بخشی از مقاله
در این پروژه به بررسی نحوه بهرهبرداري از ریزشبکهها پرداخته شده است. مهمترین عناصر یک ریزشبکه، منابع آن می باشند که با عنوان تولید پراکنده شناخته میشوند. لذا ابتدا مفاهیم منابع تولید پراکنده بطور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. معمولاً ریزشبکهها با شبکه توزیع بالادست خود تبادل انرژي دارند و میبایست به شبکه بالادست خود متصل گردند. در این پروژه مدلسازي برنامهریزي تولید و توزیع اقتصاي بار در یک ریزشبکه با قابلیت اتصال به شبکه اصلی و تبادل توان با آن مورد بررسی قرار گرفته است. اثر مشارکت ریزشبکه در بازار برق و فروش انرژي به شبکه اصلی در مدل پیشنهادي درنظر گرفته شده است.
یکی از بارزترین ویژگیهاي ریزشبکهها امکان تامین بارگرمایی توسط سیستمهاي تولید همزمان برق و حرارت - CHP - میباشد که موجب افزایش بازده کل سیستم خواهد شد.و همچنین یکی از مهمترین مواردي که میتواند نتایج خروجی را تحت تاثیر قرار دهد، عدم قطعیت میباشد. در بسیاري از مطالعات به منظور سادهسازي، از تغییرات بار و باد،که در یک شبکه طبیعی می باشند، صرفنظر میشود. در این پروژه به منظور دستیابی به نتایج دقیقتر و واقعی، عدم قطعیت بار و باد در نرمافزار GAMS شبیهسازي شده است.
- مقدمه
ریزشبکه1 به مجموعهاي از مولدهاي تولید پراکنده به هم پیوسته، بارها و واحدهاي ذخیره انرژي اطلاق میگردد که با یکدیگر هماهنگ بوده و زیرمجموعهاي از یک شبکه قدرت بزرگ میباشند. مفهوم ریزشبکه یک فنآوري مدیریت شبکه محلیبهمراه منابع انرژي کوچک میباشد که در سالهاي اخیر پدیدار شده است و به منابع پاك و تجدیدپذیر امکان میدهد تا در میان صنایع نفوذ کرده و به مدیریت سمت تقاضا دست یابند. ازدیاد واحدهاي منابع پراکندهDR - 2 - به شکل تولید پراکنده3 - DG - ، ذخیره پراکنده - DS - 4، یا ترکیبی از واحدهاي DG و DS سبب شکلگیري مفهوم ریزشبکه میشوند. یک ریزشبکه میتواند در - 1 حالت متصل به شبکه - 2 حالت جزیره شده - مستقل - و - 3 گردش بین دو حالت عمل نمایید .[1]
از جمله مزایاي منابع تولید پراکنده براي مصرف کنندگان وشرکت هاي برق میتوان به موارد زیر اشاره کرد:[2] مزایا براي شرکتهاي برق کاهش تلفات افزایش ظرفیت سیستم فراهمکردن کنترل توان راکتیو بهبود پروفیل ولتاژ کاهش سرمایهگذاري براي توسعه سیستم کاهش خطا بهبود ارتباط بین مشتري و شرکت برق مزایا براي مشتریان افزایش قابلیت اطمینان افزایش کیفیت توان کاهش وقفهها مصرف انرژي با راندمان بالاتر هزینه انرژي کمتر تشویق به استفاده از انرژي تجدیدپذیر کاهش گازهاي گلخانهاي ازآنجاییکه در فرآیند تولید انرژي الکتریکی در مولدهاي مقیاس کوچک همواره میزانی از انرژي اولیه به صورت گرما تلف میشود، لذا با استفاده از این انرژي گرمایی اتلافی میتوان بازده کل سیستم را افزایش داد. به این سیستم که به طور همزمان انرژي الکتریکی و انرژي گرمایی بارها را فراهم مینماید تولید همزمان برق و حرارت - CHP - اطلاق میگردد. مولدهاي مقیاس کوچک مورد استفاده در سیستمهاي CHP شامل :[2]
- 1 میکروتوربینها
- 2 پیلهاي سوختی
- 3 موتورهاي احتراق داخلی
- 4 موتورهاي گرمایی
به طور معمول در ریزشبکههاي کوچک از مولدهاي پیل سوختی و میکروتوربینها بیشتر استفاده میشود. با نصب تجهیزات بازیافت حرارت به این مولدها و استفاده از گرماي اتلافی آنها میتوان بازده این مولدها را به بالاي %80 رساند.در روند بهرهبرداري از یک مجموعه CHP، فشار هواي ورودي در اثر عبور از کمپرسور گریز از مرکز افزایش مییابد. سپس دماي هواي فشرده شده در اثر عبور از مبدل حرارتی افزایش خواهد یافت. هنگامی که هواي فشرده و گرم وارد محفظه احتراق شد با سوخت ترکیب شده و منفجر میشود. گازهاي مشتعل شده با دماي بالا در توربین منبسط شده و توان الکتریکی ایجاد مینمایند.
این انرژي باعث چرخش شفت ماشین سنکرون آهنرباي دائم گشته و لذا در خروجی ماشین شاهد تولید توان الکتریکی در فرکانس بالا میباشیم. ولتاژ خروجی فرکانس بالا با استفاده از یکسوکننده به ولتاژ DC و مجدداً توسط یک کانورتر رابط به ولتاژ AC با فرکانس 50/60Hz تبدیل میشود.از آنجاییکه انتقال انرژي الکتریکی به نقاط دور سادهتر و بسیار مقرون به صرفهتر از انتقال حرارت میباشد، بسیار مناسب است تا واحدهاي میکرو CHP را در نزدیکی بارهاي حرارتی نصب کنیم. ریزشبکهها این امکان را فراهم میآورند تا با انتخاب مکان مناسب نصب CHPها، بالاترین بهره حرارتی از آنها حاصل شود. همچنین در صورت نیاز براي استفاده بهتر از حرارت تولید شده در واحدهاي CHP میتوان از پیلهاي سوختی استفاده نمود.
[3]حالات کار یک سیستم CHP بستگی به محدودیتهاي تولید الکتریسیته و گرماي مورد نیاز خروجی دارد و به طور کلی میتوان براي سیستمهاي CHP چهار حالت کاري در نظر گرفت که عبارتند از :[4-3]حالت متناسب با گرماي مصرفی: در این حالت گرماي خروجی سیستم CHP در هر لحظه برابر میزان حرارت مورد نیاز میباشد و متناسب با این گرما الکتریسیته تولید میشود و اگر این الکتریسیته بیشتر از نیاز مصرفی باشد توان مازاد به شرکت برق فروخته میشود و اگر از میزان توان مصرفی کمتر باشد از شبکه این کمبود جبران میشود.حالت متناسب با بار الکتریکی: الکتریسیتهي تولید شده در هر لحظه برابر بار الکتریکی مصرفی میباشد و گرماي تولید شده متناسب با این توان الکتریکی میباشد.
اگر این گرما کمتر از گرماي مورد نیاز باشد از دیگ بخار کمکی، جهت تامین گرما استفاده میشود و اگر بیشتر از نیاز باشد از طریق قسمت خروج گاز دفع می شود.حالت متناسب گرما و توان: این حالت در بعضی ساعات از حالت متناسب با گرماي مصرفی و در ساعات باقی مانده از حالت متناسب با بار الکتریکی پیروي میکند و هدف آن کاهش هزینهها از طریق محاسبهي تعرفههاي برق و سوخت مصرفی و بهینهسازي مصرف در ساعات مختلف میباشد.حالت کار جداگانه: در این حالت در هر لحظه گرما و توان الکتریکی مصرفی مورد نیاز تولید میشود.
این روش پرهزینهترین روش تولید میباشد و هدف از آن داشتن قابلیت استقلال از شبکهي سراسري و رسیدن به قابلیت اطمینان بالا میباشد.بهرهبرداري بهینه از ریزشبکه در مراجع [6-5] مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از بهرهبرداري بهینه بکارگیري مناسب از منابع تولید و برنامهریزي مناسب جهت کمینهسازي هزینههاي بهرهبرداري میباشد. استفاده مناسب از باتريها و تعیین زمانبندي درست براي شارژ و تخلیه باتريها کمک بزرگی به کاهش هزینهها خواهد نمود.
مرجع[7] به بررسی تاثیر سیستم مدیریت هوشمند انرژي در یک ریزشبکه پرداخته و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به بهینه- سازي برنامهریزي تولید یک ریزشبکه پرداخته است. مسئله مشارکت ریزشبکهها در بازار برق در مرجع [8] مورد بررسی قرار گرفته است. در این مرجع نشان داده شد که حضور ریزشبکه در بازار انرژي و مبادله توان با شبکه اصلی موجب کاهش هزینه انرژي براي مصرفکنندگان ریزشبکه خواهد شد.مرجع [9] به بررسی حضور سیستم CHPدر هتلها پرداخته و برنامهریزي تامین بار الکتریکی و گرمایی را با هدف کاهش هزینهها صورت داده است. در این مرجع از منابع تجدیدپذیر استفاده نشده و از برخی قیود بهره-برداري واحدها صرفنظر شده است.
در این مقاله به بررسی تاثیر حضور سیستمهاي CHP در ریزشبکهها پرداخته شده است. همچنین مدل جامعی از ریزشبکه با قابلیت شرکت در بازار برق و تبادل انرژي با شبکه بالا دست درنظر گرفته شده است. همچنین قیود بهرهبرداري واحدهاي مقیاس کوچک ریزشبکه به طور کامل مدنظر قرار گرفته است. امکان فروش برق ریزشبکه به شبکه اصلی و کسب سود در بازار برق نیز در مدل پیشنهادي درنظر گرفته شده است.در ادامه در قسمت بعد روابط برنامهریزي تولید ریزشبکهها در حضور CHP مورد بررسی قرار خواهد گرفت.در بخش سوم شبیهسازي مدل پیشنهادي بر روي شبکه نمونه انجام شده و در انتها نتایج این برنامهریزي آورده شده است.
