مقاله تولیدات پراکنده و بررسی روش‌های متنوع جایگذاری بهینه آن‌ها در شبکه‌های توزیع

بخشی از مقاله

چکیده

تجدید ساختار صنعت برق، نیاز به افزایش ظرفیت سیستم و پیشرفت فناوریها بهطور همزمان، پایه و اساس معرفی فناوریهای جدیدی به نام تولیدات پراکنده میباشند. تولید پراکنده میتواند بهعنوان تولید برق توسط مولدهای مقیاس کوچک که در سیستمهای توزیع نصب میشوند، تعریف شود. از آنجایی که نفوذ واحدهای تولید پراکنده در سیستمهای توزیع الکتریکی به دلیل افزایش تقاضا و نیاز به انرژی پاک و ارزان بهطور مستمر در حال افزایش است، جایگذاری بهینه این واحدها به یک موضوع مهم تبدیل شده است.

قرارگیری این تولیدات در شبکههای توزیع درصورتی که بهطور صحیح و مطالعه شده انجام گیرد، به پایداری سیستم، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش تلفات و کاهش هزینه نهایی تولید میانجامد. هدف این مقاله مروری بر تحقیقات انجامشده بر روی تولیدات پراکنده و جایگذاری بهینه آنها در شبکههای توزیع از نقطه نظر الگوریتمهای بهینهسازی، اهداف، متغیرهای تصمیم و قیود درنظر گرفته شده، است. این مقاله میتواند برای محققان و مهندسان در زمینه مرتبط مفید باشد.

مقدمه

شرکتهای برقدائماً با چالشهای فراوانی ازجمله افزایش مداوم تقاضای انرژی، کاهش سوختهای فسیلی و مسائل زیستمحیطی روبرو بودهاند. انرژی الکتریکی از طریق خطوط انتقال و توزیع کهمعمولاً در بالاترین حد مجاز خود عمل میکنند، به دست مصرفکننده نهایی میرسد. در چنین حالتی افزایش در تقاضای انرژی باعث کاهش پروفیل ولتاژ و افزایش تلفات انرژی خواهد شد . بنابراین برای بهبود پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات، بهبود کیفیت توان و ... نیاز به ساخت نیروگاههای بزرگ و احداث خطوط انتقال جدید وجود دارد.

از طرفی ساخت یک نیروگاه بزرگ یا احداث یک خط انتقال جدید به دلیل مسائل زیستمحیطی و اقتصادی امکانپذیر نیست. با توجه به مطالب فوق و همچنین درخواست برق باکیفیت و قابل اطمینان توسط مشتریان، شرکتهای برق مجبور به استفاده از تولیدات پراکنده در شبکههای توزیع شدهاند - Federico et al, 2005 - و . - /ʼ$EEDWH HW DO' 2007 - ماهیت شبکههای توزیع به سبب نصب و راهاندازی منابع کوچک تولیدکننده توان که واحدهای تولید پراکنده نامیده میشوند، از حالت غیر فعال به حالت فعال تغییر میکند. سطح نفوذ این واحدهای غیر متعارف در شبکههای توزیع در حال افزایش است و انتظار میرود که این رشد متناسب با تقاضای مشتریان افزایش یابد.

بنابراین واضح است که ادغام این منابع در شبکه، مسائل تکنیکی و اقتصادی مهمی را برای اپراتورهای شبکههای توزیع و یا توسعه دهندگان آن ایجاد میکند - tajdinian and . - shabani, 2016 در این مقاله سعی شده است مروری جامع بر تولیدات پراکنده و جایگذاری بهینه آنها در شبکههای توزیع انجام شود. در ادامه مقاله به شرح زیر سازماندهی میشود: بخش دوم به معرفی تولیدات پراکنده، مزایا و چالشهای استفاده از آنها و همچنین اهمیت مسئله جایگذاری بهینه این تولیدات میپردازد. در بخش سوم مروری بر تحقیقات انجامشده بر روی جایگذاری بهینه تولیدات پراکنده از نقطهنظر الگوریتمهای بهینهسازی، اهداف، متغیرهای تصمیم و محدودیتهای درنظر گرفته شده، انجام شده است. سرانجام بخش چهارم به نتیجهگیری میپردازد.

تولیدات پراکنده

تعریف تولیدات پراکنده

تعاریف مختلفی برای منابع تولید پراکنده وجود دارد، بهعنوان مثال موسسه مهندسان برق و الکترونیک، تولیدات پراکنده را ژنراتورهای با ظرفیت کوچکتر از نیروگاههای متمرکز که میتوانند به نزدیکترین نقطه از شبکه توزیع متصل شوند، تعریف کرده است. در تعریفی دیگر که توسط سازمان تحقیقات برق ارائه شده است، تولید پراکنده منبع تولید توانی از چند کیلووات تا 50 مگاوات است. تعریفهای متفاوت دیگر تولید پراکنده از نظر ظرفیت تولید و مکان نصب این تولیدات در - Paliwal et - al, 2014 ارائه شده است. از نظر سایز، تولیدات پراکنده به دستههای مختلفی تقسیمبندی میشوند. جدول 1 دستههای مختلف تولیدات پراکنده - از نظر سایز - که در شبکههای توزیع مورد استفاده قرار میگیرند را نشان میدهد.

از نظر منبع انرژی، تولیدات پراکنده میتوانند مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند توربینهای بادی، سلولهای فتوولتائیک، زیست توده، زمینگرمایی و ... باشند یا اینکه مبتنی بر منابع غیر تجدیدپذیر مانند دیزل ژنراتورها، میکروتوربین، تولید همزمان برق و حرارت و ... باشند . - roy and pota, 2015 - از نظر مالکیت، تولیدات پراکنده میتوانند متعلق به شرکتهای برق، تولیدکنندگان مستقل برق و یا مشتریان باشند.

در نهایت از نظر اهداف اتصال تولیدات پراکنده، آنها را میتوان به چهار دسته تقسیمبندی کرد: در نوع اول تولیدات پراکنده تنها توان اکتیو تولید میکنند و هیچ توان راکتیوی با شبکه مبادله نمیکنند، نوع دوم تولیداتی هستند که تنها توان راکتیو با شبکه مبادله میکنند، در نوع سوم این تولیدات، توان اکتیو و راکتیو شبکه تأمین میشود و نوع چهارم، تولیداتی هستند که توان اکتیو شبکه را تأمین میکنند اما از شبکه توان راکتیو جذب میکنند . - Paliwal et al, 2014 -

مزایای استفاده از تولیدات پراکنده

ادغام تولیدات پراکنده در شبکه مزایای فراوانی را به همراه دارد که در مقالات مختلف به دقت بررسی شده است. در یک تقسیمبندی کلی مزایای تولیدات پراکنده عبارتند از - viral et al, 2012 - و : - Akorede et al, 2010 -

الف - مزایای تکنیکی: قرارگیری تولید پراکنده در مکانهای بهینه منجر به کاهش تلفات خطوط، پشتیبانی از ولتاژ و درنتیجه بهبود پروفیل ولتاژ، بهبود کیفیت توان، افزایش قابلیت اطمینان و امنیت سیستم میشود.

ب - مزایای اقتصادی: مزایای اقتصادی استفاده از تولیدات پراکنده عبارتند از:

-    هزینه تعمیر و نگهداری پایین تولیدات پراکنده

-    افزایش بهرهوری سیستم با توجه به تنوع منابع

-    ایجاد یک سود پولی غیر مستقیم از لحاظ کاهش هزینههای درمانی با توجه به مزایای زیست محیطی تولیدات پراکنده

-    کاهش هزینههای سوخت با توجه به افزایش بازدهی کلی

-    کاهش ذخایر مورد نیاز و هزینههای مربوطه

-    هزینه عملکردی پایین با توجه به پیکسایی

ج - مزایای زیست محیطی: مهمترین مزیت زیست محیطی تولیدات پراکنده کاهش انتشار آلاینده خواهد بود.

چالشهای استفاده از تولیدات پراکنده

علیرغم مزایای زیادی که تولیدات پراکنده دارند، این تولیدات همچنین باعث ایجاد مشکلاتی در شبکه میشوند که در زیر به آنها اشاره شده است - Gopalan et al, 2014 - و . - Khamis et al, 2013 -

الف - سیستمهای توزیع در اصل برای انتقال یکطرفه توان از تولید کننده به سمت مصرفکننده نهایی طراحی و ساخته شدهاند. این در حالی است که اضافه کردن واحدهای تولید پراکنده منجر به دوطرفه شدن انتقال توان خواهد شد که در این حالت سیستم حفاظتی عملکرد نامطلوبی از خود نشان میدهد.

ب - در سیستمهای توزیع ادغام شده با تولیدات پراکنده، گاها در شبکه جزیره رخ میدهدکه در این حالت احتمال وقوع اضافه ولتاژ و به خطر افتادن ایمنی افراد وجود دارد.

ج - توان خروجی تولیدات پراکنده مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر مثل باد و خورشید، یک توان متناوب است - مبتنی بر سرعت باد یا میزان نور خورشید است - که در این حالت قابلیت اطمینان سیستم پایین میباشد.

د - تولیدات پراکنده ممکن است باعث تزریق هارمونیک به شبکه شوند.

ه - با توجه به دوطرفه شدن انتقال توان، تولیدات پراکنده به طور طبیعی باعث افزایش جریان اتصال کوتاه میشوند که این حالت باعث آسیب رساندن به تجهیزات سیستم میشود.

و - اگر مکان و اندازه تولید پراکنده در شبکه بهطور بهینه انتخاب نشود باعث افزایش تلفات، اضافه ولتاژ و به خطر افتادن پایداری شبکه میشود.