بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به رشد روز افزون قیمت حاملهای انرژی فسیلی و فنا پذیری آنها در آینده نزدیک، لزوم استفاد از انرژیهای تجدید پذیر از قبیل باد ، خورشید ، هیدروژن زمین گرمایی و غیره روز به روز محسوستر میشود. همچنین با توجه به این که هر کدام از این انرژیها توانایی تولید انرژی به صورت پیوسته را ندارد لذا از ترکیب آنها میتوان به صورت پیوسته انرژی تولید نمود . در این مقاله یک مصرف خانگی معمولی در شهر محلات ، جهت امکان سنجی و نیز بهینه سازی اقتصادی برای سیستم ترکیبی انرژیهای نو شامل انرژی خورشیدی و انرژی باد به کمک نرم افزار Homer Energy {1} مورد مطالعه قرار گرفته است و نتیجه بهینه سازی که شامل تعداد اجزا و هزینه اولیه و تعویض میباشد ارائه شده است .
مقدمه
شهر مَحَلّات یکی از خوش آب و هواترین شهرهای ایران است. این شهر در جنوب باختری تهران و در فاصله 262 کیلومتری آن قرار داشته و یکی از شهرستانهای استان مرکزی محسوب میشود که در جنوب شرقی آن واقع گردیدهاست. شهر محلات از طرف شمال به قم و آشتیان، از طرف جنوب به اصفهان و گلپایگان، از طرف غرب به خمین و اراک و از طرف شرق به دلیجان محدود میباشد. این شهر به واسطه مزارع بزرگ پرورش گل، نبود آلودگی هوا به القابی مانند هلند ایران و بهشت افسانهای و شهر گل ها شهرت یافتهاست.
محلات به عنوان بزرگترین شهرستان کشور از لحاظ سطح زیرکشت گل، مهد پرورش گل و گیاهان زینتی در کشور، پایلوت گلکاری کشور است و رتبه اول را از لحاط تنوع تولید گل در کشور داراست. محلات دارای منابع متعدد و غنی معادن سنگ زینتی،معادن سنگ تراورتن و مرمریت میباشد که از لحاظ کیفیت در دنیا کم نظیر است. - 4 - منابع تولید پراکنده، منابع تولید انرژی الکتریکی هستند که به طور مستقیم به شبکه توزیع یا به مصرف کننده متصل می شوند و به صورت محلی مورد استفاده قرار می گیرند. برای تولید انرژی در تولیدات پراکنده با در نظر گرفتن پتانسیل های منطقه مورد نظر از منابع تجدید پذیر اولیه استفاده می شود. در سال های اخیر با توجه به افزایش نرخ روز افزون سوخت های فسیلی، فنا پذیر بودن آنها و همچنین افزایش آلودگی محیط زیست، محققان مطالعات بسیاری را در زمینه تولید انرژی الکتریکی توسط منابع انرژی تجدید پذیر و پاک انجام دادند.
با توجه به روند فراینده مصرف جهانی انرژی و ماهیت تجدید ناپذیر سوختهای فسیلی ، هزینه سوختهای فسیلی روز به روز بیشتر می شود. آلودگی های زیست محیطی جبران ناپذیر مصرف بیرویه سوختهای فسیلی مزید بر علت شده و توسعه استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر را موجب شده است. از مهم ترین منابع تجدیدپذیر می توان به انرژی خورشیدی و بادی را نام برد. پیل های سوختی نیز به خاطر عواملی از قبیل راندمان بالا، عدم انتشار گازهای آلاینده و ساختار انعطاف پذیر و پتانسیل بالا در تبدیل به منابع انرژی سبز را در آیندهای نزدیک دارند.
از طرفی تکنولوژی های ذکر شده هر کدام به تنهایی معایبی نیز دارند خاصیت تناوبی بودن باد و خورشید ،نیاز به استفاده از سیستمهای ترکیبی و در کنار آن نیاز به ذخیره سازی انرژی جهت استفاده در موقع نیاز حس میشود استفاده از باتری برای ذخیره کوتاه مدت انرژی - - 3 و ترکیب الکترولیزپیل سوختی برای ذخیره بلند مدت انرژی مکمل سیستم انرژی ترکیبی ذکر شده است - - 4 در این مطالعه به میزان برق مصرفی یک ساختمان یک طبقه در شهر محلات پرداخته شده است.
پیشینه تحقیق در سال های اخیر باتوجه به افزایش روز افزون نخ سوختهای فسیلی، فناپذیر بودن آنهاو همچنین آلودگی محیط زیست، محققان مطالعات بسیاری را در زمینه تولید انرژی الکتریکی توسط منابع تجدید پذیر و پاک انجام دادند برای مثال: مستوفی و همکاران در سال 1391 در پژوهشی تحت عنوان پتانسیل سنجی و طراحی بهینه سیستم ترکیبی انرژیهای تجدید پذیر جهت تامین برق مورد نیازایستگاههای پمپاژ آب سایت مشکین شهر را مورد مطالعه قرار دادند.
در این مطالعه کمینه سازی هزینه نهایی نیروگاه ترکیبی مستقل از شبکه قدرت اهداف مورد بررسی میباشد. در این مطالعه برای یافتن ظرفیت بهینه سیستم ترکیبی پیشنهادی از الگوریتم تجمعی زنبور عسل استفاده شده است و در ادامه به منظور ارزیابی صحت و دقت الگوریتم پیشنهادی ، نتایج حاصله با استفاده از نرم افزار هومر با هم مقایسه شدند.نتایج حاصل از بهینه سازی سیستم می تواند در منطقه مورد مطالعه پیاده سازی شده و با اجرای طرح نیروگاه ترکیبی بادی و خورشیدی و هیدروژنی و برق آبی کوچک در این سایت ضمن تامینالکتریسیته لازم از منابع تجدید پذیر و دائمی آلودگی زیست محیطی ناحیه را با استفاده از سوخت های فسیلی رو به پایان کاهش داد . - 5 -
همچنین لطفی ترازویی و همکاران در سال 1391 پژوهشی تحت عنوان سیستم انرژی ترکیبی خورشیدیB بادی Bدیزلی با ذخیره سازی باتری به منطور برق رسانی به روستای ارسون واقع در شهرستان خلخال انجام دادند. هدف از این پژوهش کمینه سازی هزینه احداث کل سیستم پیشنهادی با در نظر گرفتن شاخص قابلیت اطمینانlpsp بوددر این مقاله هزینه سیستمهای خورشیدیBدیزلی، بادیBدیزلی و خورشیدیBبادیBدیزلی با توجه به اطلاعات هواشناسی منطقه مورد نظر با یکدیگر مقایسه شده و سیستم بهینه معرفی گردید.
سپس به منظور دستیابی به نتایج بهتر و عملی تر سیستم پیشنهادی در نرم افزار هومر نیز تحلیل شدکه در نهایت سیستم ترکیبی خورشیدیBبادیBدیزلی اقتصادی تر بوده و استفاده از انرژی های تجدید پذیر را توجیه می سازد . - 6 - قربانزاده و همکارانش در سال 1392 تحقیقس با عنوان طراحی و شبیه سازی یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه برای تامین انرژی الکتریکی در روستای بکندی ا ستان قزوین مورد مطالعه قرار دادند در این مطالعه برای فراهم نمودن انرژِ الکتریکی 5161 kw/dو پیک بار مرفی معادل 3956kw یک سیستم ترکیبی مستقل توسط نرم افزار هومر طراحی شد پس از مقایسه این سیستم با سیستم انرژی تجدید پذیر ترکیبی فتوولتائیک-توربین بادی-باتری به این نتیجه رسیدند که سیستم فتوولتائیک-توربین بادب -باتری از نظر انتشار آلاینده ها از سیستم فتوولتائیکBدیزلBباتری مناسب تر بوده ولی هزینه سیستم فتوولتائیک-دیزل-باتری کمتر می باشد.
آزاد در تحقیقی تحت عنوان راهکارهای هیبرید برای مصارف مسکونی در نواحی روستایی و دور از شبکه برق را مورد مطالعه قرار دادند در این مقاله سیستم ترکیبی انرژی تجدید پذیر مشتمل بر توربین بادی، آرایه فتوولتاییک به همراه سیستم پشتیبانی باتری و پیل سوختی از نظر اقتصادی و فنی مورد مطالعه قرار گرفت منقه مورد بررسی شهر نائین واقع در نواحی مرکزی کشور ایران بودکه از نظر تابش خورشید و پروفایل وزش باد در سطح قابل توجهی قرار دارد تقاضای برق برای منطقه مسکونی روستایی کوچک دور از شبکه در نظر گرفته می شود مدلسازی و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار هومر انجام شده است.
در پایان نیز با توجه به ابعاد به دست آمده و هزینه های سرمایه گذاری و عملیتی سیستمحداقل فاصلهای که یک منطقه مسکونی روستایی کوچک از شبکه برق باید داشته باشد تا استفاده از سیستم ترکیبی انرژی تجدید پذیر مقرون به صرفه باشد مقدار5/12 کیلومتر به دست آمد. نروزی و همکاران به بررسی امکان احداث نیروگاه فتوولتائیک و بادی به همراه سیستم ذخیره باتری با استفاده از تکنیک های قابل اطمینان DPSP و LPSP در منطقه اشتهارد با استفاده از نرم افزار هومر و برنلمه نوشته شده در محیط مطلب پرداخته و در نهایت گزینه بهینه انتخابی از دو شاخص قابل اطمینان DPSP و LPSP با یکدیگر مقایسه شدند.
در نهایت مشخص شد که قابلیت اطمینان DPSP منجر به انتخاب گزینه بهینه در طراحی سیستم ترکیبی فتوولتائیک و بادی با هزینه ای کمتر از گزینه انتخابی با استفاده از تکنیک قابلیت اطمینان LPSP می گردد . - 8 - مانولاکاس و همکارانش یک سیستم ترکیبی فتوولتائی به همراه نیروگاه پمپ ذخیره ای در جزیره ای در یونان که دارای پتانسیل انرژی خورشیدی بالایی است را مورد مطالعه قرار دادند. در مطالعه ای دیگر اسراری و همکارانش نیز چند شبکه تولید انرزی الکتریکی به صورت متصل به شبکه و مستقل از ان را برای یک منطقه دور دست در ایران را مورد مطالعه قرار دادند. - - 9 سیستم ترکیبی :
یک سیستم ترکیبی اساساً از منابع انرژی تجدیدپذیری که به صورت موازی با منبع انرژی تجدیدناپذیر و واحد ذخیره انرژی کار میکند ، تشکیل میشود. شکل - 1 - شماتیک کلی نیرو گاه ترکیبی را نشان میدهد. این طرح به منظور کاهش برق مصرفی شبکه میباشد در این طرح نمیتوان به طور کامل از شبکه برق شهری مستقل شد. انرژی باد تابش نامساوی خورشید در عرضههای مختلف جغرافیایی به سطح ناهموار زمین باعث تعییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد میشود. باد از نسیم ملایم گرفته تا طوفان بر اثر اختلاف فشار هوا بین دو منطقه به وجود میاید .
گردش زمین به دور خود نیز برجهت باد تاثیر میگذارد . سطح زمین مقداری از انرژی گرمایی تابش خورشید را جذب میکند و مقداری را به جو بر میگرداند . هر اندازه پرتوهای خورشید نسبت به سطح زمین عمودتر باشد ، میزان جذب انرژی زمین بیشتر خواهد بود . بنابراین مقدار انرژیایی که در منطقه استوایی جذب میشود ، نسبت به قطبها بیشتر است . این انرژی ، هوای منطقه استوایی را گرم و سبک و فشار آن را کم میکند بنابراین هوای گرم و سبک بالا میرود و در سطح زمین منطقهای کم فشار ایجاد میکند . از انرژی باد جهت تولید الکریسیته و نیز پمپاژ آب از چاه و رودخانهها ، گرمایش خانه و غیره استفاده میشود - - 10 ، متوسط سرعت باد در شهر محلات در ماههای مختلف در طول یک سال از سایت ناسا در ارتفاع 10 متری است. شکل - 2 -
انرژی خورشید خورشید منبع عظیم انرژی بلکه سر آغاز حیات و منشا تمام انرژیهای دیگر است . در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم آن به انرژی تبدیل میشود . سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل تابش آن میباشد حتی سوختهای فسیلی ذخیره شده در زمین ، انرژیهای باد و غیره از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید میباشد انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم میتوانند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته تبدیل شود. - 11 - متوسط میزان تابش در شهر محلات در ماههای مختلف در طول یک سال از سایت ناسا گرفته شده است . شکل - 3 -
پنلهای خورشیدی هزینه نصب پنلهای خورشیدی میتواند 6$ تا 10$ به ازای هر وات تغییر کند . برای هزینه و تعویض برای سیستم 0.4kw به ترتیب 580$ ، 400$ و همچنین هزینه نگهداری سالیانه 15$ میباشد. طول عمر این پنلها بین 20 تا 25 سال میباشد . با توجه به شرایط منطقه و طراحی از پنلهای 400 واتی استفاده میشود - شکل - 6 بار مصرفی میانگین میزان مصرفی در 1 روز پر مصرف یک خانواده 5 نفره در محلات در ساعات مختلف با ضریب اطمینان 1/2 ، در نظر گرفته شده است . که منحنی آن در شکل - 4 - مشخص شده است . تامین چنین باری توسط یک سیستم انرژی ترکیبی به تنها و مستقل از شبکه ، در فضای غیر شهری عملی است . به همین دلیل میبایست در مواقع نیاز از شبکه تغذیه نمود . باتری به منظور ذخیره انرژی الکتریکی تولیدی به وسیله توربین بادی و سلولهای خورشیدی از باتری استفاده میشود هزینه اولیه و تعویض هر باتری در این طرح به ترتیب 400$ ، 600$ و هزینه نگهداری سالیانه 5$ میباشد . - شکل - 7
