بخشی از مقاله
چکیده
مصرف سوخت های فسیلی همچون نفت و گاز به عنوان منابع انرژی غالب در کشور ها باعث به وجود آمدن خسارات جبران ناپذیری برای بشریت خواهد شد. در این مطالعه، پیامدهای قیمت برق متغیر با زمان در عملکرد قطعات ذخیره سازی انرژی برای یک HRES در شبکه توسط تنظیمات FLC بر اساس بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به همگرایی بهتر و هزینه های عملیاتی پایین تر، الگوریتم SFL در مقایسه با الگوریتم PSO، از روش الگوریتم SFL جهت بهینه سازی استفاده شده که برای یافتن مقادیر MF بهینه در FLC بر اساس پیش بینی های داده ها برای دوره عملیات روزانه و هفتگی مدل سازی گردیده است.
داده های پیش بینی برای قیمت شبکه برق، بار الکتریکی، و پارامترهای محیطی مانند سرعت باد، تابش خورشیدی، و درجه حرارت محیط در مدل سازی لحاظ شده اند. نتایج مدل سازی نشان می دهد که عملکرد قطعات ذخیره سازی انرژی بر روی شبکه HRES به شدت توسط قیمت شبکه برق تحت تاثیر قرار می گیرد همچنین استفاده از ظرفیت FLC برای چنین نوع داده بسیار ضروری می باشد. لازم به ذکر است که بهینه سازی FLC منجر به نوسانات کمتر از میانگین SOC باتری شده که به طور مستقیم بر طول عمر باتری تاثیر گذار است. نتایج کوتاه مدت پیش بینی در پیش بینی دقیق تر از داده ها و تنظیم از FLC برای بیش از یک روز منجر به بهترین عملکرد آن خواهد شد.
کلمات کلیدی: ذخیره سازی انرژی الکتریکی، شبکه ترکیبی، انرژی تجدید پذیر، الگوریتم بهینه سازی کنترل کننده فازی
-1 مقدمه
در حالی که منابع انرژی تجدید پذیر را میتوان برای تولید پراکنده برای کاهش تلفات شبکه توزیع برق و تولید گازهای گلخانهای محیطی استفاده کرد، میتوان به تناوبهای ذاتی همراه با این منابع را با ادغام آنها به یک فرم ترکیبی همراه با بهکارگیری ذخیرهسازی انرژی غلبه کرد. برای افزایش عملکرد منابع انرژی تجدید پذیر برای دفعات مختلف بار، کوتاه و اجزای طولانی مدت ذخیرهسازی انرژی مانند باتری و مخازن ذخیرهسازی هیدروژن استفاده میگردد. با این حال، مدیریت عملکرد و قدرت جریان کنترل منابع انرژی تجدید پذیر ترکیبی با ذخیرهسازی انرژی نیازمند توسعه و طراحی مناسب از کنترلکنندههای پیچیده با چند ورودی و قابلیتهای کنترل خروجی میباشد، به طوری که نوسانات نامطلوب در تولید برق ناشی از تناوب منابع انرژی تجدید پذیر را به حداقل برساند.
جنبههای مختلفی از هر دوی بهرهبرداری منابع انرژی تجدید پذیر هیبریدی، منفصل از شبکه و متصل به شبکه مورد بحث قرار گرفته و مقالات بسیاری به این موضوع پرداختهاند، مطالعات زیادی بر روی توسعه کنترل مدیریت عملیات متمرکز شده است. در یک مطالعه، کنترلکننده منطق فازی برای کنترل یک سیستم فتوولتاییک در شبکه برای برآورد بار روشنایی استفاده میشود و نتایج نشان میدهد که انرژی گرفته شده از شبکه کاهش یافته است..انرژی خورشید یکی از منابع تأمین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیستمحیطی است که از دیر باز به روشهای گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است. بحران انرژی در سالهای اخیر، کشورهای جهان را بر آن داشته که با مسائل مربوط به انرژی، برخوردی متفاوت نمایند که در این میان جایگزینی انرژیهای فسیلی با انرژیهای تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفهجویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است.
قدمت ذخیرهسازی انرژی شاید به قدمت تمدن بشر بر میگردد، زمانی که انسانهای اولیه یخ را برای استفادههای بعدی ذخیره میکردند. سیستمهای بزرگ نگهداری انرژی گرمایی جدید، برای کاربردهای متعددی - در مقیاس وسیع - ، ازجمله برای نگهداری انرژی گرمایی خورشید جهت سیستمهای تهویه ساختمانها مورد استفاده قرار گرفته است. فناوری نگهداری انرژی اخیراً به اندازهای پیشرفت کرده است که میتواند تأثیر مهمی بر فناوری مدرن داشته باشد. بیشتر کاربردهای نگهداری انرژی شامل سیکلهای ذخیره روزانه است اگرچه ذخیرهسازی فصلی را هم شامل میشود. کاربردهای انرژی خورشیدی احتیاج به ذخیره کردن انرژی برای دورههای زمانی در محدوده چند ساعت تا چند ماه را دارد.
بیشتر سیستمهای خورشیدی از ذخیرهسازی روزانه استفاده میکنند. به منظور ذخیرهسازی انرژی، انرژی به صورت گوناگونی همانند شیمیایی در محلولهای الکترولیتهای مجزایی ذخیرهسازی میگردد. با برگرداندن جهت کارکرد، محلولهای الکترولیتی میتوانند انرژی ذخیره شده شیمیایی را به صورت الکترولیتی پس دهند. با استفاده از راکتورهای شیمیایی به عنوان محور اصلی کارکرد، کل سیستم فوق میتواند به صورت پیل سوختی نیز عمل نماید. میزان انرژی قابل ذخیرهسازی وابسته به شکل و اندازه الکترودها میباشند. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات متغیر مقدار توان با زمان در عملکرد قطعات ذخیرهسازی انرژی برای یک سیستم در شبکه متشکل از انرژیهای تجدید پذیر هیبرید با استفاده از کنترلکننده فازی بهینه سازی شده خواهیم پرداخت.
برای رسیدن به این هدف، توابع عضویت کنترلکننده فازی برای به حداقل رساندن هزینههای عملیاتی از سیستم انرژیهای تجدید پذیر هیبرید بر اساس پیشبینی هفتگی و روزانه از دادهها برای مقدار توان شبکه، بار الکتریکی و پارامترهای محیطی، از جمله سرعت باد، تابش خورشیدی و دمای محیط بهینه سازی شده، با استفاده از الگوریتم جهش قورباغه مخلوط شده صورت میپذیرفتد.با توجه به اینکه هدف اصلی پژوهش حاضر بررسی عملکرد عملیاتی ذخیرهسازی انرژی به عنوان تابعی از مقدار توان بر روی شبکه ترکیبی سیستم انرژی تجدید پذیر توسط بهینه سازی کنترلکننده فازی میباشد لذا اهداف جزئیتری جهت دستیابی به این مهم دنبال خواهند شد، این اهداف عبارتاند از:
•طراحی توربین بادی
•طراحی باتری ذخیرهساز
•طراحی مخزن ذخیرهسازی هیدروژن
•مدلسازی معماری سیستم انرژی تجدید پذیر هیبریدی متصل به شبکه
•طراحی کنترلکننده فازی
•بهینهسازی معماری سیستم انرژی تجدید پذیر هیبریدی متصل به شبکه توسط طراحی کنترلکننده فازی
-2 اقدامات انجام شده در زمینه انرژیهای نو در ایراناقدامات انجام شده در این خصوص عبارتاند از: -1 نیروگاه خورشیدی سهموی خطی 25 kW شیراز که یک مرکز تحقیقاتی است هزار مترمربع مساحت و 60 هزار متر مربع زیر بنا دارد که عملیات طراحی و ساخت آن از سال 78 آغاز شده است.
-2 نیروگاه خورشیدی MW1 از نوع دریافت کننده مرکزی در طالقان
-3 پمپ فتوولتائیک کشاورزی- در بسیاری از نقاط کشور برای تأمین آب کشاورزی استفاده از پمپ الزامی است و در برخی موارد تأمین انرژی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن پمپ با استفاده از روشهای متداول برق شبکه یا گازوئیل، با مشکلات بسیاری همراه است.
-3 خلاصه مطالعات انجام یافته
خیامی و همکاران با استفاده از مفهوم بازخورد الگوریتم کنترل خطی رفتار غیرخطی یک سیستم باتری کمکی مستقل فتوولتائیک را در نظر گرفتند و عملکرد رضایت بخش و تضمین ورودی - خروجی کنترل بر روی هر یک از متغیرهای خروجی را ارائه دادند [1] که مستقل است. FLC برای حداکثر ردیابی نقطه توان - MPPT - از یک سیستم PV در شبکه بر اساس بهینه سازی ازدحام ذرات - PSO - الگوریتم [2] بهینه سازی شده استفاده میشود. یکی دیگر از استفاده FLC برای صاف کردن خروجی یک [3] HRES توسعه یافته است. داس و همکاران بر روی شبکه HRES که از مبدل DC-DC برای MPPT برای تأمین برق مداوم برای بارگذاری شده [4] ارائه شده است.
-4 مروری بر الگوریتم ترکیبی جهش قورباغه
الگوریتم جهش قورباغه یک الگوریتم مبتنی بر جمعیت فرا اکتشافی بوده که با هدف یافتن راهحل بهینه به این مشکلات و نقش حیاتی بخش کشاورزی در برنامههای توسعه اقتصادی اجتماعی کشور این پروژه تعریف شده است.
-4 چراغهای خیابانی فتوولتائیک- نمونه اول این چراغها در سال 76 با تکنولوژیکاملاً داخلی ساخته و مورد تست قرار گرفت ونهایتاً 11 دستگاه از این چراغها پس از بهینه سازی مورد نیاز، ساخته و در محوطه مرکز تحقیقات و آموزش مدیریت واقع در مهرشهر کرج نسب گردید.
-5 کلکتور سهموی خطی نمونه - در حال حاضر این کلکتور که در مرکز مدیریت آموزش مهرشهر کرج نصب شده در حال تست و بهرهبرداری است.شده برای تعیین نرخ مناسب تولید / مصرف ذخیرهسازی هیدروژن برای خارج از شبکه [5]HRES بررسی شده است، با این حال، نتایج نشان میدهد که سیستم قادر به حمایت از یک بار ساکن معمولی در زمان بسیار طولانی نیست. Safari و همکاران [6] بهینه سازی با استفاده از الگوریتم PSO در همان سیستم استفاده گردند که توسط Bilodeau و همکاران انجام گرفت [5] که بر تعیین توابع بهینه عضویت - MFS - از FLC کنترل قطعات ذخیرهسازی انرژی خارج از شبکه HRES تمرکز میکرد. بدون در نظر گرفتن در عملیات شبکه، نتایج حاصل از این مطالعه نشان میدهد که عملیات کمتر و هزینه نگهداری برای خارج از شبکه HRES مورد بررسی قرار گرفت.کل از طریق جستجوی اکتشافی که بهوسیله یک تابع اکتشافی انجام میگردد طراحی شده است. این الگوریتم
