بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به نیاز روزافزون جهان به انرژی و همچنین محدود بودن منابع انرژی فسیلی، ضرورت استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر بیش از پیش نمایان میگردد. یک پیشنهاد جهت غلبه بر تناوبی بودن منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر خورشید و باد، گسترش سیستم انرژی ترکیبی است که در آن میتوان انرژی الکتریکی اصلی را تبدیل و ذخیره نمود. سیستم تجدیدپذیر ترکیبی یکی از مناسبترین گزینههای تأمین تقاضای الکتریکی در مناطق دور از شبکه است. از طرفی با توجه به افزایش نگرانیها در مورد تأمین انرژی و حفاظت ازمحیط زیست، تقاضا برای برق قابلاطمینان و توسعه پایدار شبکه برق منجر به حرکت صنعت برق به سوی شبکه هوشمند شده است. در این مقاله، به ارزیابی اقتصادی استفاده از سیستم تجدیدپذیر ترکیبی مستقل از شبکه، به جای توسعه شبکه برق سراسری در روستاهای دور افتاده و یک بررسی دقیق از مطالعات اخیر بر روی یکپارچهسازی منابع تجدیدپذیر ترکیبی در سیستم شبکه هوشمند پرداخته شده است. اهداف مختلف مدیریتی، من جمله بهبود بهرهوری انرژی، بهرهبرداری بیشینه، کاهش هزینهها و کنترل انتشار آلایندهها مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: شبکه هوشمند، سیستمهای تجدیدپذیر ترکیبی ، بهینهسازی، آنالیز اقتصادی، قابلیت اطمینان
.1 مقدمه
امروزه افزایش تقاضای انرژی و وابستگی آن به سوختهای فسیلی یک مساله مهمی است که دنیا با آن رو به روست. بنابراین تمایل زیادی به استفاده از منابع تجدیدپذیر برای دستیابی به تولید برق به ویژه در مناطق دور افتاده و جنگل ها و مناطق کوهستانی وجود دارد. از طرفی با توجه به افزایش نفوذ منابع تجدیدپذیر در صنعت برق، اصلاح و تغییرات جدی برای شبکه برق موجود مورد نیاز خواهد بود. از آنجا که سیستمهای ترکیبی از دو یا چند منبع مختلف انرژی تغذیه میشوند، در مقایسه با سیستمهایی که یک منبع برای تولید برق دارند از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند. از طرفی شبکه هوشمند سیستمی با قابلیتهایی همچون نظارت، مدیریت، کنترل و ارتباطات که به زیرساختهای شبکههای الکتریکی فعلی افزوده میشود تا سیستم الکتریکی کارآمدتر، مقرون به صرفه و موثر گردد.[1-2]با استفاده از شبکه هوشمند، فنآوری خانههای هوشمند و مدل قیمتگذاری متغیر با زمان، تولید انرژی نیازمند سیستم مدیریت انرژی هوشمند میباشد.[3] این سیستم پاسخی به هزینههای مختلف انرژی با کاهش یا اصلاح اوج تقاضا میباشد.[4] بررسی اجمالی سیستمهای شبکه هوشمند، دارای پتانسیلهای نویدبخشی در آینده میباشد . این مقاله به مطالعه فرصتها و چالشهای سیستمهای تجدید پذیر ترکیبی با شبکه هوشمند، پاسخ به تقاضا، بهرهوری انرژی و کنترل انتشار آلایندههای هوا میپردازد.
.2 انرژی های تجدید پذیر و چالش های شبکه هوشمند
چالشهای بسیاری برای تکنولوژیهای شبکه هوشمند موجود است که در »شکل «1 بیان شده است. یکپارچهسازی انرژیهای تجدیدپذیر و مدیریت انرژی، چالشهای وسیعی برای برنامهنویسان و دستاندرکاران سیستمهای شبکه هوشمند ایجاد میکند.[6] از طرفی یکپارچهسازی منابع تجدیدپذیر در سیستم شبکه هوشمند باعث افزایش قابلیت اطمینان، بهبود کیفیت توان، کاهش هزینهها و دستیابی به رضایت مشتری میگردد.[ 7] نویسندگان [8] برنامههای کاربردی شبکههای هوشمند برای تولید انرژی تجدیدپذیر و مطالعه بالقوه آن در آینده را بررسی کردند. آنها اطمینان دادند که ارتباط بین دستگاههای الکترونیکی یک تکنولوژی کلیدی است که موجب میشود انرژیهای تجدیدپذیر به زیرساخت شبکه آینده متصل گردد. مرجع [9] یک سیستم مدیریت و کنترل انرژی برای تولید انرژی تجدیدپذیر هوشمند ارائه کردند. آنها از تکنولوژی LAB-View به عنوان یک طراحی اساسی برای سیستم کلی استفاده کردند. با استفاده از این تکنولوژی، سیستم خود می تواند برای مدیریت توان آینده پیش بینی و تصمیمگیری کند.
.3 سیستمهای مدیریت انرژی هوشمند
شبکه هوشمند در نظر دارد که از طریق پیشبرد زیرساختهای سیستم برق موجود با بهرهگیری از فناوریهای پیشرفته فناوری اطلاعات، شبکههای دیجیتال و مکانیزمهای کنترل پیشرفته، کیفیت برق، قابلیت اطمینان، امنیت، بهرهوری و قطعیهای برق را حل کند.[10] سیستم مدیریت انرژی هوشمند - SEMS - با استفاده از این فناوری ها، فرآیندها را ساده سازی کرده و هزینه و مصرف انرژی را کاهش میدهد، پروفیل تقاضا را بهبود بخشیده و انتشار گازهای کربن دی اکسید را کنترل میکند11]؛1SEMS.[12 در مرحله اول توسط اهداف مدیریتی و سپس از طریق روشها و ابزارهای مدیریتی دسته بندی شده است.
3-1 اهداف مدیریت
با توجه به چارچوب شبکه هوشمند و SEMS، بسیاری از چالشهای مدیریتی امکان پذیر و آسان میشود. تاکنون آثار مربوط به SEMS در اهداف زیر متمرکزند:
الف. بهره وری انرژی
کاهش تلفات یکی از مهمترین اهداف SEMS است. بنابراین مرجع [ 13] روشی برای سیستم توزیع معمولی روستایی به منظور جایابی بهینه منابع تجدیدپذیر تولید پراکنده به منظور حداقل رساندن تلفات سالانه سیستم اعمال کردند. این روش با محدودیتهایی از قبیل محدودیتهای ولتاژ، ظرفیت فیدرها،اندازه گسسته واحدهای DG2 مواجه است که به صورت برنامه ریزی غیرخطی عدد صحیح مختلط - MINLP - 3 فرمولبندی شده است. در مرجع [14] از چند دوره جایگزین جریان برق بهینه - OPF - 4 استفاده کردند تا محل مناسب برای سیستمهای تجدیدپذیر DG را به منظور کاهش تلفات سیستم، تعیین کنند. نویسندگان رقابت بین تلفات انرژی و ظرفیت تولید بیشتر را مورد بررسی قرار دادند. مرجع [15] از تکنولوژیهایی برای پیادهسازی الگوریتمهای کنترل غیرمتمرکز به منظور مینیمم کردن تلفات توان در شبکههای توزیع استفاده کردند.
ب. بهبود پروفیل تقاضا
شکلدهی پروفیل تقاضا با شیفت، برنامهریزی، کاهش تقاضا به منظور دستیابی به پروفیل تقاضای یکنواخت یا کاهش پیک تقاضا انجام شده است. این موضوع باعث افزایش قابیلیت اطمینان و کاهش هزینه سرمایهگذاری میگردد.[16-17] در زیر تحقیقاتی مربوط به این فرآیند انجام گرفته است. مرجع [18] یک طرح قیمتگذاری دینامیک ارائه دادند که انگیزه مصرفکنندگان در دستیابی به پروفیل بار مناسب برای خدمات رفاهی و نزدیکی به پروفیل سطح ایدهآل بستگی به مقدار اطلاعاتی است که آنها به اشتراک میگذارند. علاوه بر این، آنها استراتژی توزیع تصادفی را که به طور موفقیتآمیز از اطلاعات آن استفاده شده تا زمانی که کاربران تنها دسترسی به بار کل لحظهای شبکه دارند و پروفیل بار را بهبود میبخشد، فراهم کردند. مرجع [19] یک رویکرد برای اندازه گیری تاثیرات ظرفیت پاسخ تقاضا توسط کالیفرنیا، پیلوت
