بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به نیاز روز افزون جوامع بشری به انرژی الکتریکی و همچنین افزایش قیمت سوخت های فسیلی و همچنین محدود بودن منابع این سوخت ها یکی از بهترین گزینه ها با کمترین اثرات سوء بر محیط زیست استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر میباشد به خصوص منابع خورشیدی و بادی که به صورت رایگان در دسترس میباشد.
در این مطالعه به بررسی توسعه نیروگاه هیبریدی بادی/ خورشیدی متصل به شبکه سراسری برق در شهرستان زهک واقع در استان سیستان و بلوچستان پرداخته شده است تمامی تجزیه و تحلیل ها توسط نرم افزار هومر انجام شده و اطلاعات هواشناسی منطقه از طریق سایت هواشناسی کشور و سایت هواشناسی سازمان ناسا تهیه و در نرم افزار هومر مورد استفاده قرار گرفته است.با توجه به تجزیه تحلیل های انجام گرفته بهترین گزینه شامل 5 توربین بادی 5 مگاواتی اینولکس متصل به شبکه سراسری برق، با تولید سالانه 84/622 گیگا وات ساعت انرژی میباشد.
-1 مقدمه
بدون تردید یکی از اصلی ترین مولفه های امنیتی تمام کشورها دسترسی به انرژی مورد نیاز است و به وجود آمدن هر اشکالی در سیستم عرضه انرژی، اختلال و آسیب های زیادی در تمام بخش های اقتصادی و اجتماعی بر جای خواهد گذاشت، به همین دلیل کشورها تنوع بخشی به منابع انرژی را جزء اصلی ترین راهبردهای خود جهت کاهش وابستگی به یک یا دو نوع انرژی و آسیب پذیری، قرار داده اند، به همین دلیل باید از کلیه منابع انرژی در دسترس و قابل حصول، از جمله انرژی های تجدید پذیر برای تامین انرژی استفاده نمایند. از انواع انرژی های تجدیدپذیر میتوان به انرژی بادی و خورشیدی اشاره کرد.
با توجه به آمار جهانی در طول سال 2011 در حدود 40 گیگا وات ظرفیت انرژی بادی عملیاتی شده است و ظرفیت جهانی انرژی باد را تقریبا 20 درصد افزایش داده و به میزان 238 گیگا وات رسانیده است. این میزان افزایش نسبت به بقیه تکنولوژی ها در سال 2011 بیشتر است. مطالعات نشان میدهد استفاده از توربین های بادی سنتی 1/5 مگا واتی علاوه بر تولید، 4 میلیون کیلو وات ساعت انرژی در سال، باعث از بین رفتن 5/6 تن دی اکسید کربن نیز می شود.
- Aman MM , Jasmon 2013:528-42 - و - Hansen - S.M. Shaahid et al ,2013: 589- - U,1999:63 .597 - با توجه به نقشه تقریبی سرعت باد در ارتفاع 25 متری ایران ارائه شده در شکل - 1 - ، و همچنین در شکل - 2 - با توجه به اطلس بادی منطقه زابل میتوان مشاهده نمود که استان سیتان و بلوچستان و همچنین شهرستان زهک در موقعیت مطلوبی از لحاظ سرعت باد قرار دارد. انرژی خورشیدی، انرژی تجدید پذیری است که توجه بسیاری از کشورها را به خود جلب کرده است.
اگر فقط 0/1 درصد از انرژی خورشیدی رسیده به زمین به انرژی الکتریکی تبدیل شود با نرخ بازده 10 درصد، 3000 گیگاوات توان تولید خواهد شد، که چهار برابر بیشتر از انرژی مصرفی سالانه جهان است. کشور ایران نیز با قرار گیری در موقعیت مطلوب از نظر انرژی بالقوه خورشیدی در شرایط مناسبی قرار دارد، تابش خورشیدی در ایران در حدود 1800تا 2200 کیلو وات ساعت به ازای هر متر مربع که از متوسط جهانی بالاتر است. بنا به گزارش ها به طور متوسط سالانه بیش از 280 روز آفتابی در بیش از 90 درصد از زمین های ایران ثبت شده است، که به معنی منبع بالقوه بسیار قابل توجیهی از انرژی است.
. - Pouria Alamdari .et al,2012, 778-788 - استان سیستان و بلوچستان بر طبق نقشه پتانسیل خورشیدی ایران ارائه شده در شکل - 3 - ، از لحاظ تابش خورشیدی نیز شرایط مناسبی دارد.اما مهمترین چالش پیش روی سیستم انرژی های تجدیدپذیر تکی، وابستگی شدید به شرایط محیطی و عدم تداوم تولید انرژی الکتریکی میباشد. سیستم های هیبریدی به عنوان یک راه حل برای ارائه توان الکتریکی مداوم می باشد، بنابراین سیستم های هیبریدی دارای قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به سیستم های انرژی تجدیدپذیر تکی می باشند
شکل - 1 - نقشه تقریبی سرعت بادایران در ارتفاع 25 متری
شکل - - 2 اطلس بادی منطقه زابل-ایران
-2اطلاعات اولیه
زَهَک یکی از شهرهای استان سیستان و بلوچستان ایران است. این شهر، مرکز شهرستان زهک است. جمعیت این شهر طبق سرشماری سال 1390، برابر با 75419 نفر بوده است. این شهرستان با مساحت 950 کیلومتر مربع در شمال استان قرار گرفته و فاصله مرکز شهرستان تا مرکز استان 213 کیلومتر است. مختصات جغرافیایی منطقه طی جدول - - 1 ارائه شده است.
در مطالعه حاضر، اطلاعات سرعت باد در دوره ده ساله - -1995 - 1985 شهرستان زهک از سایت سازمان ناسا و سایت هواشناسی کشور تهیه شده و در جدول - - 2 نشان داده شده است، و اطلاعات مربوط به تابش خورشیدی در شکل - - 4 نمایش داده شده است
شکل - - 3 پتانسیل تابش خورشیدی ایران
جدول - - 1 مختصات جغرافیایی سایت زهک
جدول - - 2 میانگین سرعت ماهیانه سایت زهک در ارتفاع 10 متری
شکل - - 4 نمودار ماهیانه تابش خورشیدی و ضریب شفافیت سایت زهک
2-1 توربین بادی
یکی از اجزا مورد نیاز نیروگاه هیبریدی مورد مطالعه توربین بادی می باشد که در این پژوهش از توربین های با تکنولوژی جدید اینولکس استفاده شده است اینولکس - - Invelox که با الگوگیری از بادگیرهای شهر یزد طراحی و ساخته شده است و با حذف ابر پروانه ها در بالای ستون های غول پیکر، مزایای تازه ای را وارد بازار تولید انرژی می کند.در این توربین با حذف ابر پروانه ها در بالای ستون های غول پیکر، باد جذب شده، سرعت آن افزایش می یابد و نهایتا منجر به تولید برق می شود.
هزینه یک نیروگاه کامل - بزرگتر از 50 مگاوات - با استفاده از تکنولوژی اینولکس که معادل 750 دلار در هر کیلووات میباشد. این مبلغ شامل کلیه هزینه های یک نیروگاه و بعنوان یک پروژه کلید در دست میباشد. شایان ذکر است که کلیه تجهیزات بکار گرفته شده از مرغوبترین برندهای جهان بوده و پیشبینی میشود با بومی شدن تکنولوژی و استفاده از نیروی انسانی و مواد و مصالح استاندارد داخل کشور این رقم به 500 دلار در هر کیلووات کاهش یابد که برای سرمایه گذاران بخش خصوصی بسیار جذاب میباشد.
مهمترین پارامتر، هزینه پایین تمام شده تولید انرژی برق در چنین نیروگاهی است که بسیار خیره کننده و قابل رقابت با انواع انرژی های مولدهای فسیلی است. یادمان نرود که علاوه بر تولید انرژی ارزان هیچگونه آلاینده محیط زیست تولید نمی شود، اگر هزینه آلایندها را هم از قیمت تمام شده فوق الذکر کم کنیم، دیگر هیچ نوع نیروگاهی درجهان قابل رقابت با مولدهای INVELOX نخواهند بود - Daryoush Allaei, Yiannis .Andreopoulos, 2014, 1-9 - اما با توجه به ظرفیت کمتر از 50 مگا وات نیروگاه هزینه بیشتر از 750 دلار در نظر گرفته شده است.
اطلاعات مربوط به توربین بادی 5 مگا واتی، در جدول - 3 - و توان خروجی توربین بر اساس سرعت در شکل - 5 - ارائه شده است - ' - ZZZ.VKHHUZLQG.FRP و هزینه های مربوط به نصب و راه اندازی و بهره برداری و نگهداری - که حدود 3 دلار به ازای هر مگا وات ساعت برق تولیدی گرفته شده است - ، در جدول - 4 - نشان داده شده است . با توجه به سرعت شروع به کار توربین بادی و همچنین ارتفاع برج، استفاده از انرژی بادی در طول سال امکان پذیر است.
جدول - 3 مشخصات توربین Invelox 5M
جدول -4 هزینه اولیه و هزینه تعمیر و بهره برداری یک توربین بادی 5 مگا واتی اینولکس
شکل - - 5 توان خروجی توربین 5 مگاواتی اینولکس در سرعت های متفاوت باد
-2-2 پنل خورشیدی
پنلهای خورشیدی مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی است. تعداد و نحوه چینش پنلهای خورشیدی مطابق با نیاز مصرفکننده به بار میباشد. لازم به ذکر است که مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرفکننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر میکند. با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتائیک، مصرفکننده میتواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک میتوان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تأمین نمود.هزینه نصب و جایگزینی برای یک پنل 500 واتی 800 و 500 دلار می باشد و عمر مفید آن نیز 20 سال در نظر گرفته شده است
-2-3 مبدل
اینورتر یا مبدل برق دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم - DC - را به جریان متناوب - AC - تبدیل می کند. جریان AC تبدیل شده می توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله ترانسفورماتورهای مناسب و مدارها کنترل می شود. اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی استفاده می شوند، از منبع تغذیه کامپیوتر گرفته تا ابزار بزرگ حمل و نقل. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DCمانند پانل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است.
