بخشی از مقاله
چکیده-
این مقاله یک روش برای تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل شبکه نسبت به توان خروجی نیروگاه بادی خورشیدی رامورد بررسی قرار میگیرد. سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربینهای بادی، فتوولتائیک، سلولهای سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد.
اهداف این مقاله کمینهسازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیستمحیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینههای سیستم شامل هزینههای سرمایهگذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر ونگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزلژنراتور میباشد. ودرنظرگرفتن عدم قطعیت واحدها با استفاده ازروش مونت کارلوشبیه سازی کامپیوتری درمحیط نرم افزاری GAMS انجام شده است.
-1 مقدمه
با پیشرفت جوامع بشری نیاز به انرژی افزایش چشمگیری یافته است. این نیاز جوامع بشری را به سمت منابعی جدید و پربازدهتر سوق میدهد. در ضمن صنعتی شدن و افزایش مصرف خانگی منجر به افزایش غیر قابل پیشبینی تقاضا برای انرژی برق شده است. همه این موارد باعث تولید روز افزون گازهای آلوده کننده محیط زیست میشوند منابع انرژیتجدیدپذیر در دهههای اخیر با افزایش هزینه سوخت های فسیلی و با هدف تولید انرژی پاک، بسیار مورد توجه کشورهای صنعتی قرار گرفته است. این امر موجب پیشرفت های بسیاری در بهره برداری از این منابع گردیده است؛ ولی منابع انرژی تجدید پذیردارای رفتاری متغیر میباشند و در نتیجه نمیتوان تولید را به درستی پیش بینی کرد.
به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم، بکارگیری از دیزل ژنراتورها برای پاسخ گویی به تقاضای بار در سیستم های مستقل از شبکه به طور گسترده ای رایج می باشددر برنامهریزی مشارکت واحدها بر اساس قیمتPBUC، هدف مسئله برنامه ریزی و تعیین پیشنهادات بهینه تولید، دستیابی به حداکثر سود میباشد. در این شرایط، سود بهصورت تفاضل درآمد و هزینه تعریف میشود. لذا سود نهتنها به هزینه، بلکه به درآمد هم مربوط میشود. اگر درآمد افزایشی، بیشتر از هزینه افزایشی باشد، برای کسب سود بیشتر میتوان انرژی بیشتری تولید نمود. در مقابل اگر درآمد افزایشی، کمتر از هزینه افزایشی باشد، ممکن است تمایل کمتری به فروش انرژی باشد.
درنهایت، اگر در نوع جدید، هدف حداقل سازی هزینه باشد. در PBUC، تأمین بار، دیگر اجباری نیست و هدف، حداکثر سازی سود است.لذا، امنیت سیستم از انرژی تفکیکشده و بهعنوان یک خدمت جانبی قیمتگذاری میشود. در این روش برنامهریزی، عامل تعیینکننده خاموش و یا روشن بودن واحدها قیمتهای هر نیروگاه و قیمتهای مختلف جاری در بازار میباشد. از جمله، این قیمتها میتوان به قیمت خرید سوخت، قیمت فروش انرژی، قیمت فروش خدمات جانبی اشاره نمود. در برنامهریزی مبتنی بر قیمت مشارکت واحدها، تمام اطلاعات بازار در قیمت بازار منعکس میشود
1-2 ساختارهای یک سیستم قدرت ترکیبی چندمنبعی
هرسیستم قدرت ترکیبی شامل،واحد منابع تجدیدپذیر واحد پشتیبان واحد ذخیره انرژی و واحد مرکزی می باشد.شکل - - 1 ساختارکلی سیستم قدرت ترکیبی چند منبعی را نمایش می دهد. اینک به بررسی مشخصات کلی هریک از زیر سیستم ها می پردازیم.
شکل - : - 1 ساختارسیستم قدرت ترکیبی چندمنبعی
-2 توربین بادی
منظور از توان بادی تبدیل انرژی باد به نوعی مفید از انرژی مانند انرژی الکتریکی است.توربین های بادی درطول سالهای اخیرپیشرفت قابل ملاحظه ای داشته اند وبازده آنها حتی تا % 50 نیز افزایش یافته است.میزان تولید وابسته به سرعت باد متغیربازمان،توان متناوب ومنقطع تولید می کنند.
شکل - - 2 منحنی مشخصه تولید توربین بادی برحسب سرعت باد مربوط به رتور10 را نشان می دهد.
شکل : - 2 - منحنی مشخصه توربین بادی:.10 - توان برحسب سرعت باد -
-3 آرایه های خورشیدی
استفاده ازانرژی خورشیدی درطی سالهای اخیررو به رشد وکاملا تکامل پیداکرده است.ب/وری که امروزه تکنولوژیهای استفاده ازانرژی خورشیدی بسیارپیشرفته ودارای بازده های قابل قبول خورشیدبستگی دارد فرمول توان برحسب تابش خورشید به صورت رابطه - 1 - می باشد.
باتری یکی ازعناصرمهم ومرسوم دخیره کننده انرژی باتریها هستند، که استفاده ازآنها باشروع بکارگیری منابع تجدیدپذیرانرژی بیشترشد.عملکرد باتریها برای راه اندازی ویامواقع اظطراری می باشد و توان تولیدی آنهاDC بارنج ولتاژپایین6 است.مشکل مرتبط با باتریها زمان شارژمجددوعمرمفیدآنها می باشد.درکل باتریها تنهایی قابلیت اطمینان بالایی ندارند وحداقل هرسال دوبارنیازبه بازدید وهرچهارتادوازده سال نیازبه تعویض دارند.
-4 دیزل ژنراتور
سیستم های قدرت معمولا دارای یک واحد پشتیبان برای بارها درشرایط حساس واضطراری می باشد. سیستمهای قدرت عمدتا برای پشتیبان ازدیزل ژنراتوراستفاده می کنند. ازمزایای ژنراتور می توان به طراحی وعملکرد بسیار دسترس ساده آن اشاره کرد.درضمن درصورت دردسترس بودن سوخت استفاده از دیزل ژنراتوربسیاراقتصادی بوده ونیزازقابلیت اطمینان بالایی برخوردار است.دیزل ژنراتورها دارای معایب زیرمی باشند:
1. قابلیت انعطاف پذیری پایین وکمی برای جوابگویی به تغییرات تقاضا دارند.
2. بازده کل سیستم کم است.
3. عملکرد آنها باعث ایجاد آلودگی زیاد می شود.
درسیستمهای قدرت ترکیبی ایزوله ویا دورازشبکه،بهترین واحد پشتیبان دیزل ژنراتور می باشد.دراینگونه سیستمها دیزل صرفا برای جبرانسازی بکار می رود.توان تولیدی دیزل ژنراتور به مقدارسوخت مصرفی دریک دیزل ژنراتور 50 [KW] رانشان می دهد.
شکل - : - 3 منحنی سوخت برحسب توان دردیزل ژنراتور500 KW
-5 آنالیز اقتصادی ومدلسازی تابع هدف که Rcomp ، طول عمرهریک ازمنبع ها می باشد.
دراین قسمت به بررسی روابط اقتصادی وهزینه های حاکم بر منابع توان سیستم قدرت ترکیبی چندمنبعی می پردازیم. هزینه باقیمانده طول عمرهریک ازمنابع - Rrem های موجود برای هریک ازمنابع به چهاردسته زیرتقسیم میشود.
- 1 هزینه سرمایه گذاری
- 2 هزینه جایگزینی
- 3 هزینه تعمیرات ونگهداری
- 4 هزینه سوخت
برای طراحی بهینه سیستم قدرت ترکیبی چند منبعی بایدکل هزینه های سالیانه محاسبه گردد. هزینه های سالیانه بصورت مجموع هزینه سرمایه گذاری سالیانه،هزینه جایگزینی سالیانه، فاکتورمرتبط باطول عمر - - frep هزینه تعمیرات و نگهداری سالیانه وهزینه سوخت سالیانه - فقط برای دیزل ژنراتور - برای هریک ازمنابع تعریف می شود. برای محاسبه هزینه ها با در دست داشتن طول عمرپروژه، روابط زیر تعریف می گردد.
