بخشی از مقاله
چکیده:
تمرکز مولد های الکتریکی از زمانی ممکن شد که با رشد علم امکان تغییر ولتاژ الکتریکی متناوب و در نتیجه افزایش آن در طول خطوط انتقال انرژی و کاهش آن در انتهای خطوط به وسیله ترانسفورماتورها فراهم شد. نگرانیهای زیست محیطی جهانی و افزایش نیاز به استفاده از انرژی، همراه با پیشرفت پایدار در زمینه فناوریهای انرژی تجدید پذیر باعث ایجاد قالبهای جدیدی برای استفاده عمومی ازمنابع انرژیهای تجدیدپذیرگشته است.
از سویی دیگر، کاربرد دیزل ژنراتورها برای تامین بار مورد تقاضا در حالت جزیره ای - کابرد مستقل از شبکه - به صورت زیادی گسترش یافته است؛ با افزایش قیمت سوختهای فسیلی و نگرانی از آلودگی محیط زیست، ترکیب منابع انرژیهای تجدید پذیر و طراحی بهینه بین آنها منابع انرژی مناسبی جهت تامین بار مورد نیاز در این حالت شده است.
در این مقاله پس از مطالعه ویژگیهای انواع منابع تولیدپراکنده، شبیه سازی سیستم هیبرید انجام شده وسپس با استفاده از الگوریتم جفت گیری زنبورعسل مدیریت این منابع به گونهای انجام میشود که هزینه برق تولیدی کاهش یابد و قابلیت اطمینان برقدهی به بارهای حساس افزایش یابد. سپس با طراحی بهینه پارامترهای سیستم هوشمند، تابع هزینه حداقل شده و زمان انجام فرایند بهینه سازی به کمترین مقدار ممکن کاهش یافته وترکیبی ازمنابع موجود جهت تغذیه بار مجزا از شبکه توسط مدیریت و طراحی بهینه این منابع صورت گرفته است.
-1 مقدمه
تولیدات پراکنده دارای انواع مختلفی میباشند که بسته به نوع آن، ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است. توربینهای گازی کوچک با ظرفیت حدود 500 کیلووات تا 20 مگاوات و بازده حدود 25 تا 40 درصد و پیلهای سوختی با ظرفیت حدود 50 کیلووات تا 3 مگاوات و بازده حدود 45 تا 55 درصد به تدریج مورد استفاده قرار میگیرند. سایر تولیدات پراکنده مثل میکروتوربینها، توربین بادی، توربین آبی، فتوولتائیک، انرژی گرمایی خورشیدی، بیوماس، باتری، ذخیرهای خازنی، زمین گرمایی1 و ... هم در حال گسترش هستند. البته این فناوریهای تولید انرژی، خود به دو دسته تجدیدناپذیر مانند میکروتوربینها، پیلهای سوختی، توربینهای گازی و احتراقی و ... و تجدیدپذیر مانند توربینهای بادی، سلولهای خورشیدی و .. تقسیم میشوند
یکی از مهمترین مشکلات در مناطق دور افتاده و جدا از شبکه در سراسر دنیا، تامین منابع تولید توان الکتریکی برای این مناطق می باشد. اتصال این مناطق به شبکه پرهزینه و در بعضی موارد به لحاظ فیزیکی غیرممکن می باشد.
روش های جدیدی برای تامین انرژی این مناطق توسط منابع انرژی های تجدیدپذیر ارائه شده است. این روش های جدید وابسته به ساختار طبیعت می باشند و اگرچه نسبت به روش های تولید با سوختهای فسیلی، آلودگی های کمتری دارند ولی مقدار توان تولید شده - انرژی استخراج شده - بستگی به تغییرات تصادفی منابع طبیعی انرژی - باد، خورشید، موج و غیره - دارد کهعموماً خروجی این روش ها را غیر قابل پیش بینی و با کیفیت پایین می کند.
برای بهبود این مشکل از روش های متفاوتی استفاده شده است. برخی از این روش ها بر پایه کنترل بهتر هر یک از منابع انرژی استوار است .در حالیکه در روش های دیگر از ترکیب چند منبع انرژی تجدید پذیر با یکدیگر استفاده شده است . در برخی روش ها با ترکیب این منابع با منابع انرژی سوخت فسیلی در اندازه بزرگ یا کوچک، در کنار کاهش مصرف سوختهای فسیلی، مشکلات ناشی از استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر نیز برطرف شده است. منابع انرژی متعددی در ترکیب با یکدیگر می توانند سیستم هیبرید انرژی تشکیل دهند.
از آنجاییکه تقاضای انرژی الکتریکی به علت توسعه های تکنولوژیکی و افزایش جمعیت، در حال افزایش است و منابع انرژی سوخت فسیلی رو به کاهش می باشد و نگرانی های محیطی از قبیل آلودگی هوای مناطق شهری، تغییر آب و هوای جهانی در حال افزایش میباشد پیشرفت های اخیر سیستم های هیبریدی را به یک عامل ضروری و حتمی تبدیل کرده است.[2] با وجود این منابع، از واحدهای سلول خورشیدی و ژنراتورهای بادی در تغذیه بار مناطق دور افتاده به طور گسترده ای استفاده می شود. با توجه به اینکه مشخصه این سیستم ها تقریبا مکمل یکدیگر می باشند، معمولا بصورت ترکیبی با یکدیگر بکار می روند. به علت پاکیزگی و تجدید پذیر بودن این انرژی ها، سازمانها و کشورهای بسیاری علاقه مند به استفاده از آن بوده و تحقیقاتی در این راستا انجام می دهند.
-2 ابعاد و کارکرد سیستم هیبرید:
هدف از نگارش این بخش برقراری نسبت مناسبی میان تولید و مصرف در سیستم هیبرید مورد نظر جهت تامین انرژی مورد نیاز بارهای خانگی روستایی در منطقهای دور از شبکه میباشد. در این راستا تعیین ابعاد سیستم جهت قابلیت اطمینان مناسب برق تولیدی و همچنین بهینه بودن از لحاظ اقتصادی ضروری می باشد. بدین منظور باید اختلاف توان تولیدی PGen از انرژی های نو و تقاضای بار Pload طبق معادله - 1 - حداقل گردد.
بلوک دیاگرام سیستم مورد مطالعه، در شکل - 1 - نمایش داده شده است.[4] در این سیستم توربین بادی و پانل فتوولتائیک به عنوان منابع اصلی درنظر گرفته می شوند. در حالی که از باتری به عنوان سیستم پشتیبان و ذخیره کننده استفاده می شود. در این سیستم خروجی واحدها به یک باس DC متصل میشوند. تعدادی باتری نیز به عنوان سیستم ذخیره ساز به این باس متصل می باشند.
باتریها که معمولا از نوع سرب-اسید هستند، مازاد انرژی سیستم را در خود ذخیره کرده و در زمان مقتضی، مانند کاهش سرعت باد یا تابش و یا پیک مصرف، آنرا بار دیگر به سیستم باز می گردانند. یک مبدل نیز پل ارتباطی بین ولتاژ DC و بار AC مصرفی می باشد. خروجی باتری ها و ورودی مبدل DC/AC بصورت موازی به یکدیگر متصل میگردند. انرژی تولیدی پانل فتوولتائیک ها و توربین های بادی از طریق مبدلDC/AC به مصرف کننده منتقل میگردد. مازاد انرژی موجود نیز در اختیار بانک باتری قرار میگیرد.
