بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر با توجه به مشکلات سوختهای فسیلی، استفاده از انرژیهای تجدید پذیر رشد زیادی کرده است. دراینبین سیستم خورشیدی-فتوولتائیک با کمک ذخیرهسازی انرژی در باتری نسبت به دیگر انواع انرژیهای تجدید پذیر موردتوجه بیشتری قرار گرفته است. مقاله پیش رو یک روش حل ریاضی ساده و کاربردی را برای تعیین اندازه سیستم فتوولتائیک-باتری را پیشنهاد میکند که میتواند جایگزین مناسب و مطمئن نسبت به دیزل ژنراتور در مناطق روستایی باشد. سپس تجزیهوتحلیلهای اقتصادی نیز جهت تخمین هزینههای نصب سیستم انجام شده است. جهت تائید این روش، طراحی بهینه پیشنهادی در قالب یک مطالعه موردی نیز پیادهسازی شده که نتایج عملی حاکی از تائید محاسبات فنی-اقتصادی است.
.1 مقدمه
بشر بهمرور آگاهتر شده است که انرژیهای تجدید پذیر و کارایی انرژی دیگر نهتنها در کاهش جهانی مؤثر است، بلکه بهمنظور فرصتهای تازه اقتصادی و نیز فراهم آوردن امکان دسترسی به انرژی برای میلیاردها انسانی که همچنان بدون خدمات نوین انرژی زندگی میکنند، حیاتی است. در طول دهه گذشته و بهویژه سالهای اخیر، بخش بزرگی از پیشرفتهای بهدستآمده در فناوریهای تجدید پذیر و همچنین افزایش جهانی ظرفیت نصبشده و کاهش سریع قیمتها، به دلیل حمایت سیاستهایی بوده است که منجر به جذب قابلتوجه سرمایهها و کاهش بیشازپیش هزینهها از طریق صرفه مقیاس شدهاند. افزایش قیمت سوختهای فسیلی، امنیت تأمین انرژی، پیشرفت فناوری و توجیه اقتصادی در برخی موارد ازجمله عوامل تعیینکننده آینده انرژیهای تجدید پذیر است. همچنین تکنولوژیهای انرژی خورشیدی و باد و بهطورکلی منابع تجدید پذیر، میتواند بهتنهایی و همچنین به شکل موازی با شبکهی قدرت به کار گرفته شود
هماکنون انرژیهای تجدید پذیر در سراسر دنیا بهعنوان منبع و جریان غالب انرژی محسوب میشوند. رشد سریع بخصوص در بخش برق ناشی از چند عامل است که مهمترین آنها بهبود رقابتپذیری هزینه محور فناوریهای تجدید پذیر، سیاستگذاریهای پیشگامانه و متعهدانه، دسترسی بهتر به منابع تأمین مالی، امنیت انرژی و دغدغههای محیط زیستی، افزایش تقاضای انرژی در کشورهای درحالتوسعه و اقتصادهای نوظهور و نیاز به دسترسی به انرژیهای نوین است. درنتیجه بازارهای جدیدی برای انرژیهای تجدید پذیر متمرکز و پراکنده در تمامی مناطق در حال ظهور هستند.
تاکنون پژوهشهای زیادی درزمینه انرژیهای نو و سیستمهای مستقل از شبکه انجام شده است. در [2] مطالعهای در خراسان جنوبی انجام شده است که در آن نویسنده سعی در طراحی یک سیستم منفصل از شبکه به کمک یک نرمافزار دارد. مرجع [3] یک مطالعه موردی و امکانسنجی اقتصادی جهت نصب توربین بادی در شهر شوشتر خوزستان انجام داده است.
هدف مرجع [5] طراحی سیستم پنل-دیزل بدون در نظر گرفتن ذخیرهساز باتری است. این مقاله بهینهسازی چندهدفه را انجام داده است و الگوریتم بهینهسازی این مقاله جستوجوی هارمونی1است. در این پژوهش سه مکانیزم تنظیم جدید برای الگوریتم جستوجوی هارمونی معرفی شده است که باعث تنوع و تشدید قابلیتهای این الگوریتم میشودنهایتاً. برای نشان دادن کارایی الگوریتم پیشنهادی، نتایج با روشهایPSO2 وGA3 مقایسه میشود.
مرجع [6] سعی در طراحی یک سیستم مستقل از شبکه فتوولتائیک/توربین بادی/دیزل/باتری با قید کمینه کردن هزینه دوره عمر4و کمینه کردن انتشار کربن دیاکسید و همچنین کمینه کردن اضافه انرژی 5به کمک الگوریتم ژنتیک دارد.
در [7] نویسنده چهار منطقه ایران را که کاندید برای مراکز تحقیق هستند را بررسی و به امکانسنجی فنی ازنظر تابش خورشید و سرعت باد میپردازد و با توجه به قیود قابلیت اطمینان، سعی میکند برای این چهار منطقه سناریو بهینه پیشنهاد دهد. مرجع [8] سعی در به دست آوردن اندازه و تعیین سیستم انرژیهای نو است با یک روش نوین است. سیستم بهینه در این مرجع بهوسیله رابط گرافیکی صورت میگیرد تا کاربران سیستمهای ترکیبی انرژیهای نو، درکی از تعیین سایز و اندازه سیستم داشته باشند.
در [9] پژوهشگر به پتانسیل سنجی سیستم باد-خورشید در عربستان میپردازد. هدف مرجع [10] به دست آوردن یک سیستم بهینه هیبریدی است که در آن قیود قابلیت اطمینان مانند احتمال کمبود بار6 را به تابع هدف اضافه کرده است.
برای حل تابع هدف و کمینه کردن آن از الگوریتم انتخاب طبیعی ازدحام ذرات استفاده شده است. در [11] سیستم ترکیبی بادی-خورشیدی با ذخیرهساز تانک ذخیره هیدروژن برای 20 سال عمر طراحیشده است. یکی از مزایای سیستم باد -پنل-تانک هیدروژن این است که مازاد انرژی تولیدشده را صرف تولید و ذخیره هیدروژن میشود تا در مواقع نیاز توسط پیل سوختی تولید انرژی برق صورت بگیرد. توسط بهینهسازی چندهدفه سعی میشود تمام هزینهها به حداقل برسد. این هزینهها شامل: هزینه سیستم، شاخصههای قابلیت اطمینان و هزینههای قابلیت اطمینان است. بهینهسازی این مقاله با روشMOPSO7 انجامشده است.
در ادامه مقاله پیش رو، ضمن بررسی انرژیهای نو در جهان و امکانسنجی آن در ایران، نوع و روش تحقیق بیان میشود. در بخش بعدی معرفی اجزای سیستم پیشنهادی صورت میگیرد. پسازآن محاسبات فنی-اقتصادی تشریح میشودنهایتاً. به نتیجهگیری کلی مقاله پرداخته میشود.
.2 بررسی انرژیهای نو در جهان و امکانسنجی آن در ایران
سال 2015 یک سال فوقالعاده برای انرژیهای تجدید پذیر بود. این سال شاهد تحولات متعددی بود که همه آنها در انرژی تجدید پذیر نقش دارند، ازجمله کاهش چشمگیر در قیمت جهانی سوختهای فسیلی، یک سری از خبرهای مربوط به قیمتهای پایین برای قراردادهای طولانیمدت انرژی تجدید پذیر، افزایش قابلتوجه به ذخیره انرژی و توافقنامه اقلیمی تاریخی پاریس که جامعه جهانی را گرد هم آورد.[12] مهمترین رویداد در دسامبر این سال اتفاق افتاد که 195 کشور دنیا در بیست و یکمین کنفرانس تغییر اقلیم سازمان ملل متحد در پاریس توافق کردند تا گرم شدن کره زمین را تا کمتر از 2 درجه سلسیوس محدود کنند.
انرژیهای تجدید پذیر 19 2 درصد از مصرف انرژی جهان در سال 2014 تأمین کردند و رشد ظرفیت و تولید در 2015 و 2016 ادامه یافت. حدود 147 گیگاوات به ظرفیت برق تجدید پذیر در 2015 اضافه شد که بیشترین افزایش سالانه تاکنون بوده است.[14] در سال 2016 حدود 500 مگاوات ظرفیت جدید برق زمینگرمایی وارد مدار شد و مجموع ظرفیت جهانی به 13,5 گیگاوات رسید
تقریباً 25 گیگاوات ظرفیت جدید برقآبی - 8غیر از تلمبهای ذخیرهای - در 2016 راهاندازی شد و مجموع ظرفیت جهانی به حدود 1096 گیگاوات رسید. بازار خورشیدی فتوولتائیک با 32,9 درصد رشد نسبت به 2015 رکورد 75 گیگاوات ظرفیت افزودهشده را ثبت کرد تا مجموع ظرفیت جهانی آن به 303 گیگاوات برسد که بخش اعظم ظرفیت افزودهشده به چین، ژاپن و ایالاتمتحده اختصاص داشت. برق بادی در اروپا و ایالاتمتحده و در چین دومین منبع ظرفیت تولید برق جدید در 2016 گزارش شده است. در این سال 54 گیگاوات به ظرفیت جهانی برق بادی افزوده شد که مجموع ظرفیت جهانی را به 487 گیگاوات رساند..[12] در شکل 1 میتوانید روند رشد انرژیهای تجدید پذیر در سالهای اخیر را مشاهده کنید.
شکل .1 تغییرات و رشد انرژیهای تجدید پذیر در ابتدای سال [11] 2017
