بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اینکه منابع تجدید پذیر از جمله خورشید و باد ماهیتی تناوبی دارند، سیستمهای هیبریدی که امکان تبدیل و ذخیره انرژی الکتریکی را فراهم میکنند، مورد استفاده قرار میگیرند. استفاده از سیستمهای هیبریدی ضمن افزایش قابلیت اطمینان در شبکه سبب میزان رضایت مصرفکننده خواهد شد، همچنین با توجه به رشد بار و افزایش استفاده از منابع تولید پراکنده که به افزایش سطوح خطا در سیستم های قدرت منجربه میشود در این راستا استفاده از محدود کنندههای جریان خطا در شبکه میتواند موثر واقع شود.
همچنین با حرکت سیستم قدرت سنتی به سمت سیستم قدرت تجدید ساختار یافته و تاثیر واحدهای تولیدپراکنده در کاهش میزان ریسک سود خردهفروش، مشارکت واحدهای تولید پراکنده و خرده فروش بر یکدیگر امری اجتناب ناپذیر است زیرا که عدم قطعیت در قیمت بازارهای روز بعد و لحظهای و میزان تقاضای مشتریان، ریسک مالی خردهفروش ها را که مجبورند برق را به قیمت ثابت در طول یک دوره مشخص به مشتریان خود عرضه کنند، افزایش میدهد. در این مقاله نیز ضمن امکان سنجی بهرهگیری از منابع تجدید پذیر به ارائه روشی به منظور تحلیل فنی و اقتصادی به کارگیری از این منابع بر مبنای نرم افزار Homer پرداخته شده است.
کلید واژه: HOMER، منابع تولید پراکنده، محدودکننده جریان خطا ابررسانا، بازار برق.
مقدمه
با توجه به گرم شدن تدریجی کره زمین که در اثر گازهای گلخانه ای اتفاق افتاده است، سیاستهای انرژی، تحت معاهده های بین المللی جهت بهرهگیری از انرژیهای تجدید پذیر و پاک، به امری جهان شمول تبدیل میشود که براساس آن کشورها ملزم می شوند بخشی از افزایش انرژی تولیدی سالانه خود را به منابع انرژی پاک که به دلیل داشتن حجم انرژی پایین در زیر مجموعه تولیدات پراکنده میباشند، تخصیص دهند.
کشور ایران نیز از 200 کشوری است که پایبند به معاهدات بین المللی محیط زیست بوده و ملزم به بهرهمندی از منابع تجدید پذیر میباشد. دلایل متفاوتی برای استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکهی توزیع وجود دارد از جملهی این دلایل میتوان به کاهش منابع سوخت فسیلی، پیشرفت در تکنولوژی، ارزان شدن استفاده از منابع تجدیدپذیر، افزایش نگرانیهای زیست محیطی برای کاهش تولید آلودگی، گرایش جهانی به تجدید ساختار در صنعت برق، بهبود کیفیت توان، کاهش تلفات و بهبود سطح قابلیت اطمینان شبکه، اشاره نمود.
به علاوه یکی از اهداف و الزامات شبکههای هوشمند ارتباط و جای دادن حجم وسیعی از واحدهای منابع تولید پراکنده و وسایل ذخیرهی انرژی به شبکه ی توزیع میباشد. استاندارد IEEE تولید برق توسط وسایلی که به اندازهی کافی از نیروگاههای مرکزی کوچکتر باشند و قادر به نصب در محل مصرف هستند را به عنوان تولید پراکنده تعریف کرده است. آژانس بین اللملی انرژی نیز در یک تعریف جامع تولیدات پراکنده را به واحدهای تولیدی که انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کنندگانرا در محل مصرف تامین نموده و یا به عنوان پشتیبان به شبکهی توزیع وصل میشود معرفی میکند .
بهرهگیری از منابع تولید پراکنده علیرغم مزایای زیادی که دارد سبب بروز مشکلاتی نیز میشود. از جملهی مهمترین این مشکلات میتوان به افزایش جریان اتصال کوتاه و سطح خطاها، اختلال در عملکرد دستگاه های حفاظتی که در مقدار اصلی خود تنظیم شده اند، اشاره نمود. افزایش سطح خطاهای اتصال کوتاه بالاتر از ظرفیت نامی تجهیزات حفاظتی، سبب آسیب رسانی به آنها و کاهش قابلیت اطمینان سیستم میشود که در این صورت نیازمند جایگزینی با یک مقدار بزرگتر هستند که سیستم را متحمل هزینهی سنگینی میکند.
اما اگر بتوان پس از آشکار سازی خطا، جریان را محدود نمود از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت میگیرد. انواع مختلفی از محدودکنندههای خطا تا به حال برای شبکههای توزیع و انتقال معرفی شدهاند که ساده ترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجا که جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل های اولیه ناشی میشود در نتیجه باید محدودکنندههای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار بگیرند.
از این رو استفاده از محدودکننده جریان خطا ابررسانایی - SFCL - میتواند به طور موثری میزان جریان خطا را محدود نموده، تعادل توان را حفظ کند، سبب بهبود افت ولتاژ و فراهم کردن شرایطی برای بهبود دستگاههای مربوط به حفاظت سیستم شود .بنا به تمامی دلایل فوق تحلیل فنی و اقتصادی بکارگیری منابع تجدید پذیر امری اساسی می باشد از جمله راهکارها برای این نوع تحلیل در سیستم های هیبریدی استفاده از نرم افزار HOMER میباشد. نرمافزار HOMER در آزمایشگاه تجدیدپذیر آمریکا به منظور شبیه سازی و ارزیابی در زمینه های اقتصادی و فنی سیستم های هیبرید ایجاد شد.
در به تحلیل هزینههای اقتصادی سیستم هیبریدی منابع تجدیدپذیر مبتنی بر نرمافزار HOMER پرداخته شده است. در به تحلیل اقتصادی تامین بار روستای نمونهای در مناطق جنوبی کشور ایران پرداخته شده است. در به امکان سنجی بهرهگیری از منابع تجدید پذیر با استفاده از شاخصهای اقتصادی در شهر اصفهان پرداخته شده است. دربه بررسی و تحلیل اقتصادی به کارگیری نیروگاه CHP و فتوولتائیک در چند حالت با استفاده از نرم افزار HOMER مورد مطالعه قرار گرفته است.
دربصیرخان و سایرین در سال 2015 به منظور یافتن یک ترکیب بهینه ار سیستم هیبریدی انرژی های تحدیدپذیر جهت تولید برق در یک جزیره در دریای چین جنوبی از نرم افزار HOMER استفاده کردند. تامین برق جزیره توسط دیزل ژنراتور بود که به دلیل بالا بودن قیمت سوخت، هزینه های تامین و نگهداری بالا و همچنین تولید آلاینده های زیست محیطی فراوان، بصیر خان و سایرین از سیستمی شامل سلول خورشیدی، توربین آبی، توربین بادی، ژنراتور، باطری و مبدل استفاده نمودند. پارامترهای مورد بررسی آنها پیکرهبندی سیستم مطلوب، هزینهی سیستم هیبریدی، میزان صرفه جویی در سوخت و میزان کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن بود.
معرفی منطقه نمونه جهت مطالعه
منطقه مورد مطالعه در روستای علی آباد از توایع شهرستان اندیمشک در استان خوزستان میباشد، این روستا در دهستان حومه قرار دارد و براساس سرشماری مرکز آمار ایران در سال 1385، جمعیت آن 505 نفر 111 - خانوار - بودهاست، اطلاعات آب و هوایی در ادامه مقاله در قسمت انتخاب منابع مورد استفاده ذکر شده است.
گزینش منابع مورد استفاده در سیستم هایبریدی
یک سیستم ترکیبیاساساً از منابع انرژی تجدیدپذیری که به صورت موازی با منبع انرژی تجدیدناپذیر و واحد ذخیره انرژی کار می کند، تشکیل می شود.یک سیستم هایبرید از دو یا چندین منبع تولید توان تشکیل شده است، که برای بدست آوردن بازده بیشتر نسبت به سیستمهای دارای یک منبع تولید توان و بهره برداری در بهترین نقطه کار از آنها استفاده میکنیم. از آنجایی که عملکرد یک سیستم ترکیبی تولید توان شدیداً به شرایط محیطی آن بستگی دارد، بنابراین در ابتدا انتخاب منابع انرژی تجدید پذیر مناسب با پتانسیل محیط بهره برداری از این سیستم ترکیبی ضروری به نظر میرسد. استفاده از عناصر ذخیره کننده انرژی نیز در سیستمهای ترکیبی تولید توان با استفاده از منابع تجدید پذیر مشکل عدم پیوستگی منابع تجدید پذیر را از بین می برد.
سلول خورشیدی
در یک کریستال، پیوندها بین اتمهای سیلیکون از الکترون تشکیل شدهاند که بین تمام اتمهای کریستال تقسیم شدند، وقتی نور به سطح کریستال میتابد جذب میشود، این نور باعث تحریک یکی از الکترونها در یکی از اتمها می شود و آن را به سطوح بالاتر انرژی هدایت میکند، این الکترون با این انرژی و با استفاده از میدان الکتریکی موجود، در یک مسیر مشخص و با آزادی بیشتر نسبت به حالت قبلی که در بند بود حرکت می کند.
حرکت آزادانه الکترون به معنی ایجاد جریان میباشد، با اتصال یک سیم مسی به بالا و پایین این سلول خورشیدی میتوان جریان تولید شده را در سیستم برقرار نمود، منطقه مورد نظر روستای علی آباد از توابع بخش مرکزی شهرستان اندیمشک در استان خوزستان میباشد. این روستا در 32,59° درجه ی شمالی و 48,28° درجه شرقی و میزان تقریبی درجه حرارت در این روستا حدود 26 درجه سانتی گراد است.
مشخصات پنل خورشیدی،پیل سوختی
پیل سوختی وسیلهای است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. برخلاف باتریها که به علت محدود بودن مقدار مادهی واکنش دهنده در مخزن باتری، پس از مدتی نمیتوانند انرژی لازم را تأمین کنند، در پیل سوختی مواد واکنش دهنده به صورت پیوسته وارد پیل شده و فرآوردهها به صورت پیوسته خارج میشوند، بنابراین پیل سوختی میتواند به صورت پیوسته کار کند. همچنین به دلیل اینکه تبدیل انرژی به طور مستقیم روی میدهد از بازدهی بالایی برخوردار است. در پیل سوختی گاز هیدروژن به عنوان سوخت مصرف شده و از واکنش آن با اکسیژن، علاوه بر انرژی الکتریکی، آب و حرارت نیز تولید میگردد. به عبارت دیگر در این تبدیل، عکس واکنش الکترولیز آب رخ میدهد.
