن می توان انرژی الکتریکی اضافی را تبدیل و ذخیره نمود. در این مقاله سیستم ترکیبی انرژی تجدید پذیر، مشتمل بر توربین بادی، آرایه فتو ولتائیک بهمراه سیستم پشتیبان باطری وپیل سوختی از نظر اقتصادی و فنی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. منطقه مورد بررسی روستای قوشهی شهر دامغان در استان سمنان می باشد که از نظر تابش خورشید, پروفیل وزش باد و منابع زیست توده در سطح قابل قبولی قرار دارد. تقاضای برق برای یک منطقه مسکونی روستایی کوچک دور از شبکه در نظر گرفته میشود. تحلیل حساسیت آلایندههای CO2 و NO2 در این مطالعه بررسی شده است که تا کنون در مقالات مشابه مورد مطالعه قرار نگرفته بود. مدلسازی و شبیه سازی در نرم افزار HOMER انجام شده است.
-1 مقدمه
با توجه به روند فزاینده مصرف جهانی انرژی و ماهیت تجدید ناپذیر سوخت های فسیلی، هزینه سوختهای فسیلی روز به روز بیشتر میشود. آلودگی های زیست محیطی جبران ناپذیر, مصرف بی رویه سوختهای فسیلی مزید بر علت شده و توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را موجب شده است. گروهی از سیستمهای تولید برق که از منابع مختلف انرژی تغذیه میشوند و به صورت ترکیبی و مکمل با یکدیگر کار میکنند، به عنوان سیستمهای هیبرید شناخته میشوند. از مهمترین منابع تجدیدپذیر میتوان انرژی خورشیدی و بادی را نام برد. پیل های سوختی نیز بخاطر عواملی از قبیل راندمان بالا، عدم انتشار گازهای آلاینده و ساختار انعطاف پذیر، پتانسیل بالا در تبدیل به منابع انرژی سبز را در آیندهای نزدیک دارند .[1] از طرفی تکنولوژیهای ذکر شده هر کدام به تنهایی معایبی نیز دارند، خاصیت تناوبی بودن باد و خورشید، نیاز به استفاده از سیستم های ترکیبی و در کنار آن نیاز به ذخیره سازی انرژی جهت استفاده در مواقع نیاز حس میشود. استفاده از باطری برای ذخیره سازی کوتاه مدت انرژی [2] و ترکیب الکترولیز و پیل سوختی برای ذخیره بلند مدت انرژی [3] مکمل انرژی ترکیبی ذکر شده است .[4] امروزه سیستم ترکیبی تولید انرژی به یکی از امید بخش ترین راه حلها برای مرتفع کردن نیاز برق مناطق مختلف تبدیل شده است .[5] با توجه به ناپیوسته بودن انرژی تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر، در عمل ثابت شده ترکیبی از این انرژی های تجدیدپذیر میتواند راه حل مناسبی جهت تولید انرزی الکتریسیته در شرایط مختلف جوی باشد و با ترکیب مناسب این منابع میتوان به سیستم تولیدی مقرون به صرفه، پاک و مطمئن رسید [6]؛ این سیستمها نسبت به سیستمهای که از یک منبع برای تولید برق استفاده میکنند از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند .[7] در این مقاله شبیهسازی و بهینه سازی سیستم ترکیبی، توسط نرم افزار هومر انجام شده است. این نرمافزار توسط سازمان بین المللی انرژی تجدیدپذیر تولید و گسترش داده شده است. این نرم افزار نیاز به داده های منابع انرژی مانند نوع اجزاء سیستم، تعداد اجزاء، هزینهها، بازده، طول عمر، قیود اقتصادی و روشهای کنترلی دارد .[8] عمر سیستم تولید انرژی 2 سال در نظر گرفته شده است، هزینهها شامل هزینه سرمایهگذاری، هزینه بهرهبرداری، تعمیر و نگهداری سیستم تولید انرژی می باشد. قیمتها و تجهیزات در نظرگرفته شده همگی واقعی و از نظر تجاری در دسترس می باشند.
در این مقاله تامین تقاضای انرژی الکتریکی از نظر فنی و اقتصادی برای یک بار مسکونی روستایی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. شبکه محلی برق تنها از انرژی های تجدیدپذیر از جمله انرژی بادی، انرژی خورشیدی - سلولهای فتوولتاییک - و پیل سوختی استفاده می کند و بایستی به صورت مستقل ازشبکه سراسری برق توانایی تامین پروفیل بار در طول سال را داشته باشد. در تامین بهینه تقاضای برق، از سیستم ذخیره سازی شامل مجموعه باطری استفاده شده است. در قدم اول انتخاب نوع و سایز مولدهای ذکر شده به منظور دستیابی به هزینه برق بهینه مورد توجه خواهد بود. هزینه های سرمایهگذاری، بهره برداری، تعمیر و نگهداری همگی اجزا به طور دقیق در مدلسازی لحاظ شده است.منطقه مورد مطالعه روستای قوشه دامغان می باشد. مدلسازی و بهینه سازی در نرم افزار HOMER انجام شده است. این نرم افزار با بررسی تمام حالات موجه و مقایسه قیمت تمام شده برای برق، حالت بهینه را بدست می آورد.
-2 تحلیل انرژی های نو مبتنی بر بادی, خورشیدی و پیل سوختی
ایران با داشتن حدود 300 روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان میباشد. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راههای برقرسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حملنقل، نگهداری و عوامل مشابه میباشد. با توجه به استانداردهای بینالمللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از 3/5 کیلووات ساعت در مترمربع 3500 - وات/ساعت - باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستمهای فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. در بسیاری از قسمتهای ایران انرژی تابشی خورشید بسیار باﻻتر از این میانگین بینالمللی میباشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از 7 تا 8 کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازهگیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود 4/5 کیلو وات ساعت بر مترمربع است. [9]
باد یکی دیگر از منابع انرژی نو میباشد که میتوان از آن برای تولید برق استفاده کرد. از مزایای انرژی باد آن است که وزش باد در زمستانها سریعتر است و هنگامی که نیاز بیشتری به برق داریم، الکتریسیته بیشتری تولید میشود. این انرژی بدون ایجاد آلودگی، دارای منبع انرژی پایان ناپذیر و فن آوری آزموده شده است. پیشرفتهای اخیر در صنعت، همواره سبب کاهش هزینه الکتریسیته تولید شده توسط مولدهای بادی میباشد, این مبلغ کمتر از هزینه الکتریسیته تولید شده توسط زغال سنگ و شکافت هستهای است و از نظر اقتصادی قابل رقابت با سایر موارد میباشد. از اطلاعات مربوط به صنعت هواپیمایی، آیرودینامیک، الکترونیک و ... در ساخت توربینهای بادی بهرهگیری میشود. به این ترتیب پروانههایی ساخته میشود که برای بادهای تند بطور سریع کار میکند. دو درصد از انرژی خورشید که به زمین میرسد به باد تبدیل میگردد، 35 درصد انرژی باد در ضخامت یک کیلومتری از سطح زمین موجود است. محاسبات نشان میدهد که برای تمام سیاره زمین این انرژی 20 برابر انرژی مصرفی دنیا است.[2]
زیست توده یک منبع تجدیدپذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست میآید. بهطورکلی کلیه زبالههایی که منشاء زیستی داشته باشند و حتی فضولات حیوانی زیست توده نامیده میشوند. امروزه برای منابع مختلف زیست توده و کاربردهای گوناگون آن، تکنولوژیهای زیادی توسعه یافته و یا در حال توسعه میباشند. منابع زیست توده با فناوریهای مختلف تولید انرژی، به صورتهای مختلف انرژی نظیر برق، حرارت و سوخت تبدیل میگردند. شیوه ی کار یک نیروگاه با سوخت زیست توده درست شبیه نیروگاهی است که با سوخت فسیلی کار می کند. انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوخت زیستی به انرژی گرمایی تبدیل می شود و پس از تبدیل به انرژی حرکتی سرانجام به صورت انرژی الکتریکی در می آید .[10]
-3 معرفی شرایط جغرافیایی روستای مورد مطالعه و انتخاب اجزا سیستم ترکیبی
مطالعه موردی روستای قوشه از توابع دامغان واقع در استان سمنان میباشد. این روستا در موقعیت 36 درجه و 10 دقیقه شمالی و 54 درجه و 17 دقیقه شرقی نسبت به خط استوا واقع شده است. ارتفاع این منطقه 1170 متر از سطح دریا میباشد. و در آخرین سرشماری صورت گرفته جمعیت آن 160 نفر 46 - خانوار - میباشد. متوسط تابش آفتاب در این محل 4/35 کیلو وات بر متر مربع است. و دارای %54 متوسط تابش سالیانه است. شکل - 1 - میزان تابش و ابرناکی را نشان میدهد. میزان متوسط وزش باد 22/3 متر بر ثانیه است و طبق شکل - 2 - در اکثر مواقع سال باد در سطح قابل قبولی - حدود - 60 Km/h میوزد. از آنجایی که محصول عمده این روستا پسته است و تقریباً %20 وزن پسته
