بخشی از مقاله
چکیده
تغییرات کاهش هزینه های استفاده از انرژی خورشیدی و گسترش نفوذ آن در بازار های جهانی استفاده از آن را توجیه پذیر کرده است. در این پژوهش استفاده از سیستم های فتوولتاییک در کنار سیستم های تولید برق موجود پیشنهاد شده است و تاثیر وجود این سیستم ها در کنار سیستم های موجود در شاخص قابلیت اطمینان ENS بررسی شده است. مدل ریاضی با استفاده از الگوریتم شبیه سازی تبرید تدریجی حل شده و در نهایت تغییرات در سطح نفوذ انتخاب شده نشان داده شده است. مطالعه موردی بر روی شبکه برق سراسری یزد انجام شده است.
.1مقدمه
انرژی به عنوان عامل کلیدی در ایجاد توسعه پایدار در جوامع مختلف محسوب می شود. انرژی در حیات جوامع نقش زیر بنایی ایفا می کند به این معنا که هرگاه انرژی به مقدار کافی و به موقع در دسترس نباشد توسعه جوامع میسر نخواهد بود. نگاهی به معضلات گذشته نشان می دهد که همواره رقابت های بزرگ جهانی بر سر تصاحب انرژی وجود داشته است.
امروزه تولید برق و انرژی یکی از شاخص های مهم توسعه یافتگی هر کشور است. این ارقام نشان می دهد احتیاجات انرژی جهان در طول این سال ها از دو برابر بیشتر شده است. از طرفی به دلیل محدود و پایان پذیر بودن سوخت های فسیلی و ایجاد آلودگی های زیست محیطی جایگزینی این سوخت ها با منابع انرژی پاک و نا محدود به عنوان منابع لایزال الهی اجتناب ناپذیر است
کشور ایران با داشتن بیش از یک درصد جمعیت جهان مصرف کننده بالای انرژی می باشد. با توجه به رشد جمعیت، توسعه جوامع شهری و ضرورت تامین انرژی، انرژی های تجدید پذیر جایگاه ویژه ای در سبد انرژی به خود اختصاص داده اند
بر اساس تراز نامه انرژی سال 91 تولید انرژی اولیه در ایران2219/1 میلیون بشکه معادل نفت خام بوده که 54/5 درصد نفت خام، مایعات و میعانات گازی و مواد افزودنی، 44/4 درصد گاز طبیعی و 0/5 درصد انرژی آبی، بادی، خورشیدی، هسته ای و 0/4 درصد منابع تجدیدپذیر قابل احتراق و 0/2 درصد زغال سنگ بوده است
این آمار نشان می دهد سهم انرژی های تجدیدپذیر در آن بسیار کم است. آمار استفاده از انرژی تجدیدپذیر در ایران در مقایسه با کشور های پیشرفته بسیار پایین است. انرژی های تجدیدپذیر در طول تاریخ نقش کوچکی برای تولید برق در ایران ایفا کرده اند. اگرچه پیشینه بهره مندی از انرژی تجدیدپذیر سابقه دیرینه دارد. با این حال نگرانی هایی از قبیل امنیت عرضه انرژی، محدودیت های نوسانات انرژی و نوسانات قیمت انرژی بشر را به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر تشویق کرده است
یکی از مهمترین راه کارهای بهینه سازی انرژی انجام شده در تمام کشورهای صنعتی با هدف افزایش بازده تولید، استفاده بهینه از منابع سوخت و کاهش گاز های گلخانه ای با بازده کلی 75 تا 90 درصد، استفاده از منابع تولید پراکنده و انرژی های تجدیدپذیر است
انرژی خورشیدی از مهمترین صور انرژی تجدیدپذیر است. کشور ایران با تابش بیش از 4/5 کیلو وات ساعت بر متر مربع در روز زمینه ای مستعد در جذب و تبدیل این انرژی لایتناهی به الکتریسیته دارد. در ایران به جز سواحل دریای خزر در سراسر کشور درصد روزهای آفتابی در سال بین 63 الی 97 درصد است که استفاده از این انرژی را توجیه پذیر می کند. امروزه تصور زندگی بدون انرژی الکتریکی بسیار مشکل می باشد و از طرفی پایداری بسیاری از مشاغل و فعالیت های اجتماعی به آن وابسته گشته است. وابستگی شدید کارهای مختلف به انرژی الکتریکی تا حدی است که با قطع برق خسارات بسیار زیادی به مردم تحمیل می گردد. حتی انرژی برق قابلیت ورود به عرصه تولید به عنوان یک نهاده را نیز دارد
اساسی ترین هدف سیستم های قدرت تداوم تامین انرژی الکتریکی ارزان قیمت با کیفیت مطلوب است. البته به دلایلی مانند معایب و خرابی های احتمالی در تجهیزات به کار رفته در سیستم و نیز بروز خطاهای پیش بینی شده و پیش بینی نشده نمی توان انتظار داشت که همواره این انرژی در دسترس قرار گیرد. شبکه برق رسانی شامل سه قسمت عمده تولید، انتقال و توزیع می باشد. حدود %70 قطعی های مشترکین در سیستم توزیع بوده است در حالی که سهم سیستم های تولید و انتقال به ترتیب %20 و %10 می باشد [8] و همین امر اهمیت توجه به قابلیت اطمینان در شبکه های برق را بالا می برد.
در این زمینه تحقیقاتی انجام شده از جمله کتابی در این زمینه نوشته شده است که علاوه بر تشریح سیستم های تولید و توزیع برق شاخص های اطمینان پذیری و نحوه محاسبه آن ها را نیز بیان کرده است .[9] در مقاله ای قابلیت اطمینان تولید و براورد قیمت انرژی الکتریکی با نگاهی اقتصادی در بازار برق اشتراکی بررسی شده است
مقاله ی دیگری کارکرد سیستم های فتوولتاییک در شبکه توزیع جهت تأمین بخشی از بار را مورد بحث قرار داده و به طور غیر مستقیم نقش سیستم های فتوولتاییک در کاهش شاخص مورد نظر را بررسی کرده است .[11] مقاله دیگری تحت عنوان " برنامه ریزی توسعه شبکه انتقال به منظور افزایش رقابت و کاهش انرژی تامین نشده" برنامه ریزی توسعه انتقال با هدف بهینه سازی هزینه ها را انجام داده و در نهایت از میان حالات پیشنهادی خود حالتی را بر می گزیند که کمترین هزینه را دارد
مقاله "توسعه تولید شبکه برق ایران به روش منحنی تداوم بار معادل" توسعه تولید و انتقال شبکه برق را مورد بررسی قرار داده است و دو شاخص قابلیت اطمینان احتمال از دست دادن بار و مقدار انتظاری انرژی تأمین نشده را بررسی کرده است
مقالاتی دیگر در رابطه با ترکیب سیستم های فتتولتاییک با شبکه برق سراسری نگاشته شده است. از جمله مقاله ای که ترکیب سیستم تولیدی معمول شبکه برق را در کنار سیستم فتوولتاییک بررسی کرده است و از ان جایی که سیستم فتوولتاییک دارای ماهیت تولید نوسانی برق است برای بالا بردن اطمینان سیستم از سیستم ذخیره انرژی استفاده کرده است. هدف این مقاله بالا بردن قابلیت اطمینان و در عین حال پایین اوردن میزان سیستم ذخیره انرژی به کار رفته به دلیل هزینه بالای باتری های ذخیره ساز است.
مقاله ی دیگری در همین راستا اثر تولیدات پراکنده در کاهش کمبود برق در شبکه های توزیع را مورد بررسی قرار داده است. این مقاله افزایش نصب سیستم های فتوولتاییک را برای کاهش کمبود برق پیشنهاد می کند. نویسندگان مقاله معتقدند که این کار تأثیر مهمی بر قابلیت اطمینان و تأمین تقاضا در ساعات اوج مصرف دارد .
مقاله ای دیگر تحت عنوان "ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های قدرت با در نظر گرفتن سازماندهی مجدد و ژنراتور های تولید تجدیدپذیر" بهبود در دو شاخص مقدار انتظاری بار از دست رفته و مقدار انتظاری انرژی تأمین نشده را در حضور سیستم های تولید تجدیدپذیر بررسی کرده است
مقالات دیگری ترکیب سیستم های فتوولتاییک با سایر منابع تجدیدپذیر انرژی را بررسی کرده اند و سعی کرده اند تاثیر ماهیت نوسانی این سیستم ها را با در کنار هم قرار دادن آن ها کمتر کنند. از جمله این مقالات می توان به مقاله ای اشاره کرد که از حضور توربین های بادی در کنار سیستم های فتوولتاییک صحبت کرده است و تابع هدف در این مقاله کاهش تلفات است که تعادل بار سیستم را به ارمغان خواهد اورد
مقاله دیگری ترکیب سیستم بادی و فتوولتاییک را در حضور باتری بررسی کرده است و هدف مقاله کمینه کردن هزینه های نصب تجهیزات و تولید انرژی است .
مقاله دیگری نیز همین سیستم را با هدف کمینه کردن تعداد تجهیزات فتوولتاییک و توربین های بادی بررسی کرده است..مقاله ی دیگری سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه، مسائل فنی، قابلیت اطمینان،طول عمر و الزامات فنی این سیستم ها را مورد بررسی قرار داده است.
در این پژوهش سعی شده پس از معرفی سیستم فتوولتاییک و تاثیر آن بر کاهش شاخص ENS نتیجه حاصل از مطالعه صورت گرفته بر شبکه برق استان یزد به عنوان مطالعه موردی ارایه شود.
.2 سیستم های فتوولتاییک
خورشید یک راکتور هسته ای طبیعی بسیار عظیم است. ماده در آن بر اثر هم جوشی هسته ای به انرژی تبدیل می شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرم آن به تابش تبدیل می شود .
انرژی چهل روز تابش خورشید با انرژی مورد نیاز یک قرن برابر است. این کره نورانی را می توان به عنوان منبع عظیم انرژی تا پنج میلیارد سال آینده به حساب آورد ، به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتاییک و به هر سیستمی که از این پدیده ها استفاده کند سیستم فتوولتاییک گویند . فتو به معنای نور و ولتاییک به معنای الکتریسیته می باشد
عنصر اصلی در ساخت سلول های خورشیدی نیمه هادی هایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید می باشد. مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلول های خورشیدی استفاده شده اند که بازده و هزینه های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج های نور خورشید را که به سطح زمین می رسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند.
.3 شاخص های قابلیت اطمینان مبتنی بر انرژی
از جمله مولفه های کیفیت در شبکه های انتقال و تولید قابلیت اطمینان آن ها در تامین انرژی الکتریکی می باشد. جهت برآورد قابلیت اطمینان شبکه برق شاخص های مختلفی بیان گردیده است که عموما ترکیبی از عوامل فنی و اقتصادی می باشند. موضوع مطالعه قابلیت اطمینان، یافتن احتمال این است که وسیله یا سیستم وظیفه خود را در یک زمان معین به صورت مطلوب انجام دهد
طبق تعریف ها بدیهی است که قابلیت اطمینان به عبارتی مبین تداوم عملکرد بدون وقوع از کار افتادن می باشد، و لذا قابلیت اطمینان عبارت خواهد بود از احتمال باقی ماندن سیستم و یا یک قطعه در شرایط عملکرد بدون وقوع از کار افتادن
قابلیت اطمینان کل سیستم ترکیبی از قابلیت اطمینان تک تک اجزا است. دو راه کار عمده به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم وجود دارد. راه کار اول بالا بردن قابلیت اطمینان اجزا سیستم و دیگری استفاده از اجزا مازاد در کنار اجزا اصلی سیستم به صورت موازی است. به علت محدودیت های اقتصادی و تکنولوژیکی بهترین و کاربردی ترین روش جهت افزایش قابلیت اطمینان سیستم راه کار دوم یعنی استفاده از اجزا مازاد در کنار اجزا اصلی است
هر زمان بحث قابلیت اطمینان پیش می آید همواره حالت هایی از سیستم مطرح می شود که می تواند شامل حالت کفایت، امنیت، وضعیت اعلام خطر، حالت اضطراری و حالات دیگر باشد. این گزینه ها به این مفهوم است که امکانات مناسب و کافی در سیستم جهت رساندن انرژی مورد تقاضای مشترکین وجود داشته باشد و سیستم توانایی پاسخ به اغتشاش های رخ داده بین سیستم را داشته باشد. با پیشرفت تکنولوژی و بالا رفتن بهره وری تجهیزات، سیستم های توان الکتریکی آینده به جای محدودیت توان یا ظرفیت به صورت انرژی محدود می شوند و بنابرین شاخص های آینده به جای تمرکز بر توان و ظرفیت مبتنی بر انرژی است.
