بخشی از مقاله
چکیده:
اخیرا یک سیستم ذخیره انرژی جدید که بازده بالایی در برق و گرما ایجاد می کند و از مزیت دمای بالای غار با صخره داغ در ذخیره انرژی استفاده می کند، معرفی و طراحی شده است. هدف این مطالعه ارزیابی عملکرد سیستم بر حسب بازده های اکسرژی و انرژی تحت عملیات واقعی است به طوری که ذخیره، تعدادی از توربینهای بادی را در یک دوره زمانی طولانی پشتیبانی می کند. تولید ارزش بالقوه سیستم ذخیره انرژی در بازارهای گرما و برق نیز ارزیابی شده است. نیروگاه های توربینی و بازارهای انعطاف پذیر گرما ، برق به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب شده است. با داشتن آمار تولید توان بادی تحقق یافته و پیش بینی شده و قیمتهای انرژی در سالهای اخیر طراحی شده است، و سیستم با یک راهکار مناقصه ای دقیق و هوشمند برای نیروگاه های مجهز به واحد ذخیره انرژی برای بازارهای روز بعد و بین روز تعیین شده است. نتایج نشان می دهند که سیستم قادر به جبران نوسانات نیروگاه های بادی است و بازده های بالای برق و انرژی سالانه کلی به ترتیب %80,2 و %31,4 و بازده اکسرژی %56,1 را ارائه می دهد.
کلمات کلیدی: انرژی هوشمند، مدلسازی دینامیک، ذخیره انرژی، گرمایش منطقه ای، انرژی باد، بازار انرژی
.1 مقدمه
مخلوط بادی-خورشیدی-بیوماس - توده زیستی - * در بخش گرما و انرژی یک سنگ بنای عمده در تولید انرژی طبیعی &22 تا سال 2035 است .[1] با این حال، به مشکلات جدی باید پرداخته شود تا این مخلوط موفق باشد . برخی از این مشکلات موضوع گزارش اخیر "گزارش انرژی هوشمند" توسط TSO - اپراتور سیستم انتقال - بوده است. در اینجا توجه ویژه ای به تقاضای تغییر پذیر و نیاز بزرگ و پرهزینه برای واحدهای تولید اوج برای ساعتهای معدودی که ژنراتورهای خورشیدی و بادی کم هستند ولی تقاضا بالاست. به عنوان نتیجه، پیش بینی شده است که ارزش اجتماعی-اقتصادی تقاضای برق انعطاف پذیر از مقدار کنونی - پایین - تا حدود 100 میلیون یورو در سال تا سال 2035 افزایش خواهد یافت. گزارش اشاره می کند که ترکیب بخش های انرژی یعنی مفهوم انرژی هوشمند [2] مؤثرترین ابزار برای محقق شدن انعطاف پذیری مورد نیاز است.
به این منظور، فناوری های قابل درک زیادی بررسی شده است. مهمترین موارد قابل توجه پمپ های حرارتی، جوشاننده های برقی و خودروهای برقی هستند.در مقاله حاضر، یک فناوری تولید و حفظ انرژی در مقایاس کاردبردی نوآورانه مطالعه می شود که به نقاط ضعف فناوریهای انرژی هوشمند کنونی می پردازد. به این منظور، مورد مرتبط با سیستم گرمایش و برق مجتمع در شهر منجیل جای گرفته در شبکه برق انتخاب شده است. فناوری جدید یک HTHPSS - سیستم ذخیره قدرت و گرمای با دمای بالا - که به طور خاص طراحی شده است تا با افزایش تولید برق متغیر از VRES - منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر - سازگار باشد. جنبه های معرف حل مسأله ذخیره، عبارتند از بازده انرژی بسیار بالا، نصب و راه اندازی های بزرگ با هزینه کم، دوستداری محیط زیست و توانایی برای پشتیبانی از شبکه های گرما و قدرت در مقیاسهای زمانی متغیر بین زیرثانیه - ذخیره اولیه - تا چند روز هستند، بنابراین به ما اجازه می دهد تا مثلا تجارت انرژی، مصون سازی از خطا و پشتیانی در اوج بار را به دست بیاوریم.
به علاوه، نیازی به جنبه های زمین شناسی خاص از قبیل کارهایی که پمپ آب و CAES - ذخیره انرژی هوای فشرده - انجام می دهد. مطالعه ارائه شده در اینجا، شامل یک شبیه سازی بازار پویا است که بازده اکسرژی و انرژی واقعی و هم چنین ارزشهای بازار گرما و برق ارزیابی می شود.نوآوری مقاله در ارزیابی تفصیلی فناوری انرژی هوشمند جدید HTHPSS است که به نقاط ضعف معمولی فناوری های بررسی شده قبلی می پردازد و به طور ویژه نیاز برای ظرفیت ذخیره رو به بالا با جذابیت اقتصادی در بازار قدرت را مورد بررسی قرار می دهد. فناوری های سنتی بتدیل برق به گرما نظیر جوشاننده ها و پمپ های گرمایی تنها می توانند این سرویس را با کاهش بار خود در سیستم انجام دهند در صورتی که HTHPSS به طور فعال از گرمای ذخیره شده برق تولید می کند به روشی مشابه CSP - توان خورشیدی متمرکز -
انرژی باد و ذخیره انرژی
افزایش سریع تقاضای انرژی به همراه آگاهی های محیطی در سالهای اخیر توسعه سیستمهای تولید انرژی از منابع انرزی تجدید پذیر را در مقیاس جهانی سرعت بخشیده است .[3] درمیان همه انواع منابع انرژی تجدیدپذیر، قدرت باد به عنوان بزرگترین پتانسیل برای فراهم کردن انرژی تجدیدپذیر قابل توجه است. با این حال، قدرت باد ذاتا متناوب است و بنابراین باعث نوسان قدرتی می شود و به چالشی در پایداری شبکه تبدیل می گردد. ذخیره انرژی یک راه حل مستقیم برای تثبیت توان خروجی از توربین بادی است - و دیگر واحدهای تولید توان ناپایدار - . در حقیقت، ذخیره انرژی می تواند تضمینی باشد برای جبران نوسانات انرژی و دسترسی به انرژی در زمانی که اوج مصرف، سیستم را مختل کرده و یا کیفیت انرژی در شبکه را پایین می آورد .[4]
اینها همه دلایلی است که چرا توجه زیادی به یافتن روش های کارآمد برای ذخیره انرژی و دستیابی به بیشینه عملکرد میشود. به عنوان نتیجه این تلاش ها، فناوری های ذخیره سازی متنوع تا کنون عرضه شده است .[5] این فناوری هامی توانند در دسته های ذخیره انرژی مکانیکی، گرمایی یا الکترومکانیکی قرار بگیرند. استفاده از باتری - الکترومکانیکی - ، که گسترده ترین نوع سیستم ذخیره بوده است بسیار گران است و برای مقیاسهای بزرگ به کار نمی آید .[6] تا کنون، پمپ های هیدرولیکی و ذخیره انرژی هوای فشرده مناسب ترین سیستمها برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ هستند، ولو این که هر کدام از این سیستم ها دارای ایرادات خود هستند، یعنی نیاز به سرمایه زیاد و وابستگی به شرایط ناهمواری منطقه برای پمپ های هیدرولیکی [7] و نیاز به سایت زمین شناسی تخصصی و دانش نا کامل برای سیستم ذخیره انرژی هوای فشرده .[8]
در مطالعه اخیر، >9@، HTHPSS را برای کاربردهای بزرگمقیاس، و توانمند در تولید برق و حرارت با بازده بالا معرفی کردند. شکل یک طرح واره سیستم را نشان می دهد. سیستم برای مکانهایی که گرما و برق هر دو مورد نیاز هستند بسیار مناسب است.همان طور که در شکل دیده می شود، یک سیستم ذخیره انرژی گرمایی - غار سنگ داغ با هوا به عنوان سیال واسطه - در ابتدا تا دمای 900N با سیم پیچ های الکتریکی که از سوی توان مازاد تولید شده در توربین های بادی پشتیبانی می شود، شارژ می شود. سپس، سیستم می تواند در معرض فرایندهای شارژ و تخلیه شارژ قرار بگیرد. در فرایندهای شارژ، توان مازاد برای گرمایش غار تا مقدار بیشینه 950N به کار برده می شود.
در مراحل تخلیه شارژ، مجموعه توربین شروع به کار می کند و کمپرسور چندمرحله ای و ژنراتور الکتریکی را به کار می اندازد. هوای ورودی توسط کمپرسورها در ابتدا ازتبادل کننده های حرارتی اینترکولر می گذرد تا هواهی فشرده شده را سرد کند و آب گرم را برای اهداف گرمایشی فراهم کند. سپس قبل از هر مرحله انبساط در درون تبادل کننده های حرارت گرم می شود که توسط هوای گرم آمده از غار داغ پشتیبانی می شود. توجه کنید که این سیستم با استفاده از اطلاعات جامع و دقیق طراحی شده است و درباره این سیستم و جزئیات عملیاتی آن میتوانید به مرجع [9] مراجعه کنید.در این کار، عملکرد HTHPSS بر حسب انرژی، اکسرژی و عملکرد اقتصادی تحت انرژی ورودی عملی پویا، تقاضای انرژی و قیمتهای گرما و توان ارزیابی می شود. برای این هدف، یک مدل ریاضی جامع از سیستم ارائه شده اس .
سیستم با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی، و یک راهکار هوشمند طراحی شده است تا بازارهای برق مزرعه توربینهای بادی و بازار برق محلی را جذب کند.طرحواره پیکربندی سیستم مرکب توربین بادی و ذخیره در شکل 2 آمده است. برطبق این شکل، HTHPSS با توان فراهم شده توسط توربینهای بادی دردوره تقاضای کم شارژ می شود و از شبکه گرمایشی منطقه ای و شبکه برق در حالت تخلیه شارژ در زمانهای اوج مصرف و تقاضا پشتیبانی می کند.قابل ذکر است که اطلاعات عملی در باره تولید توان بادی یعنی قیمتهای ساعتی گرما و ساعتی برق و داده های هواشناسی در مورد مطالعاتی این مطالعه به حساب آمده اند.
