مقاله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها با حضور خودروهای الکتریکی و با اعمال انتشارآلایندگی نیروگاه ها

word قابل ویرایش
17 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
10700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها با حضور خودروهای الکتریکی و با اعمال انتشارآلایندگی نیروگاه ها
چکیده – خودروهای الکتریکی می توانند بعنوان نیروگاه های کوچک و سیار در شبکه های قدرت استفاده شوند تا قابلیـت اطمینـان و امنیـت شبکه را بالا ببرند. استفاده از خودروهای الکتریکی در چند سال اخیـر به شکل قابل توجهی افزایش یافته اند. این خودروها می توانند وابستگی شبکه قدرت را به نیروگاه های کوچک و گران کاهش دهند و در نتیجه باعث کاهش هزینه بهـره بـرداری شـوند و همچنـین می تواننـد باعـث افزایش رزرو در سیستم قدرت شوند. در مدار قرار گرفتن نیروگاه هـا بـا حضور خودروهای الکتریکی برای بهینه کردن هزینه بهره برداری هدف اصلی این مقاله می باشد. حضور خودروهای الکتریکی در یـک سیسـتم قدرت باعث افزایش پیچیدگی مساله در مـدار قـرار گـرفتن نیروگاه هـا می شود لذا فرمولاسیون ارائه شده بـرای مسـاله در مـدار قـرار گـرفتن نیروگاه ها با حضور خودروهای الکتریکـی در نـرم افـزار GAMS مـورد شبیه سازی و بهینه سازی قرار گرفته شـده اسـت . فرمولاسـیون ارائـه شـده در دو حالـت بـدون حضـور خودروهـای الکتریکـی و بـا حضـور خودروهای الکتریکی شبیه سازی شده اند. نتایج به دست آمده کـارایی فرمولاسیون ارائه شده را در حل مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها با حضور خودروهای الکتریکی نشان می دهد، همچنین با توجه به نتـایج ، دیده می شود هزینه کل بهره برداری با حضور خودروهای الکتریکـی در مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها کاهش می یابد.
واژه های کلیدی – خودروهای الکتریکی ، در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها، انتشار آلایندگی .

١. مقدمه
مصارف بالای سوخت توسط وسایل نقلیه موتوری نظیر اتومبیل ، موتور سیکیلت و … در سطح جهان با توجه به کاهش منابع سوخت فسیلی و آلایندگی زیاد محیط زیست توسط این مصرف کنندگان ، موجب توجـه روز افزون به استفاده از تجهیزات استفاده کننده از سایر منـابع انـرژی گشته است . مطابق بررسی ها، چنانچه رونـد مصـرف انـرژی بـه شـکل موجود ادامه پیدا کند، میزان دی اکسید کربن موجود در محیط زیست تا سال ٢٠۵٠ به دو برابر میزان آن در سال ٢٠٠۵ خواهد رسـید[ ٢ ].
که از دیدگاه مسایل زیست محیطی قابل قبـول نخواهـد بـود. یکـی از مناسب ترین روش ها جهت دسـتیابی بـه کـاهش آلـودگی ، اسـتفاده از تولید پراکنده انرژی در محل مصرف و تولید همزمان بـرق و حـرارت و استفاده از وسـایل نقلیـه موتـوری کـه نیـروی محرکـه آنهـا از انـرژی الکتریکی شبکه یا باتری تامین می شود، است . در کشور ما، ارزان بودن حامل های انرژی از دلایل افزایش مصـرف بی رویه سوخت های فسیلی بوده است که با آغاز طرح هدفمندی یارانه این مصرف بشکل مناسبی مدیریت گردیده است ، با این وجود آلودگی شدید هوا که بخشی از آن بـه دلیـل مصـرف روزانـه ۶٠ میلیـون لیتـر بنزین در کشور است ، و محدودیت منابع نفتی و هزینه های زیاد تولید بنزین در کنار کیفیت پایین خودرو و فرسودگی آنها با توجـه بـه عـدم خروج آنهـا از چرخـه حمـل و نقـل کشـور پـس از پایـان طـول عمـر استاندارد که موجب افزایش مصرف بنزین در آنها می شود همگـی بـر لزوم همگانی با تلاش های جهانی در راسـتای دسـتیابی بـه تکنولـوژی خودروهای برقی تاکید دارد. لذا با افزایش خودروهای برقی و پیشرفت تکنولوژی خودروهای برقی در سال های اخیر و قابلیت اتصـال آنهـا بـه شبکه قدرت ، می تواند مزیت هـایی بـرای شـبکه داشـته باشـد. در ایـن خصوص شارژ و دشارژ شدن باتری های خودروهای برقـی می توانـد بـه نحو قابل توجهی تـاثیر در پخـش بـار اقتصـادی نیروگـاه هـا و میـزان آلاینـدگی کـه از سـوخت های فسـیلی خودروهـای احتـراق داخلـی و نیروگاه ها بوجود مـی آیـد ، داشـته باشـد[٨]. خودروهـای الکتریکـی می توانند بطور قابل توجهی وابستگی های سیستم قدرت را به واحدهای پرهزینـه کـاهش دهنـد و همچنـین خودروهـای برقـی بطـور مـوثری می تواند بارهای متغییر و پیک بار را اداره و قابلیت اطمینان سیسـتم را افزایش دهد [۴]. سیستم تولید شـبکه هایی ماننـد ایـران کـه تـا حـدود زیـادی بـه نیروگاه های گازی و حرارتـی وابسـته اسـت ، و سـوخت آنهـا از طریـق سوخت های فسیلی تامین می شود، لذا همین امر باعـث ایجـاد هزینـه های زیاد و آلایندگی محیطـی میشـود. بنـابراین بهینـه سـازی منـابع تولیدی برای تامین تقاضای بار با کمترین هزینه هدف اصلی می باشـد.
مشکل اصلی در سیستمهای قدرت بـزرگ و بـا تعـداد زیـاد واحـدهای تولیدی ، زیاد بودن تعداد متغیرهای بهینه سازی و قیـود مسـاله اسـت .
تعداد این متغییرها و قیود با افزایش انـدازه شـبکه بـه شـدت افـزایش می یابد. بنابراین برای یافتن نقطه عملکرد سیستم جهـت بهره بـرداری ، هدف ، انجام یک بهینه سازی اسـت . حضـور خودروهـای الکتریکـی در مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها ضمن هبود هزینه و مز ی ی د گر، با توجه به قیود محدودیتی موجود در خودروها، باعث پیچیدگی مساله UC می شود. در این مقاله هدف این است که ضمن بررسـی سـاختار و فرمولاسـیون مسـاله در مـدار قـرار گـرفتن نیروگاه هـا ، تـاثیر حضـور خودروهای الکتریکی بر روی هزینه بهره برداری بررسی شود.
٢. مدل سازی مساله

٢-١- تابع هدف
٢-١-١-هزینه سوخت
هر واحد حرارتـی دارای منحنـی مشخصـه ای اسـت کـه معـرف تـوان خروجی و هزینه سوخت می باشد. به منظور انجـام مـوثر محاسـبات از این منحنی مشخصه ها که عمدتا درجه دوم اسـت اسـتفاده شـده و بـا استفاده از نرخ گرمای واحدها و نیز اطلاعات مربوط به قیمت سـوخت ، هزینه ی سوخت مصرفی محاسبه می شود. در این مقالـه از رابطـه زیـر برای تابع هزینه سوخت استفاده شده است .

کــه در آن a و b و c ضــرایب مثبــت هزینــه ســوخت واحــد i می باشند.
٢-١-٢-انتشار آلاینده
برای تولید برق سازگار با محیط ، بایـد اثـرات انتشـار آلاینـده در نظـر گرفته شود. همانند منحنی هزینه سوخت ، منحنی انتشار آلاینده ها نیز می تواند به عنوان تابع چند جمله ای بیان شـود. در ایـن تحقیـق تـابع درجه دوم برای منحنی انتشار به شرح زیر در نظر گرفتـه شـده اسـت

کــه در اینجــا αi و βi و γi ضــرایب انتشــار آلاینــدگی واحــد i ام میباشند.
٢-١-٣-هزینه راه اندازی و خاموش کردن واحدهای حرارتی
همانطور که می دانیم برای ورود یـک واحـد حرارتـی بـه مـدار، مقـدار مشخصی انرژی مصرف می شود. زیـرا درجـه حـرارت و فشـار بایـد بـه آهستگی تغییر نمایـد تـا واحـد وارد محـدوده کـار نـامی خـود شـود، همچنین روشن و خاموش کردن یک واحد حرارتی یا حتـی افـزایش و کاهش توان خروجی آن به میزانی اندک ، سبب تنش های مکانیکی زیاد در سمت توربین می شود. تنش های بیش از حد، سبب خرابی و کاهش عمر نیروگاه می شود. این انرژی صرف شده ، تولید انرژی مـوثری بـرای نیروگــاه نداشــته و هزینــه ای را در بــر دارد [٩و۵]. بنــابراین معمــولا محدودیتی برای این تغییرات در نظر می گیرند تا از این تجهیزات گران قیمت حفاظت شود. اعمال این قیود حفـاظتی ، سـبب ضـرر در کوتـاه مدت و منفعت بلند مدت می شود. در ایـن تحقیـق هزینـه راه انـدازی بصورت یک عدد ثابت بـرای هـر نیروگـاه در نظـر گرفتـه شـده اسـت .
همچنین خاموش کردن واحدهای حرارتی دارای هزینه ای است که این هزینه برای هـر واحـد دارای میزانـی مشـخص اسـت . در واقـع هزینـه خاموش کردن واحدهای خارج شده از مدار ثابت است و معمـولا بـرای سیستمهای استاندارد صفر در نظر گرفته می شود[٣].
بنابراین تابع هدف بهینه سـازی هزینـه و انتشـار آلاینـدگی بـرای مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها با حضور خودروهای الکتریکـی بـه شکل زیر می باشد.

پنالتی فاکتور انتشار آلایندگی ( ᴪ ) با استفاده از رابطه زیر به دست می اید .

٢-٢-قیدها و محدودیت های مساله
٢-٢-١-قید توازن توان سیستم
مهمترین قید این مساله بهینه سازی ماننـد هـر مسـاله در مـدار قـرار گرفتن نیروگاه های دیگری قید تعادل مصـرف شـبکه و مجمـوع تولیـد واحدها در هر ساعت است . در هر بازه زمانی مقدار تولیـد کـل واحـدها باید مساوی مجموع بار سیستم قدرت باشد.

٢-٢-٢-قید تامین ذخیره گردان١ سیستم
ذخیره چرخان واژه ای است که به تفاوت بین کل ظرف ت ا قوه فعـال سیستم و مجموع بار و تلفات اطلاق می شود. ذخیـره چرخـان بایـد در سیستم موجود باشد تا در صورت از دست رفتن یک یا چند واحد، افت شدیدی در فرکانس سیستم ایجاد نشود. به عبارتی در صورت از دسـت رفتن یک واحد باید ذخیره کافی در سایر واحدها وجود داشته باشد تـا در یک زمان مشخص کمبود را جبران نمایـد[١].نیروگاه هـای حرارتـی کمتر می توانند پاسخگویی بالا رفتن ناگهانی نیاز برای تامین بار باشـند و این منجر به ناپایداری در جریان ولتاژ می شود، از طرفی با توجـه بـه واکنش سریع خودروهای الکتریکی این خودروهـا می تواننـد در حالـت دشارژ در چنـد ثانیـه بـه تغییـر بـار پاسـخ دهنـد. لـذا بـا وارد شـدن خودروهای الکتریکی به مدار این خودروهای در حالت دشارژ می تواننـد نقش به سزایی در تامین ذخیره چرخان داشته باشند. از اینـرو معادلـه ذخیره چرخان به شکل زیر می باشد.

٢-٢-٣-محدودیت ظرفیت تولید توان واحدهای حرارتی
هر واحد حرارتی دارای یک مقدار مینیمم برای تولید توان می باشد که کمتر از آن مقدار را نیروگاه نمی تواند تولید کند و همچنین هر نیروگاه حرارتی دارای یک مقدار ماکزیمم می باشد که تولید توان بیشـتر از آن مقدار برای نیروگاه مقدور نمی باشد. از اینرو محدودیت توان تولیدی در مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها بصورت زیر تعریف می شود.

٢-٢-۴-حداقل زمان روشن بودن و خاموش بودن هر واحد
برای محدود کردن آسیب های ناشی از روشن و خاموش کـردن متعـدد واحدهای حرارتی ، معمولا وقتی یک واحد حرارتی روشن می شود، یـک زمان حداقل برای متصل ماندن آن به شبکه در نظر گرفته می شود. بـه طور مشابه وقتی که یک واحـد خـاموش می شـود یـک حـداقل زمـان خاموش ماندن برای آن در نظر گرفته می شود. این وقفه های زمانی این اطمینان را حاصل می کنند که زمان کافی برای فروکش کـردن افـت و خیزهای دما در توربین وجود داشته باشد[۶].
٢-٢-۵-محدودیت تعداد کل خودروهای الکتریکی موجـود در شبکه
در این تحقیق فرض می شود تنها تعداد معین و از پیش تعریف شده ای از خودروها بـرای برنامـه ریـزی دشـارژ و شـارژ در ایـن مسـاله مـدل می شوند و همه آنها یک بار در دوره زمانی مورد نظر (٢۴ ساعت ) شارژ و دشارژ میشوند. بنابراین مجموع خودروهای دشـارژ در یـک دوره ٢۴ ساعته باید برابر با کل خودروهای الکتریکی موجـود در شـبکه باشـند. پس خواهیم داشت :

و همچنین خودروهایی که از طریق شبکه در طول دوره ٢۴ ساعته شارژ می شوند نیز باید برابر بـا کـل خودروهـای الکتریکـی موجـود در شبکه باشند. بنابراین خواهیم داشت :

٢-٢-۶-محدودیت تعداد خودروهای شارژ و دشارژ در زمان t
همه خودروهای الکتریکی نمی توانند در یک ساعت مشـخص شـارژ یـا دشارژ شوند. برای بهره برداری قابل اطمینان و کنتـرل شـارژ و دشـارژ خودروها باید محدودیتی را در نظر گرفت . بـرای ایـن کـار بهتـر اسـت تعداد خودروهای شارژ و یا دشارژ شـده در یـک زمـان معـین محـدود باشند. در ایـن تحقیـق در هـر سـاعت تنهـا ١٠ درصـد از خودروهـای الکتریکی قابلیت شارژ و یا دشارژ را دارند. بنابراین معادلات آن بصورت زیر در نظر گرفته می شوند.

٣- نتایج
در برنامه نوشته شده توسـط نـرم افـزار GAMS بـرای مقایسـه تـوان تولیدی توسط ژنراتورها در ساعات مختلـف بررسـی شـد و نتـایج زیـر بدست آمد:
این برنامه یک سیستم ١٠ واحدی با دو حالت در نظر گرفته شـده است : الف ) حالت اول : بدون در نظر گـرفتن خودروهـای الکتریکـی ب) حالــت دوم : بــا در نظــر گــرفتن ۵٠٠٠٠ خــودروی الکتریکــی . شــارژ خودروها از شبکه قدرت انجام می گیرد. تقاضـای رزرو چرخـان حـدود ١٠ درصد تقاضای بار فرض شده است و تعداد کـل خودروهـا ۵٠٠٠٠ که فرکانس شارژ و دشارژ این ۵٠٠٠٠ خودرو یـک بـار در روز و طـول مدت زمان برنامه ریزی ٢۴ ساعته می باشد. حداکثر ظرفیت بـاتری ٢۵ کیلــو وات ســاعت و حــداقل ظرفیــت بــاتری ١٠ کیلــو وات ســاعت و میانگین ظرفیت باتری ١۵ کیلو وات سـاعت (۱۵KWh=PV). تعـداد خودروهای شارژ و دشـارژ در هـر سـاعت ١٠ درصـد کـل خودروهـای موجود در سیستم در نظر گرفته شده است بعبارتی دیگر:

داده های ١٠ واحد حرارتـی متشـکل از مولفـه های بیـان شـده در جدول (٣-١) و ضـرایب مربوطـه بـه تـابع درجـه دوم هزینـه آلـودگی واحدهای حرارتی در جدول (٣-٢) بـه شـکل ذیـل در مسـاله در نظـر گرفته می شود.
٣-١- نتایج و تحلیل بحث در مدار قرارگرفتن نیروگاه ها بـدون حضور خودروهای الکتریکی
در این بخش مساله در مـدار قـرار گـرفتن نیروگاه هـا را بـدون حضـور خودروهای الکتریکی مورد بررسی قرار می گیـرد. در ایـن حالـت طبـق جدول (٣-۴) واحدهای روشن و خاموش تعیین می شود. بـا توجـه بـه اینکه مورد مطالعه متشکل از ١٠ واحـد تولیـدی می باشـد و بـا نتـایج بدست آمده در جـدول (٣-۴) واحـدهای ٨ و ٩ و ١٠ جـزء واحـدهای گران قیمت می باشد که در طول مـدت برنامـه ریـزی (٢۴ سـاعته ) در زمان های پیک بار مورد استفاده قرار می گیـرد. و نیروگاه هـای ١ و ٢ و ٣ و ۴ و ۵ جز نیروگاه هایی هستند که در طول دوره برنامه ریزی بطور کامل روشن می باشند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 17 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد