بخشی از مقاله
چکیده_
در سال های اخیر استفاده از انرژی بادی جهت تولید برق، رایج شده و این موضوع به دلیل تجدیدپذیر بودن این منبع و عوامل زیست محیطی که چالش اصلی جهان امروزی می باشد، رو به گسترش است. از طرفی تامین برق متقاضیان دور از شبکه در قالب احداث شبکه فشار متوسط و فشار ضعیف توزیع نیروی برق در نقاطی با چگالی بار کم همواره یکی از مشکلات پیش روی شرکت های توزیع نیروی برق می باشد. مقاله حاضر، به ارزیابی تحلیلی و توسعه محور طرح های انرژی بادی مستقل از شبکه توزیع نیروی برق همراه با سیستم ذخیره ساز انرژی از منظر قابلیت اطمینان - هزینه با استفاده از راهکارهای احتمالاتی می پردازد.
از آن جایی که تغییرات سرعت باد اجازه پیش بینی یک تولید دقیق را نمی دهد بنابراین مدل احتمالاتی پیشنهادی مقاله، مبتنی بر سرعت باد، توان تولیدی و سیستم ذخیره ساز انرژی با باتری های الکترو شیمیایی - با یک مشخصه انرژی تحویلی مناسب - می باشد و شاخص های ریسک پذیری آن با کد نویسی در محیط نرم افزاری MATLAB/SIMULINK شبیه سازی و محاسبه می شود.
در ادامه امکان استفاده از سیستم بادی را در یک منطقه نمونه واقعی دور از شبکه توزیع نیروی برق - روستای سخوی شهرستان ساری - در قالب یک تحلیل اقتصادی - هزینه - و فنی - شاخص های قابلیت اطمینان - به جای احداث و اتصال به شبکه برق سراسری بررسی و تاثیرسنجی می شود.
با بررسی نتایج به دست آمده، می توان دریافت که استفاده از سیستم ذخیره سازی انرژی مناسب و شرایط محیطی طرح های بادی منصوبه، بیشترین تاثیر را در افزایش قابلیت اطمینان و کیفیت تامین برق مناطق دارد. هم چنین ظرفیت مناسبی از شبکه توزیع نیروی برق با توجه به سهم ریسک پذیری کل شبکه و هزینه های احداث آن در راستای توسعه بهینه و پویای طرح های انرژی بادی برای مناطق دور از شبکه که دارای مصارف سبک باشد، توجیه فنی و اقتصادی کافی دارد، مهیا می گردد.
.1 مقدمه
توجهات رو به رشدی که در استفاده از منابع تولید پراکنده مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر با قابلیت اطمینان بالا در شبکه توزیع نیروی برق در حال شکل گیری است، نقش بسزایی در کیفیت و تامین برق به موقع مصرف کنندگان آن دارد. در سال های اخیر استفاده از انرژی بادی جهت تولید برق در کشور، رایج شده و این موضوع به دلیل تجدیدپذیر بودن این منبع و عوامل زیست محیطی که چالش اصلی جهان امروزی می باشد، رو به گسترش است. از طرفی تامین برق متقاضیان دور از شبکه در قالب احداث شبکه فشار متوسط و فشار ضعیف توزیع نیروی برق در نقاطی با چگالی بار کم همواره یکی از مشکلات پیش روی شرکت های توزیع نیروی برق می باشد .
با بررسی های به عمل آمده اکثر روستاهای بالای 10 خانوار از نعمت برق بهره مند هستند و برق رسانی به روستاهای بالای 5 خانوار نیز در اکثر نقاط کشور توسط شرکت های توزیع برق در حال اجرا می باشد.
با توجه به فاصله ی زیاد برخی از روستاها از نقاط شهری و صعب العبور بودن آنها در مناطق کوهستانی کشور و از طرف دیگر مناسب بودن سرعت وزش باد در ایران - بالاترین میانگین سالانه سرعت باد در ایران، مربوط به ایستگاه منجیل با 6,25 متر برثانیه است - به نظر می رسد استفاده از طرح های انرژی بادی برای تامین برق ساکنین روستاها، از برق رسانی با استفاده از برق شبکه سراسری اقتصادی و بهینه تر می باشد.
با توجه به احتمالی و غیر قطعی بودن توان باد، طراحی ظرفیت مناسب اجرایی برای طرح های انرژی بادی در یک ناحیه، از طریق داده های اندازه گیری شده مرتبط با انرژی باد، قدری مشکل است. به همین دلیل از راهکارهای احتمالاتی - تخمین تابع توزیع احتمال ویبول و... - استفاده می گردد. مقاله حاضر، به ارزیابی تحلیلی و توسعه محور طرح های انرژی بادی مستقل از شبکه توزیع نیروی برق همراه با سیستم ذخیره ساز انرژی از منظر شاخص های قابلیت اطمینان- هزینه با استفاده از راهکارهای احتمالاتی می پردازد. از آن جایی که تغییرات سرعت باد اجازه پیش بینی یک تولید دقیق را نمی دهد
بنابراین مدل احتمالاتی پیشنهادی مقاله، مبتنی بر سرعت باد، توان تولیدی و سیستم ذخیره ساز انرژی با باتری های الکترو شیمیایی - با یک مشخصه انرژی تحویلی مناسب - می باشد و شاخص های ریسک پذیری آن با کد نویسی در محیط نرم افزاریMATLAB/SIMULINK شبیه سازی و محاسبه می شود. در ادامه امکان استفاده از سیستم بادی را در یک منطقه نمونه واقعی دور از شبکه توزیع نیروی برق - روستای سخوی شهرستان ساری - در قالب یک تحلیل اقتصادی - هزینه - و فنی - شاخص های قابلیت اطمینان - به جای احداث و اتصال به شبکه برق سراسری بررسی و تاثیرسنجی می شود.
.2 تخمین مدلی توسعه محور جهت بهره برداری بهینه از طرح های انرژی بادی مستقل از شبکه
به دلیل عدم قطعیت و تصادفی بودن سرعت وزش باد، توان تولیدی توسط واحدهای بادی متغیر می باشد که بر وضعیت شبکه های توزیع نیروی برق از جمله: قابلیت اطمینان سیستم و... تاثیر گذار خواهد بود. با توجه به تغییرات احتمالی در زیر ساخت ها و سیاست توسعه و اجرایی شدن طرح های انرژی بادی شبکه های توزیع نیروی برق، نیاز به طراحی مدلی جامع و توسعه محور مبتنی بر تحلیل حالت های عملکردی آن می باشد. اهداف کلی مدل توسعه محور انرژی بادی مستقل از شبکه را می توان در سه محور اصلی خلاصه نمود که عبارتنداز:
- یافتن راهکارهای قابلیت اطمینان محور در زمینه توسعه و اجرایی شدن طرح های انرژی بادی مستقل از شبکه توزیع نیروی برق مبتنی بر تخمین مدل ریسک پذیری آن.
- ارزیابی اقتصادی استفاده از طرح انرژی بادی مستقل از شبکه و تخمین میزان هزینه های مالی آن در مقایسه با احداث شبکه برق رسانی به نقاط صعب العبور و کوهستانی - دور از شبکه توزیع نیروی برق - .
- بهره برداری بهینه طرح های انرژی بادی مستقل از شبکه مبتنی بر شبیه سازی احتمالاتی - سرعت باد، توربین بادی، توان تولیدی، سیستم ذخیره ساز انرژی با باتری های الکترو شیمیایی با یک مشخصه انرژی تحویلی مناسب - می باشد. شکل - - 1روند تخمین مدل پیشنهادی را نشان داده است.
شکل - - 1 روند تخمین مدل توسعه محور طرح بادی مستقل از شبکه توزیع برق
.1 مدل سازی کلیه
.2 تخمین معیارهای
.3 محاسبه شاخص های ریسک پذیری طرح بادی مستقل از شبکه
.2,1 تخمین مدل سیستم انرژی بادی مستقل از شبکه
طی دو دهه اخیر بسیاری از پژوهشگران، وقت بسیاری را برای توسعه یک مدل آماری مناسب صرف کرده اند تا توزیع سرعت باد را شرح دهند. در همین راستا استفاده از تابع توزیع احتمال - - PDF1 ویبول دو پارامتره، یکی از پر کاربردترین روش ها برای توصیف نوسان سرعت باد است که پارامترهای آن با استفاده از روش بیشترین احتمال تعیین می شود. این توزیع به طور وسیعی برای بررسی پتانسیل انرژی باد در مناطق گوناگون کشورهای مختلف به کار می رود.
در این قسمت ابتدا، اجزای اصلی یک سیستم انرژی بادی مستقل از شبکه را طراحی می کند که شکل - 2 - آن را نشان می دهد و سپس به مدل سازی احتمالاتی سیستم توربین منصوبه، سرعت باد منطقه نمونه، توان خروجی توربین، سیستم ذخیره ساز انرژی همراه با نمودارهای تحلیلی مناسب آن مبتنی بر راهکارهای احتمالاتی - تخمین تابع توزیع احتمال - می پردازد.
شکل - - 2 مدل پیشنهادی سیستم انرژی بادی مستقل از شبکه
الف - مدل سرعت باد: سرعت و جهت وزش باد با زمان تغییر می کند. تابع توزیع سرعت باد را می توان از منحنی ویبول و منحنی های توزیع نرمال بدست آورد. در این مقاله تغییرات سرعت باد همراه با ارتفاع نصب توربین سیستم بادی مستقل از شبکه در بازه زمانی یک سال - معادل8760 ساعت - مبتنی بر تابع چگالی احتمال ویبول از روابط - 1 - تا - 3 - محاسبه می شود
Z2 ارتفاع شفت توربین - متر - ، Z1 ارتفاع بادسنج - متر - ، Z0 شدت ناهمواری زمین - متر - ،V2 میزان سرعت باد ساعت به ساعت مبتنی بر ارتفاع بادسنج - متر بر ثانیه - ،c پارامتر مقیاس، k پارامتر شکل، V سرعت باد اندازه گیری شده در کوتاه مدت - میانگین بیش از 10 دقیقه - - متر بر ثانیه - ، F - V - تابع توزیع تجمیعی است.
هم چنین پارامترهای مقیاس و شکل با توجه به ارتفاع روتور توربین بادی منصوبه مبتنی بر سرعت های مختلف باد با استفاده از روش ارائه شده در مقاله Justus and Mikhail از روابط - 4 - تا - 8 - محاسبه می شود
ب - مدل توربین بادی: بنابر تئوری بتز، به طور نظری حداکثر قدرت بادی که یک توربین می تواند به انرژی مکانیکی تبدیل کند،59,3 درصد از کل انرژی جنبشی باد است . توان خروجی توربین بادی رابطه غیر خطی با سرعت باد دارد و در هر مرحله با استفاده از پارامترهای منحنی توان- سرعت توربین بادی شکل - - 3 به صورت یک تابع چند حالته تعریف می شود که از روابط - 9 - تا - 11 - محاسبه می شود.
