بخشی از مقاله
واژههاي کلیدي: نیروگاههاي تلمبه اي ذخیره اي، مبدلهاي راه انداز استاتیکی، SFC
چکیده
اندازه مصرف انرژي الکتریکی داراي تغییرات وسیع شبانه روزي, هفتگی و فصلی بوده و تولید آن به شدت وابسته به مصرف کنندگان خود بوده و با روشهاي عمومی قابل ذخیره سازي نمی باشد. در همین راستا نیروگاههاي تلمبه اي- ذخیره اي به دلیل قابلیت ذخیره سازي انرژي وایجاد تعادل در شبکه اهمیت فوق العاده دارند. بکارگیري آنها در جهت اصلاح منحنی تداوم بار باعث بهبود عملکرد سیستم قدرت می گردد. انرژي اضافی تولید شده در زمانهاي کم مصرف, آب را بصورت موتور- پمپ از مخزن تحتانی به مخزن فوقانی پمپاژ کرده و آن را بصورت انرژي پتانسیل
ذخیره می کند، و در زمانهاي اوج مصرف - که انرژي تولید شده با کمبود مواجه می شود -
واحد بصورت توربین- ژنراتور عمل کرده و انرژي مورد نیاز را تولید می کند. امروزه در صنعت برق طراحی و بهره برداري بهینه و موثر اقتصادي همواره مورد نظر می باشد. نیروگاههاي تلمبه اي ذخیره اي به لحاظ فنی - اقتصادي داراي امتیازات ویژه اي هستند. یکی از مهمترین مسائل در نیروگاههاي تلمبه ذخیره اي سوئیچ این نیروگاهها به حالت موتوري و کندانسوري است که از طریق تجهیز - Static Frequency converter - SFC صورت می پذیرد. هدف اصلی مقاله بررسی و آنالیز این تجهیز در نیروگاههاي تلمبه اي - ذخیره اي است که به ساختار و سیستم اصلی تجهیزات راه انداز استاتیکی و استراتژي کنترل که از طریق سیستم میکرو کامپیوتري صورت می گیرد, پرداخته می شود.
-1 مقدمه
انرژي الکتریکی برخلاف سایر انرژیها باید همزمان تولید ومصرف بشود زیرا ذخیره مستقیم مقادیر زیاد آن ممکن نیست.انرزي الکتریکی در مقیاس بزرگ توسط نیروگاههاي حرارتی یا نیروگاههاي آبی که اساسا واحدهاي بار نزدیک توان ثابت است تولید می شود. اما مصرف این انرژي تولید شده در تکنولوژي استفاده از مبدل فرکانسی استاتیک در نیروگاههاي تلمبهاي- ذخیرهاي جهت پاسخ به عکسالعمل سریع بار - - SFCساعتهاي مختلف و حتی روزهاي مختلف با تغییرات زیادي همراه است و داراي زمانهاي اوج مصرف - پیک بار - و زمانهاي حداقل مصرف است که در زمانهاي اوج مصرف انرژي تولید شده با کمبود مواجه شده و در زمانهاي حداقل مصرف انرژي تولید شده با اضافه تولید مازاد مواجه است و دلایلی مثل بهینه کردن انرژي الکتریکی و زیست محیطی و اقتصادي اجازه نمی دهد که انرژي تولید شده با توان ثابت با انرژي مورد نظر در پیک بار برابر گرفته شود. زیرا هزینه تولید برق در حد قابل ملاحظه اي افزایش خواهد یافت که این مقرون به صرفه نمی باشد. بنابراین در هر زمان امکان تامین توانهاي بزرگ و متغییر بدون درنظر گرفتن ظرفیتهاي ذخیره کمکی امکان پذیر نیست. نیروگاههاي تلمبه اي - ذخیره اي با راندمان بیش از %85 راه حل بهینه و مناسب جهت ذخیره انرژي الکتریکی و استفاده آن در بخش پیک است.[1]نیروگاههاي تلمبه ذخیرهاي بر این اساس ساخته شده اند که برق پایه تولید مازاد توسط نیروگاههاي پایه را ذخیره و به برق پیک تبدیل می کند. نیروگاههاي تلمبه ذخیره اي از نوع نیروگاههاي برق آبی هستند که از یکسو طی ساعات کم بار شبکه با عملکرد موتور- پمپ، آب موجود را از مخزن تحتانی به مخزن فوقانی یا بالا دست پمپاژ کرده و در شرایط پیک بار با استفاده از آب ذخیره شده در مخزن بالادست این انرژي پتانسیل با عبور از واحدهاي توربین-ژنراتور برق تولید می نمایند و از سوي دیگر می توانند نقش موثري در بهبود عملکرد سیستم تولید و شبکه قدرت داشته باشند و ضمن متعادل نمودن تولید و مصرف برق و هموارترکردن منحنی تداوم بار داراي مزایاي دیگري نیز می باشند از جمله:
تولید و تزریق سریع توان به شبکه، کنترل فرکانس شبکه، ایجاد ظرفیت ذخیره گردان بعنوان مکمل نیروگاههاي اتمی، عدم وابستگی به منابع آب، بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه,قابلیت راه اندازي در خاموشی محض ,Black out فراهم سازي خدمات جنبی, اثرات مثبت زیست محیطی و اقتصادي و غیره می باشد.[1-4]
از آنجایی که راندمان شبکه برق در زمانهاي مصرف کم و نیز در زمانهاي اوج مصرف کاهش می یابد - راندمان حداکثر تحت شرایط نامی سیستم هاي به کار رفته می باشد - که این نیروگاهها در زمانهاي کاهش مصرف راندمان آنها را بهبود می بخشد و هموار شدن منحنی بار نیروگاههاي حرارتی به معنی عملکرد بهینه توربینهاي این نیروگاهها و کاهش انتشار گازهاي آلاینده است.[2]
.1-1 روشهاي راه اندازي موتور- ژنراتورها
روشهاي راه اندازي موتور- ژنراتورها به پنج روش به شرحذیل تقسیم بندي می شوند: [3]
.1 راه اندازي با ولتاژ کامل - Full-Voltage Starting -
این نوع راه اندازي ساده ترین روش راه اندازي می باشد. با این حال این روش براي موتور- ژنراتور هاي بزرگ غیر عملی می باشد زیرا افت ولتاژ بوجود آمده در طی راه اندازي نسبتاَ زیاد می باشد .
.2 راه اندازي با ولتاژکاهش یافته
در این روش - Reduced -Voltage Starting - ولتاژراه اندازي کاهش یافته عموما توسط تب هاي کاهندة ولتاژدر ترانسفور ماتور اصلی ویا بوسیلهراکتورهاي راه اندازي که در طی راه اندازي ودورة شتاب گیري با موتور سري می شوند صورت می گیرد. در این روش نیز بدلیل افت ولتاژ - کاهش 33درصد ولتاژ نامی طی راه اندازي - براي موتور- ژنراتور هاي بزرگ مناسب نیست.
.3 راه اندازي توربینی - Starting Turbine -
در این روش یک تور بین کوچک، عموما از نوع ضر به اي که بر روي شفت واحد قرار می گیرد استفاده می شود این مسئله نیاز به طراحی مجدد بخش ساختمانی دارد و دلیل با لا بودن هزینه طراحی براي واحدهاي با ظرفیت بزرگ مناسب نمی باشد .
.4 راه اندازي سنکرون - Synchronous Starting -
در این روش یکی از واحدها بعنوان ژنراتور عمل کرده و مابقی واحدها را بصورت موتور راه اندازي می کند. این تکنولوژي استفاده از مبدل فرکانسی استاتیک در نیروگاههاي تلمبهاي- ذخیرهاي جهت پاسخ به عکسالعمل سریع بار - - SFC
روش راه اندازي سنکرون نسبتا ساده می باشد وافت ولتاژي در شبکه ایجاد نمی کند وراه اندازنسبتا سریعی می باشد و ترکیبی از روش راه اندازي موتور القایی ویا یک مبدل راه انداز فرکانس متغیر استاتیکی می باشد .
.5 راه اندازي با استفاده از مبدلهاي فرکانس متغیر
استاتیکی - - SFC در این روش با استفاده از یک رکتیفایر تریستوري، راکتور dc و اینورتر تریستوري مجموعا جریان فرکانس متغیر براي سیم پیچی هاي استاتور جهت راه اندازي تولید می شود. جدول - 1 - مقایسه فنی و اقصادي بین روشهاي فو ق الذکر را نشان می دهد. هزینه هاي اولیه روش شماره 5 در مقایسه با روش مشابه شماره 4 بیشتر است. اما هزینه هاي بهره برداري، تعمیرات و نگهداري - O&M - آن در طول عمر پروژه بسیار کمتر از روش شماره 4 است و همین مسئله باعث می شود که در مجموع، هزینه هاي کل روش شماره 5 کمتر از روش شماره 4 باشد.[3] بعلاوه در روش شماره 5 می توان با معکوس کردن توابع اینورتر و رکتیفایر بعنوان ترمز دینامیکی هر کدام از واحدها استفاده کرد که از مزایاي جانبی روش فوق الذکر است.[3
