بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله استراتژی عملیاتی بهینه برای یک سیستم ذخیره انرژی باتری - - BESS برای کاربرد پیک سایی سیستم قدرت ارائه شده است. استراتژی عملیاتی بهینه - BESS - مبتنی بر برنامه نویسی دینامیکی است و هدف پیک سایی و مینیمم کردن هزینه انرژی با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی باتری است. در این مقاله برنامه زمانبندی عملکرد این سیستم ذخیره ساز انرژی مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
تقاضای روزافزون انرژی در بخش های مختلف، جوامع مختلف را با چالش بزرگی روبرو ساخته است . افزایش روزافزون مصرف انرژی نیاز به تولید هر چه بیشتر آنرا ضروری ساخته است. در همین زمان ابزار های لازم برای تولید انرژی با مشکلات زیادی روبرو می باشند . خروجی بعضی منابع در دوره های روزانه، ماهانه، سالیانه نوسان زیادی دارد . - باد- خورشید-... - . درعین حال میزان تقاضا ممکن است بطور روزانه، ماهانه، سالانه تغییر پیدا کند. از این سو ما نیاز به روشی داریم که در مواقع زیادی انرژی را ذخیره کنیم و درموقع کمبود از انرژی ذخیره شده استفاده نماییم. امروزه نیز میتوان انرژی را در بالاترین ظرفیت خود ذخیره کرد.
روش های ذخیره انرژی بسیارند و همانطور که از نام آن ها پیداست، انرژی را ذخیره می کنند. تعدادی از این ذخیره سازهای انرژی توانایی ذخیره انرژی مورد نیازسیستم قدرت را دارا هستند. امروزه ذخیره سازی انرژی در سظح بالا انجام می شود. از جمله سیستم های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی شامل باتری های شارژپذیر که امروزه به مراتب استفاده می شوند. - . ذخیره سازی الکتریکی از مسائل مهم مدیریت انرژی و سیستم قدرت است. نیاز به ذخیره سازی انرژی الکتریکی در کشور هایی که منحنی بار آن ها در ساعات مختلف شبانه روز با تغییرات زیادی همراه است یک ضرورت می باشد.
با توجه به تفاوت هزینه انرژی در ساعات مختلف شبانه روز با استفاده از این سیستم ها می توان به مدیریت انرژی در سیستم قدرت پرداخت .بدین صورت که در ساعاتی که هزینه انرژی ارزان است - زمان های غیرپیک - به ذخیره انرژی می پردازد و مانند بار عمل می کند و در ساعاتی که هزینه انرژی بالاست - زمان های پیک - به استفاده از انرژی ذخیره شده اقدام نموده و از این طریق افزایش بهره وری اقتصادی در سیستم قدرت را موجب می شود.
سیستم ذخیره ساز انرژی باتری - BESS -
سیستم هایی هستند که قابلیت شارژ و دشارژ دارند و در موقع شارژ مانندبار عمل می کنند و در موقع دشارژ بعنوان تولید کننده انرژی عمل می کنند . سیستم های ذخیره انرژی باتری راندمان بالایی دارند و متمرکز شده هستند و این سیستم ها آسان نصب می شوند و کاربرد های متمرکز دارند.
همه BESS ها طراحی سیستم مشابهی دارند که شامل باتری ، سیستم تبدیل توان - PCS - یا سیستم کنترل-تبدیل توان - C-PCS - ، مجموعه انتقال که در آن از یک ترانس افزاینده استفاده می شود، و مدارهای بریکر یا قطع و وصل می باشد . نحوه قرارگیری باتری ها وسیستم تبدیل ومجموعه انتقال و مدارهای بریکر در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل :1 طراحی سیستم - BESS -
اجزاء سیستم BESS
باتری مورد نظر در این مطالعه باتری سرب اسید می باشد.
الف - باتری های سرب اسید - LA -
سیستم های BESS با این باتری ها در هر دو کاربرد ثابت و متحرک استفاده شده اند، کاربردهای بارز این باتری ها در سیستم های تأمین توان اظطراری، سیستم های مستقل با PV، سیستم های باتری برای کاهش نوسان خروجی از توان بادی و بعنوان باتری های راه انداز در وسایل می باشند. طول عمر 6 تا 15 سال با چرخه ی عمر 1500 سیکل در %80 عمق دشارژ دارند و سطوح راندمان سیکلشان به %80 تا %90 می رسد.
باتری های سرب اسید در هزینه ی پایین عرضه می شوند. مزایای این باتری نسبت هزینه به کارآیی مطلوب، قابلیت تکرار و چرخه آسان، تکنولوژی شارژینگ ساده، راندمان بالا، هزینه ذخیره سازی انرژی اولیه پایین نسبت به همه باتری ها می باشند. معایب باتری سرب اسید چگالی انرژی پایین، استفاده از موارد پر خطر ممنوع یا محدود الاستعمال و محدودیت عمر می باشند.
ب - باتری اکسایش-کاهش وانادیوم - Redox vanadium -
پیشرفته ترین باتری اکسایش-کاهش باتری وانادیوم است، این در حدود سال 2000 توسط کمپانی های نظیر prudent - CN - energy و cellstrom - Au - ساخته شده اند. VRFB از یک زوج اکسایش-کاهش بعنوان عامل اکسید اسیون و زوج اکسایش-کاهش در محلول اسید سولفوریک سلایم بعنوان عامل کاهنده استفاده می کند. مزیت اصلی این باتری استفاده از یون هایی با فلز یکسان در هر دوطرف است. اگرچه نقطه تلاقی یون های فلزدر سراسر غشا نمی تواند کاملا جلوگیری کند - چنین موردی برای هر باتری جریانی اکسایش-کاهش است - ، در VRFBها تنها نتیجه تلف انرژی است. در دیگرRFBها که از یون های فلزات مختلف استفاده می کند، چلیپایی موجب یک تخریب برگشت ناپذیرالکترولیت ها و یک تلف درظرفیت می شود. VRFB یک سیستم ذخیره سازتا سقف 500kw و 10ساعتی درژاپن با SEi نصب شده است. SEi از VRFB در کاربردهای کیفیت توان نیز استفاده کرده است
مزایای باتری های VRFB عبارتند از: توان ذخیره شده توسط تعدادی پیل تعیین می شود و اندازه الکترودها با شدت ظرفیت ذخیره انرژی و مقدار الکترولیت تعیین می شود، راندمان بالا، سیکل کاری طولانی برای شارژ و دشارژ، افزایش ظرفیت آسان، درجه حرارتی عملیاتی طبیعی، آلودگی کمتر، قابلیت شارژ الکتریکی و سوختگیری مکانیکی مجدد.
معایب این باتری ها عبارتند از: چگالی انرژی پایین حدود 20-30 ، تکنولوژی شیب بحرانی در خصوص الکتروکاتالیت فعال و برگشت پذیری واکنش اکسایش و کاهش در الکترود مثبت ، هزینه های فلزات برای محرک اصلی این سیستم ها anonymous - ، . - 2011 از یک BESS با باتریهای VRFB درژاپن جهت پیک سایی بار با ظرفیت 1,5mw/1,5mwh استفاده شده است
ج - سیستم کنترل و تبدیل توان pcs یا c-pcs
این سیستم یک بخش اساسی از BESS است. PCS رابط بین باتری ها و بار است. میزان شارژ باتری، میزان شارژ و دشارژ باتری و غیره را تنظیم می کند. هزینه این سیستم قابل توجه است و می تواند در همه سیستم ذخیره ساز انرژی بزرگتر از %25 باشد. PCS سیستم تبدیل توان است که ولتاژ DC موجود در باتری را به ولتاژ AC سه فاز تبدیل می کند
پیک سایی
بیشتر مصرف کنندگان صنعتی از دستگاه و وسایلی استفاده می کنند که به میزان توان نسبتا زیادی در یک مدت کوتاه دارند. بعلاوه بدلیل گرانی انرژی در ساعات پیک بار، مصرف کننده ها بخصوص مصرف کننده های صنعتی بزرگ می توانند به طروقی مصرف خود را مدیریت کنند. یکی از این طروق، استفاده از سیستم های ذخیره ساز انرژی باتری است که بوسیله آن می توانند در ساعات پیک و ساعاتی که انرژی گرانتر است، منحنی بار خود را پایین آورده و به اصطلاح پیک سایی کنند و در نتیجه هزینه مصرف انرژی خود و دیماند توان خود را کاهش دهند و هزینه عملیاتی تولید توان در طی پریودهای پیک را نیز کاهش دهند.
بطور کلی می توان گفت پیک سایی یعنی کاهش پیک بار یا کاهش منحنی بار در ساعات اوج مصرف. توان پیک یک مفهوم نسبی است که به یک مقدار مرجع نیاز دارد. پیک های توان در نمودارهای بالا ناحیه بالای مقدار مرجع هستند. مقدار مرجع را مشخص می کند و نباید از این حد حدتجاوز کند. در شکل - 2 - این مقدار مرجع نشان داده شده است. ماکزیمم توان موردنیاز برای اصلاح و T زمان دشارژ نامیده می شود.
شکل:2 نمودار تراشیده شده یک بار
