بخشی از مقاله
چکیده -
با توجه به گستره وسیع برخی کشورها از جمله ایران، برقرسانی به نقاط دوردست بسیار هزینهبر بوده و نیاز به احداث خطوط انتقال میباشد. در این مواردیک راه حل جایگزین، استفاده از سیستمهای تولید توان مستقل مبتنی بر انرژیهای تجدیدپذیر میباشد. سیستم تولید توان مورد بررسی در این مقاله از توربینهای بادی و سلولهای خورشیدی به عنوان منابع اولیه و اصلی، باتری به عنوان ذخیرهساز در ساعاتی که تولید توان بیش از مصرف باشد و دیزل ژنراتور به عنوان پشتیبان در مواردی که این منابع قادر به تحویل توان نباشند، تشکیل شده است.
در ادامه با استفاده از الگوریتم بهینهسازی هوشمند ازدحام ذرات، طراحی بهینه سیستمهای مستقل تولید توان صورت پذیرفته است. هدف کمینه کردن هزینه سرمایهگذاری ضمن ارضا تمامی محدودیتهای مسئله میباشد. نتایج بدست آمده نشان میدهد که میتوان با استفاده بهینه از منابع تولیدات پراکنده تجدیدپذیر به خوبی به تامین توان نقاط دوردست پرداخت. همچنین نتایج بدست آمده نشان از عملکرد مناسب الگوریتم پیشنهادی در یافتن ترکیب بهینه منابع تولیدات پراکنده تجدیدپذیر با کمترین هزینه و برآورده سازی تمامی قیود دارد.
-1 مقدمه
تامین انرژی در نقاط دوردست درکشورهایی با وسعت زیاد بسیار پرهزینه بوده و از طرفی با رشد روز افزون مصرف انرژی، استفاده از سوختهای فسیلی در نیروگاهها جهت تولید انرژی الکتریکی رو به افزایش است در نتیجه ضرورت تولید انرژی الکتریکی با روشهای نوین و بدون تولید آلایندههای زیست محیطی اهمیت بیشتری مییابد و انتظار میرود منابع تولیدات پراکنده در آینده نقش مهمی را در این صنعت ایفا کنند[1]
در سالهای اخیر با توجه به اهمیت این مساله استفاده از روشهای هوشمند برای یافتن اندازه و مکان تولیدات پراکنده بسیار مورد توجه بوده است مانند استفاده از الگوریتم ژنتیک، الگوریتمAPSO ، الگوریتم بهینهسازی کلونی مورچهها، الگوریتم ذوب فلزات و الگوریتم جستجوی تابو [2-11] ، الگوریتم ژنتیک [17,12]، الگوریتم جستجوی هارمونی[13]، الگوریتم قطعی [18,14]، بهینه سازی چند هدفه .[15] در[16] نیز از یک الگوریتم بهینه سازی برای ردکردن بار صفر در مالزی مورد بهره برداری قرار گرفته است.
بدلیل پیچیدگیهای بهینهسازی مسئله جایابی و اندازهیابی منابع تولیدات پراکنده، در این مقاله سعی شده از الگویتم ازدحام ذرات استفاده شود. از مزایای این الگوریتم پیدا کردن بهترین راه حل با سرعت زیاد نسبت به سایر الگوریتمها است.
-2 روش حل مسئله و انجام پژوهش
-1-2 ساختار و پیکربندی پیشنهادی
در شکل 1 نحوه پیکربندی سیستم مستقل تولید توان شامل توربین بادی، سلول خورشیدی، باتری و دیزل ژنراتور آورده شده است. پیکربندیهای مشابهی در سایر مراجع از جمله [20,19,18,14] نیز وجود دارد.
شکل :1 ساختار و پیکربندی مورد استفاده
-2-2 استراژی یافتن جواب بهینه
براساس شکل شماره2 ابتدا اطلاعات مربوط به بار و مشخصات اولیه و هزینههای انواع تولیدات پراکنده و باتریها در نظر گرفته میشوند. در ادامه زمان - ساعت - برابر با 1 در نظر گرفته میشود. با استفاده از اطلاعات مربوط به منابع تولیدات پراکنده، میزان توان تولیدی آنها محاسبه میگردد. سپس اختلاف بین توان تولیدی و توان مصرفی مشخص میگردد. اگر این اختلاف مثبت باشد، در صورتی که این کمبود کمتر از توان قابل استحصال از باتری باشد، باتری به تنهایی توان مورد نیاز را تامین مینماید. اما در صورتی که این کمبود بیشتر از توان قابل استحصال از باتری باشد، باتری به همراه دیزل ژنراتور به تامین بار میپردازد. در صورت اضافه بودن توان، این توان تا جایی که محدودیت بیشینه وضعیت شارژ باتری رعایت گردد در آن ذخیره میگردد. پروسه فوق برای تمامی ساعات در افق مورد بررسی - که در این مقاله برابر یک سال است - انجام خواهد شد.
روند اشاره شده برای هر یک از جوابهای بدست آمده توسط الگوریتم بهینهسازی انجام خواهد شد. جوابی که کمترین هزینه را نتیجه دهد به عنوان جواب بهینه انتخاب خواهد شد.
همچنین لازم به ذکر است که در این مطالعه اندازه دیزل ژنراتور برابر با بیشترین توان مورد نیاز بار در نظر گرفته شده است که در صورت وقوع پیشامدی که منابع تجدیدپذیر قادر به تامین توان نباشند، دیزل ژنراتور این عمل را انجام دهد.
-3-2 مدل مورد استفاده
رابطه - - 1 توان قابل استحصال از واحدهای سلولهای خورشیدی را نشان میدهد. معادلات ریاضی مربوطه به منابع در مراجع [19,18,14] موجود است.
شکل :2 الگوریتم کلی مسئله برای بهینهسازی
جدول :1 لیست متغیرهای مربوط به مدلسازی سلول خورشیدی
توان خروجی توربینهای بادی به سرعت وزش باد وابسته است؛ رابطه بین سرعت وزش باد و توان تولیدی توربینهای بادی به شکلهای مختلف مدل گردیده است که یکی از پرکاربردترین آنها مدل زیر میباشد. این مدل براساس رابطه زیر بیان میگردد:
جدول :2لیست متغیرهای مربوط به مدلسازی توربین بادی
استفاده از فرمولهای این مقاله قیمتها با افق 20 ساله بدست میآیند به این معنی که هزینههای نصب و راهاندازی در سال اول محاسبه میشوند. بنابراین برای بدست آوردن هزینه میانگین برای تمامی موارد می توان از فرمول پرداخت یکسان - A - با داشتن ارزش فعلی - B - استفاده کرد که فاکتور بازیافت سرمایه نامیده میشود و در حقیقت سرمایه P را با توجه نرخ بهره ir در مدت n دوره به پرداختهای مساوی یکنواخت توزیع میکند. در اینجا نرخ بهره را نرخ تورم و مدت دوره را مدت زمان کارکرد دستگاهها قرار خواهیم داد.
در این مقاله 4 نوع مختلف از هریک از منابع شامل توربین بادی، سلولهای خورشیدی و باتری در نظر گرفته شده است، در نتیجه تعداد متغیرهای بهینهسازی در الگوریتم ازدحام ذرات برابر با 12 میباشد. ورودیهای مسئله در نظر گرفته شده، بار شبکه، سرعت وزش باد، میزان تابش آفتاب، دمای هوا، اندازههای استاندارد مربوط به توربینهای بادی و سلولهای خورشیدی و باتری میباشد. الگوریتم ازدحام ذرات در هر جواب تولید شده نوع منابع و اندازه آنها را مشخص مینماید.
براساس اطلاعات اداره برق متوسط مصرف ماهیانه برای یک واحد مسکونی در طول سال به صورت شکل3 میباشد. جدا از مصارف تعریف شده، برای هر واحد حدودی ثابت برای مابقی مصارف، که ممکن است در نظر گرفته نشده و تاثیرگذار باشد قرار میدهیم.
