بخشی از مقاله
خلاصه
ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف کنندهها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاستهای قیمت گذاری در بازار برق صورت میگیرد. مناطق دور افتاده، معمولاً با مشکل عدم ارتباط با شبکه اصلی برق مواجه هستند. ریز شبکهها میتواند یک راهکار مناسب برای تولید انرژی با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی و اقتصادی برای این مناطق باشند. در این مقاله تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، مورد بررسی قرار میگیرد.
سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربینهای بادی،آرایه خورشیدی، سلولهای سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد. اهداف این مقاله کمینه سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینههای سیستم شامل هزینههای سرمایهگذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزلژنراتور میباشد. در این پایاننامه از نرمافزار GAMS که یکی از قویترین نرمافزارهای تجاری بهینهسازی است، استفاده شدهاست.
.1 مقدمه
ریزشبکهها به صورت مجموعهای از منابع کوچک تولید انرژی میباشند که به شبکه اصلی متصل میگردند. ریزشبکهها به صورت سیستمهای تولید همزمان گرما و الکتریسیته - CHP - در مقیاسهای کوچک و ولتاژهای کم - LV - طراحی شدهاند که بارهای گرمایی و الکتریکی تعداد محدودی از مشترکین را فراهم مینمایند. با اتصال چند ریزشبکهها به یکدیگر میتوان نیازهای گرمایی و الکتریکی مشترکین بیشتری را فراهم نمود.
بهرهبرداری مؤثر از گرمای تلف شده در سیستمهای CHP یکی از مهمترین مزایای ریزشبکهها به شمار میرود. منابع تولید پراکنده مورد استفاده در ریزشبکهها میتوانند شامل انواع مختلف تکنولوژیهای تولید با انتشار ناچیز کربن در هوا باشند. به طور معمول ریزشبکهها در دو حالت بهرهبرداری میشوند: متصل به شبکه و جزیرهای در هر دو حالت بهرهبرداری، ریزشبکهها تأثیراتی را بر مشترکین و همچنین شبکه اصلی خواهند داشت. در شکل 1,2 یک ریزشبکه متشکل از از منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر به همراه ذخیرهساز باطری و متصل به شبکه برق آمدهاست.
شکل 1 اجزای تشکیل دهنده یک ریزشبکه.[3]
ریزشبکهها تأثیرات قابل توجهی را بر بازارهای گاز و برق در آینده خواهند داشت. برای استفاده از مزایای ریزشبکهها میبایست مشارکت آنها را در بازارهای گاز و برق توسعه داد. برای دستیابی به این امر میبایست اصلاحات مناسب در بازار انجام شود و همچنین انگیزههای مالی برای سرمایهگذاری افراد در زمینه ریزشبکهها فراهم گردد.[1] اخیراً تغییرات عمدهای در بازار برق برخی کشورها در حال انجام است. مشارکت ریزشبکهها در بازار سبب افزایش کیفیت توان سرویس در شبکه اصلی خواهد شد. ریزشبکهها میتوانند سرویسهای جانبی مهمی نظیر تنظیم ولتاژ از طریق تأمین توان راکتیو یا ذخیره توان را برای شبکه اصلی فراهم نمایند.
تا کنون تحقیقات فراوانی در مورد تعیین سایز بهینه منابع انرژی در ریزشبکه ها و منابع تولید پراکنده صورت گرفته است. هدف اکثر این تحقیقات حصول کمترین هزینه تولید، تولید کمترین میزان آلودگی، افزایش قابلیت اطمینان سیستم، حداکثر سازی میزان تولید و یا ترکیبی از اهداف ذکر شده با حق تقدم قائل شدن برای هرکدام میباشد . الگوریتمهای متنوعی برای تعیین ساز منابع انرژی موجود در سیستم می باشد و نرم افزار های متنوعی برای نیل به هدف به وجود آمده است؛ ولی در هر بهینهسازی قیدهایی موجود میباشد که بایستی توجه گردد.
یکی از مهمترین تکنیکهای بهینهسازی در تعیین سایز ریزشبکهها الگوریتم ژنتیک میباشد که در مراجع [4]-[1] بررسی شدهاست. از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات در مراجع [7] ,[6] ,[5] به کرات به منظور بهینهسازی منابع انرژی در ریزشبکهها و شبکههای هوشمند استفاده شدهاست. از جمله تکنیکهای دیگری که در بهینهسازی در ریزشبکه ها استفاده میشود، میتوان به برنامه ریزی خطی[8]، شبکه عصبی [10] ,[9] ، الگوریتم ترکیبی [11]، روش احتمالی تکرار شونده [13]-[12] را نام برد. مرجع [14] چند سناریو و روش بهینه سازی چندهدفه برای یک واحد تولید پراکنده موازی با شبکه ارائه شدهاست.
اهداف شامل ساخت ریزشبکه، هزینه عملیات و هزینههای قابلیت اطمینان میباشد. نمونه مورد مطالعه شامل آرایههای خورشیدی، توربین بادی، دیزل ژنراتور، مبدل و باتری ذخیرهساز انرژی میباشد. ریز شبکهها با استفاده از مزایایی همچون تمرکز زدایی تولید، سازگاری بهتر تولید و تقاضا و کاهش تاثیر انتقال مقیاس بالا و قطعی تولید موجب بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان میگردد. بعضی اوقات بخاطر مسایل فنی و اقتصادی، توسعه شبکههای تولید و انتقال مشکل بوده و حل مساله تامین رشد بار نیازمند هزینهای زیادی میگردد. لذا در این گونه موارد ریزشبکه میتواند جهت تامین تقاضای رشد بار بکار گرفته شود. منابع تولید پراکنده با مبدل های الکترونیک قدرت موجود در آن میتوانند جهت کنترل توان اکتیو و راکتیو و بهبود کیفیت توان در شبکه توزیع بکار گرفته شوند.[15]
در مرجع [16] روش موثری از شبکه عصبی برای حل مسئله توزیع اقتصادی با در نظر گرفتن کاهش آلودگیهای زیستی ژنراتور فسیلی ارائه شد. این روش روی یک سیستم سه ژنراتور پیاده شده و نتایج آن نشان از کیفیت خوب پاسخ دهی الگوریتم خبر میداد. در مرجع [17] یک ریزشبکه هیبریدی متشکل از منابع تجدیدپذیر و تولید کننده همزمان گرما و توان همراه با سیستم ذخیره ساز انرژی ارائه شده است. سیستم مدیریت انرژی - CEMS - * بهینه سازی ریزشبکه را در هر دو حالت متصل و مستقل از شبکه به عهده دارد. شبیهسازی قابلیت اطمینان سیستم را بهبود داده و برای مسئله توزیع اقتصادی به جواب مطلوبی دست یافته است.
در برنامهریزی ریزشبکه ها معمولا یکی از شاخصه های مهم، مصالحه ما بین حداقل هزینه تولید و حداقل آلودگی محیطی می باشد که معمولا در تضاد با هم قرار دارند. با توجه به این که منابع تولید پراکنده در ریز شبکهها شامل منابع تولید انرژی تجدیدپذیر مانند توربین بادی، سلول های خورشیدی و غیره می باشند و به علت متغیر بودن و وابستگی به شرایط آب و هوایی تولیدکننده های انرژی تجدید پذیر، انجام برنامهریزی با توجه به شاخص در دسترس بودن تولید صورت میگیرد.[18] این مقاله کمینه سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. بنابر این ابتدا به تعریف مسئله، الگوریتم شبیهسازی، تابع هدف، قیدهای شبیهسازی و تعریف ریزشبکه مورد نظر خواهیم پرداخت. سپس نتایج شبیهسازی ارائه میگردد.
.2 مدل اقتصادی سیستم مورد مطالعه
مدل اقتصادی مورد مطالعه در این پایان نامه، بر پایه بررسی هزینه سالیانه سیستم - - ACS و حداقلسازی هزینه برق تولیدی بیان میگردد. هزینه سالیانه سیستم شامل هزینههای سرمایه گذاری اولیه - ACC - ، هزینههای جایگزینی - ARC - ، هزینه سوخت دیزل ژنراتور - AFC - و هزینههای تعمیر و نگهداری - AOC - میباشند.[3] 1 2 هزینه سرمایه گذاری اولیه - - ACC هزینه معادل سالیانه سرمایه گذاری با توجه به رابطه زیر تعیین میگردد.
