بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق یک روش براي ارزیابی ظرفیت بهینه و کارآیی اقتصادي سیستم ذخیره انرژي هیبریدي در حمایت از نیروگاه فتوولتائیک ارائه شده است،که این ارزیابی در جهت مطالعه جایابی و تعیین اندازه ذخیره کننده هاي انرژي انجام می گیرد . روش پیشنهادي براي جایابی به صورت مساله بهینه سازي چند هدفه می باشد که اهداف در آن بیشینه کردن سود بدست آمده از نصب واحد هاي خورشیدي و بهره برداري از ذخیره ساز انرژي براي مدیریت سیستم توزیع می باشد.
به منظور تعیین مکان و ظرفیت بهینه ذخیره ساز هاي انرژي، مدلسازي آنها و همچنین عدم قطعیت هایی نظیر مدل بار و قیمت بازار برق ضروري می باشد. از این رو در این تحقیق ابتدا به مدلسازي این واحد ها پرداخته می شود، سپس محل نصب و ظرفیت آنها چنان تعیین می شود که بیشترین کاهش تلفات شبکه با در نظر گرفتن قیود مساله به وجود آید. در این تحقیق از روش الگوریتم ژنتیک در بهینه سازي مساله و همچنین از روش سناریوبندي براي مدلسازي عدم قطعیت ها استفاده شده است. پس از استخراج روش در جایابی ذخیره ساز ها، برنامه هاي کامپیوتري توسط نرم افزار متلب تهیه شده و این برنامه روي شبکه 33 باسه پیاده سازي و اجرا شده است.
-1 مقدمه:
رشد اقتصادي و افزایش تقاضاي انرژي در جهان سبب شده است که قیمت نفت و گاز افزایش و اتکا به این منابع براي تامین انرژي کاهش یابد. در این میان منابع تجدید پذیر جایگزینی براي نفت و گاز و باعث تنوع بخشی به سبد منابع اولیه انرژي می شوند. انرژي تجدید پذیر نسبت به سوخت هاي فسیلی داراي توزیع یکنواخت تري هستند و امکان بهره برداري ازآنها در واحدهاي کوچک و درنزدیکی محل مصرف وجود دارد که موجب کاهش مقدار قابل توجهی در هزینه هاي انتقال می شوند، از جمله منابع انرژي تجدید پذیر در تولید برق انرژي پاك خورشیدي است.
نیروگاه فتوولتائیک در مقیاس بزرگ جایگاه قابل توجهی را در تاسیسات فتوولتائیک به خود گرفته است. با توجه به اینکه کنترل نیروگاه هاي فتوولتائیک به سادگی کنترل نیروگاه هاي برق با سوخت هاي فسیلی نیست لذا با افزایش نیروگاه هاي فتوولتائیک با مقیاس بزرگ کیفیت توان برق شبکه تحت تاثیر قرار می گیرد.
جهت حفظ ثبات شبکه برق، اپراتور نیاز به هر گونه نیروگاه فتوولتائیک در مقیاس بزرگ را طبق دستور العمل تحویل توان به شبکه کنترل می کند.
در ادغام یک سیستم ذخیره انرژي با نیروگاه فتوولتائیک در حالت ایده آل یک سیستم ذخیره انرژي با همان قدرت ظرفیت نیروگاه فتوولتائیک مورد نیاز است. اگرچه هزینه هاي صرف شده در سیستم مقایس بزرگ ذخیره انرژي رفته رفته کاهش یافته است ولی با توجه به نیروگاه فتوولتائیک هزینه ها بازهم قابل توجه می باشد، بنابراین تجارت بین ظرفیت سیستم باتري ذخیره انرژي و حمایت از آن براي سیستم فتوولتائیک در روند توزیع به منظور کاهش هزینه سرمایه گذاري در روند تولید برق در یک بازار رقابتی باید در نظر گرفته شود.
در هنگام طراحی ظرفیت بهینه سیستم ذخیره انرژي نمی توان از عملیات دقیق بازار برق استفاده کرد، چون عملیات بازار برق از کشوري به کشور دیگر متفاوت است. بنابراین ظرفیت بهینه از یک سیستم ذخیره انرژي در حمایت از نیروگاه فتوولتائیک تحت قوانین بازار واقعی نیاز به بررسی از هر دو دیدگاه الکتریکی و اقتصادي دارد
این تحقیق یک روش براي ارزیابی مطلوب ظرفیت و کارآیی اقتصادي از یک سیستم ذخیره انرژي هیبریدي را ارائه می دهد. مولفه هاي تشکیل دهنده تابع هدف مساله جایابی شامل سود بدست آمده از بهره برداري واحد تولید پراکنده، سود بدست آمده از کاهش تلفات توان شبکه، هزینه نصب ذخیرهساز انرژي، سود بدست آمده از کاهش انرژي خریداري شده از شبکه بالا دست میباشد. مدل به کار رفته به منظور جایابی، مبتنی بر رفتار احتمالاتی تابش خورشید، مصرفکنندههاي انرژي و اپراتورهاي بازار برق میباشد. خروجی تحقیق مکان و ظرفیت بهینه واحد ذخیره کننده انرژي میباشد.
شبیهسازي ها با استفاده از نرم افزار MATLAB صورت گرفته است و نتایج نشان میدهد که روش پیشنهادي با
استفاده از جایابی و مدیریت شارژ و دشارژ باتريها به خوبی توانایی مدیریت تولید نیروگاههاي خورشیدي را دارد. شبکهي هوشمند می تواند به عنوان پاسخی مناسب به مسائل اقتصادي، اجتماعی و زیست محیطی تلقی گردد. با حرکت شبکههاي هوشمند به سوي اجرایی شدن، مطالعه طراحی سیستم توزیع در محیط جدید ضروريتر میگردد.
از این رو جایابی واحدهاي تولید توان خورشیدي همراه با ذخیرهسازهاي انرژي در سیستم توزیع فعال1 از جمله مسائل مهم در شبکه توزیع به حساب میآیند. اتصال تصادفی و بی برنامه ي این واحدهاي تولید پراکنده به شبکه توزیع میتواند تأثیرات نامطلوبی بر تلفات سیستم، قابلیت اطمینان و پروفیل ولتاژ داشته باشد.
با توجه به این که میزان توان مصرفی از سوي مشترکان سیستم توزیع و تعیین نرخ برق از سوي بازار برق در هر بازه ي زمانی در حال تغییر است، بنابراین باید بار شبکه و قیمت برق مربوط به آن براي حل مسأله، مدلسازي گردد.
-2 عدم قطعیت بار و قیمت برق:
مقادیر تقاضاي بار و قیمت برق به عنوان ورودي در مدل غیر قطعی استفاده میشوند. منحنی نرمال تقاضاي روزانه بار با شاخص سطح تقاضا DLF نشان داده می شود که با استفاده از سناریو بندي بدست میآید.
شکل - - 1 منحنی پیش فرض سطح قیمت برق و بار
شکل - - 2 تابع احتمال توزیع براي PLF و DLF
-3 مدلسازي توان خروجی پنل خورشیدي:
توان خروجی پنل خورشیدي بر شدت روشنایی خورشید وابسته است. با استفاده از اطلاعات آب و هوایی پیشین یک ناحیه، می توان شدت روشنایی خورشید را براي طول روز به صورت شکل 3 بدست آورد.
شکل - - 3 خروجی روزانه مورد انتظار پنل خورشیدي[10]
-4 مدلسازي مسأله جایابی:
در این مطالعه، ماکزیمم کردن سود براي مدیریت سیستم توزیع به عنوان اهداف مسأله بهینهسازي در نظر گرفته میگردند.
-1-4 هزینه سرمایهگذاري منبع ذخیره انرژي:
هزینه سرمایه گذاري، مواردي نظیر خرید، تدارك مکان و تجهیزات را شامل میگردد. هزینه سرمایهگذاري براي هر باتري بصورت زیر محاسبه میگردد.
IC b قیمت سرمایهگذاري براي هر باتري بر حسب کیلووات ساعت میباشد.
-2-4 سود حاصل از برنامههاي دشارژ باتري:
قابلیت ذخیره سازي انرژي باتري ها سیستم توزیع را قادر میسازد تا در اوقات پیک بار، بخشی از توان شبکه را با قیمت ارزانتر نسبت به شبکه بالا دست تأمین کند و هزینه را براي مدیریت سیستم توزیع کاهش دهد.
-3-4 سود حاصل از کاهش خرید توان از شبکه بالا دست:
با توجه به این که بیشتر توان شبکه توزیع از شبکه بالا دست تأمین می شود، با نفوذ ذخیره سازهاي انرژي در سیستم توزیع می توان این مقدار از تأمین توان توسط شبکه بالا را کاهش داد.
-4-4 سود حاصل از کاهش تلفات توان اکتیو:
تزریق توان به شبکه توسط واحدهاي تولید توان خورشیدي و همچنین تزریق انرژي ذخیره شده در باتري ها، تلفات را تا حدي کاهش می دهد و سود حاصل از فروش برق به مشتري ها، را براي مدیریت سیستم توزیع افزایش میدهد.
-5-4 سود حاصل از بهره برداري پنل خورشیدي:
هزینه براي بهرهبرداري از واحدهاي تولید توان خورشیدي، هزینه سالیانه ي تعمیر و نگهداري از واحدهاي خورشیدي فرض میگردد. در این مطالعه هزینه سالیانهي تعمیر و نگهداري در نظر گرفته نمیگردد. بنابراین سود حاصل از بهرهبرداري واحد تولید توان خورشیدي با در نظر گر فتن نرخ تورم و نرخ سود، مطابق با روابط زیر محاسبه میگردند.
-5 پخش بار و قیود مسأله جایابی:
در این تحقیق روش نیوتن -رافسون براي حل کردن روابط پخش بار به کار برده شده است. براي هر حالت از متغیرهاي ورودي، در هر سطح تقاضا و در هر سال از دورهي برنامهریزي، روابط پخش بار براي مسأله جایابی محاسبه میگردند.
-1-5 حدود حرارتی فیدرها و باسها:
براي نگهداري امنیتی تجهیزات شبکه باید توان و جریان عبوري از خطوط و ترانسفورماتورهاي شبکه کمتر از بیشینه مقدار آنها باشد.
-3-5 حدود دامنهي ولتاژ در هر باس:
دامنهي ولتاژ باس i باید در بین محدودهي مجاز بهره برداري ولتاژ باشد.
Vmin ≤ Vi,et ,h ≤ Vmax - 15 -
Vmin و Vmax به ترتیب مینیمم و ماکزیمم مقدار از محدودهي بهره برداري ولتاژ میباشد.
-4-5 حد بهرهبرداري از واحد تولید توان خورشیدي:
با توجه به ظرفیت شبکه توزیع و محدودیت منابع تولید پراکنده، بیشینه ظرفیت واحد تولید توان خورشیدي نباید از یک حد مشخص فراتر رود.
