بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، مسئله طراحی و بهینهسازی ساختاری یک شبکه شامل منابع انرژی تجدید پذیر با در نظر گرفتن محدودیتهای تغییر تولید واحدهای تولید پراکنده در نظر گرفتهشده است. ازآنجاییکه برای انجام آزمایش و مدلسازی نیازمند یک مورد قابلمطالعه میباشیم در اینجا به آنالیز و بهینهسازی برقرسانی به یک روستا در خراسان رضوی به نام شیخ ابوالحسن میپردازیم. از آنجاییکه تمام آنالیزهای نرمافزاری و شبکه و ساختارهای پیشنهادی از طریق نرمافزار - در اینجا هومر - بهطور عملی قابلیت اجرایی ندارند، تابع هدفی را معرفی کردیم که در آن پارامترهای دلخواه طراح در شبکه انتخابشده نقش اساسی را ایفا کنند.
بهمنظور آنالیز تابع هدف انتخابشده دو سناریو بررسی و تحلیل گردید تا امکانپذیری و اهمیت تابع هدف ارائهشده آزمایش گردد. نتیجه نشان میدهند که ضرایب انتخابی توسط طراح نقشی بنیادین در سیستم بهینهی نهایی دارند و این کمک بزرگی به انتخاب مطلوبترین سیستم توسط طراح میکند. همچنین سیاستهای تشویقی یا توبیخی را نیز میتوان در تابع بهینهی ارائهشده تأثیر داد تا نتیجه نهایی تلفیقی از اولویتهای مختلف باشد.
.1 مقدمه
امروزه منابع انرژی تجدید پذیر توانایی ایفای نقش مهمی در جهت سبک کردن بار شبکه، کاهش آلودگی هوا و کاهش آثار مخرب زیستمحیطی حاصل از استفاده از سوختهای فسیلی دارند. از دید فنی، پتانسیل فنآوری انرژیهای تجدید پذیر به حدی بالاست که میتواند نیاز انرژی تمام دنیا را پاسخگو باشد. اگرچه، از دیدگاه عملی مسائل فنی، اقتصادی و دسترسی به منابع انرژی مانع از عملی شدن این نظریه در حال حاضر میگردند. طراحی سیستمهای هیبرید انرژیهای تجدید پذیر کمک به بکار گیری این منابع انرژی با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی مربوط به سرمایهگذاری و بهرهبرداری میکند.
سیستمهای هیبریدی شامل چندین منبع تولید انرژی تجدید پذیر به همراه واحدهای ذخیرهسازی انرژی، میشوند. برای طراحی و پیادهسازی یک سیستم هیبریدی مناسب، محاسبات آماری و احتمالات زیادی باید در نظر گرفته شوند که درنهایت سیستم طراحیشده به نیاز انرژی بهطور مناسبی پاسخ دهد. این شامل تحقیقات جامع میدانی از مکان مورد بهرهبرداری میباشد، ازجمله اطلاعات مربوط بهسرعت باد، شدت تابش خورشید، دمای هوا، رطوبت هوا و سایر اطلاعات جغرافیایی میدان. بعلاوه اطلاعات مربوط به انرژی الکتریکی موردنیاز منطقه و حد ماکسیمم قابلیت بهرهبرداری از انرژیهای تجدید پذیر با توجه به وجود زیرساختهای تولید و انتقال انرژی الکتریکی، از دیگر مواردی است که تحقیق و گردآوری اطلاعات در مورد آنها ضروری میباشد.
افزایش نفوذ منابع تولید پراکنده در شبکههای برق و تبدیلشدن شبکههای توزیع غیرفعال به شبکههای توزیع فعال، لزوم تجمیع این منابع با اهداف افزایش مشارکت، رؤیت پذیری و ایجاد واسطی مناسب میان این منابع و شبکه برق را بیشتر میکند. یکی از روشهای تجمیع منابع تولید پراکنده، میکرو گرید است. میکروگریدها شبکههای فعال ولتاژ پایین یا ولتاژ متوسطی هستند که به دلیل استقلال در بهرهبرداری، میتوانند از شبکه اصلی جداشده و بهصورت جزیرهای بهرهبرداری شوند.
ریز شبکهها دستهای از شبکههای تولید انرژی الکتریکی هستند که شامل واحدهای تولید پراکنده ازجمله سلولهای خورشیدی، توربینهای بادی، توربینهای گاز، سیستم ذخیرهساز انرژی و غیره میباشند. همچنین میکروگریدهای چندگانه شبکههای توزیع فعال، متشکل از میکروگریدها و تولیدات پراکنده هستند که انعطاف بالایی دارند. در فضای تجدید ساختاریافته و بازار برق باید مشوقهای لازم از دیدگاه اقتصادی برای این منابع ایجاد شود که چنین شبکههایی بانفوذ بالای منابع تولید پراکنده قابلیت شکلگیری داشته باشند؛ بنابراین برنامهریزی بهینه از این شبکهها در بازارهای برق حائز اهمیت است . توسعه تکنولوژی میکرو گرید میتواند کارایی اقتصادی و فنی شبکههای توزیع را بهصورت چشمگیری بهبود بخشد.
در این تحقیق، مسئله طراحی و بهینهسازی ساختاری یک شبکه شامل منابع انرژی تجدید پذیر مدرن با در نظر گرفتن محدودیتهای تغییر تولید واحدهای تولید پراکنده ازجمله نیروگاه بادی، خورشیدی، دیزل ژنراتور انجام خواهد شد.
.2 ادبیات پژوهش
بهینه سازی سایز یک سیستم هیبریدی مستقل از شبکه به طوری که کمترین میزان هزینه را لحاظ کند، توسط کوترولیس - Koutroulis - و دیگران با به کارگیری الگوریتم ژنتیک انجام پذیرفت .[1] نتایج تحقیق آن ها این مسئله را تائید کرد که استفاده از سیستم هیبرید بادی-خورشیدی هزینه کمتری نسبت به یک سیستم فقط بادی یا خورشیدی داراست. درروش مورداستفاده ی آن ها، پارامترهایی مثل زاویه ی شیب در پانل های خورشیدی و ارتفاع توربین های بادی از عوامل تأثیرگذار بر هزینه ها و انرژی خروجی بودند
آگبوسو - Agbossou - و همکارانش [2] یک سیستم هیبرید شامل پی-وی پانل و توربینهای بادی کوچک به همراه پیل سوختی برای الکتریسیتهی مازاد، طراحی کردند. آنها آزمایشهایی انجام دادند و بر این اساس روی روشهای کنترل برای بهینهسازی طراحی و ادغام پیلهای سوختی به سیستم، کارکردند. بر اساس نتایج، این سیستم برای کاربردهای مناطق بدون دسترسی قابلقبول است. طبق محاسبات آنها، در شرایط آب و هوایی نامطلوب، استفاده از پیلهای سوختی PEM قدرت الکتریکی پایداری را برای یک پایگاههای مخابراتی فراهم کرد و اینکه پیلهای سوختی به سوییچ سریع بارها پاسخ میدهند. همچنین بازدهی کلی سیستم در تبدیل هیدروژن به الکتریسیته بیش از 42% تعیینشده بود.
شاهید و الهدیدی - Shaahid and Elhadidy - امکان فنی و اقتصادی یک سیستم هیبرید خورشیدی-دیزل-باتری برای نیاز یک ساختمان 620 000 kWh/hear را محاسبه کردند. به این منظور اطلاعات شدت تابش خورشید در Dahran موردبررسی قرار گرفت. سیستم طراحی و ساختهشدهی آنها شامل 80 کیلووات انرژی خورشیدی و 175 کیلووات دیزل بود. دیگر پارامترهای در نظر گرفتهشده در این تحقیق شرایط برآورده نشدهی بار، انرژی الکتریسیتهی مازاد، کاهش آلایندههای هوا و هزینهی انرژی برای سناریوهای مختلف بود
در تحقیقی دیگر در سال 2008، بکالی - Beccali - و دیگران یک سیستم متصل به شبکه را برای سناریوهای مختلفی مدل سازی کردند. نتایج این تحقیق بیانگر این بود که پیل سوختی هیدروژنی این توانایی را دارد که رفتارهای متناوب مولدهای انرژی های تجدید پذیر را حذف کند و از طرفی الکتریسیته ی مازاد را نیز ذخیره کند. آن ها همچنین با بررسی های خود اثبات کردند که یک پیل سوختی تغذیه شده با لوله های هیدروژن می تواند تحت شرایطی قابل رقابت با پیل های سوختی متداول باشد، به طوری که قیمت هیدروژن به نصف برسد و قیمت الکتریسیته دو برابر شود .[4] بعلاوه، در سیستم های انرژی های تجدید پذیر مدل ها وابستگی بالای به شرایط آب و هوایی و مشخصات بار منطقه داشتند
در ارتباط با امکان پذیری یک سیستم هیبریدی که از هیدروژن به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می کند، تحقیقی در نیوفاندلند کانادا توسط خان و ایکبال - Khan and Iqbal - انجام پذیرفت. آن ها محاسبات خود را با نرم افزار هومر از طریق استفاده از انرژی های تجدید پذیر و متداول مختلف به همراه تکنیک های ذخیره انرژی متفاوت انجام دادند. انرژی بادی- دیزل-باتری به عنوان امکان پذیرترین حالت با توجه به منابع مالی موجود انتخاب شد. هرچند، کاهش 15% در پیل سوختی می توانست انرژی بادی-پیل سوختی را جذاب تر کند
در استفاده ی دیگری از نرم افزار هومر، بارسوم و وسنت - Barsoum and Vacent - در طراحی و آنالیز یک سیستم هیبریدی از روش گاز فشرده برای ذخیره ی هیدروژن استفاده کردند. نتایج حاکی از این بود که سیستم گاز فشرده اقتصادی ترین روش را برای ذخیره ی هیدروژن پیشنهاد می کند
در حالت کلی در حال حاضر استفاده از پیل های سوختی به عنوان ذخیره کننده های انرژی ازلحاظ اقتصادی به صرفه نیستند. این به دلیل هزینه ی بالای عمل الکترولیز و همچنین خود پیل سوختی و بازدهی پایین چرخه ی الکتریسیته-هیدروژن-الکتریسیته می باشد، بنابراین هزینه ی بالای پیل های سوختی باید بر اساس میزان بودجه در سرمایه گذاری به صورت جدی محاسبه شود
