بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به رشد چشمگیر استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، بسیاری از کشورهای صنعتی بخش عمده ای از انرژی مورد نیاز خود را از منابع انرژی تجدید پذیر تأمین می کنند. پنل های خورشیدی و توربین-های بادی به عنوان مهمترین منابع تولید پراکنده بر پایه انرژی های تجدیدپذیر می باشند. در این پژوهش طراحی بهینه یک سیستم هایبرید خورشیدی- بادی با ذخیره ساز انرژی ابررسانا بصورت جدا از شبکه برای تامین تقاضای بار یک سایت نظامی مورد مطالعه قرار گرفته است.
هدف بهینه سازی سیستم، تعیین تعداد پنل های خورشیدی، توربین های بادی و ذخیره کننده انرژی ابررسانا ها با هدف کمینه سازی هزینه های تولید انرژی سیستم می باشد. به منظور انتخاب کمترین تعداد مورد نیاز برای ذخیره کننده های انرژی، یک روش و رابطه ای بهبود یافته ارائه شده و سپس توسط یک برنامه کامپیوتری همه حالتهای ممکن مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
امروزه با توجه به افزایش رشد جمعیت و فرایند صنعتی شدن، نیاز بشر به انرژی بیشتر احساس می شود. بدلیل اتمام منابع انرژی های ناشی از سوخت های فسیلی و نگرانی های زیست محیطی ناشی از این منابع، همه توجه ها به سمت استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی شده است. از طرفی تنها عامل بازدارنده توسعه این منابع، توجیه اقتصادی آنها است که بنظر میرسد با گسترش فن آوری و پیش بینی قیمت و اتمام سوخت های فسیلی در آینده، می توان شاهد فراگیر شدن نیروگاه های با انرژی تجدید پذیر بود . - Banerjee and Islam, 2011; Guo et al., 2011; Hosni et al., 2016 -
مهمترین منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر بر پایه انرژی های خورشیدی و توربین های بادی می باشند. ترکیباستفاده از انرژِی بادی و خورشیدی تحت عنوان سیستم های هایبرید نیز در سیستمهای قدرت بسیار پر کاردبرد است. از آنجا که این سیستم ها از خورشید و باد بصورت همزمان تغذیه میشوند، در مقایسه با سیستم هایی که یک منبع برای تولید برق دارند، از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند . - Bae et al ., 2015; Hosni et al., 2016; Algabalawy et al ., 2017 -
پیشرفت های اخیر در تکنولوژی ذخیره سازی انرژی فرصتی برای استفاده از روش های ذخیره سازی مختلف ایجاد کرده که بوسیله آن، اثر تغییرات باد بر روی سیستم قدرت کاهش می یابد. ذخیره سازی انرژی می تواند یک نقش حیاتی برای صاف کردن تغییرات توان بوجود آمده به دلیل نوسان باد، ایجاد کند. این وسایل ذخیره سازی می توانند همچنین برای تقویت باس dcدر طی حالات گذرا استفاده شوند و بدین وسیله ولتاژ پایین آن را از طریق ارائه ی ظرفیت بالا بهبود دهند. - Monai et .al., 2002; Bae et al., 2015 -
در زمینه طراحی سیستم های هایبرید شامل منابع تجدیدپذیر انرژی، مطالعات بسیاری انجام شده است اکثر این روش ها با هدف حداقل سازی هزینه های سیستم و بهبود قابلیت اطمینان تامین بار انجام شده است. در مرجع - Askarzadeh, 2013a - با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تبرید 1 - بازپخت - مبتنی بر جستجوی اشوبی هارمونی گسسته، سه روش بهینه سازی جستجوی آشوب ، جستجوی هماهنگی و شبیه ساز تبرید2 برای تعیین اندازه ی بهینه سیستم هایبرید بادی و خورشیدی با یکدیگر مقایسه شده است.
هدف این مقاله مینیمم کردن هزینه ی کلی سالیانه شامل ارزش سرمایه ی سالیانه و هزینه ی نگهداری سالیانه بوده است. نتایج نشان داده است که روش تبرید گسسته نتایج بهتری نسبت به بقیه روشها دارد. در مقاله - Askarzadeh, 2013b - برای اندازه بهینه سازی سیستم های هیبریدی بادی و خورشیدی از الگوریتم جستجوی هارمونی گسسته استفاده شده است که در عین حال ساده و سرعت محاسباتی بالایی دارد. الگوریتم مورد استفاده در این مقاله به دلیل سرعت محاسباتی بالا قادر است در کمتر از یک ثانیه نتایج امیدوار کننده ای را به دست اورد.
در مقاله - Geem, 2012 - به منظور تعیین سایز سیستم هیبریدی بادی و خورشیدی، با استفاده از فرمول بهینه سازی حداقل کردن هزینه سایز سیستم هیبریدی مد نظر قرار گرفته است و با استفاده از روشهای هوشمند سعی در انتخاب بهینه ترین نقاط کرده است که نتایج ان را در قالب مثال عددی اورده و محاسبه شده است.
در هر سه مقاله - Geem, 2012; Askarzadeh, 2013a, 2013b - از روشهای هوشمند کامپیوتری مانند روش های تبرید و DHSSA3 استفاده شده است اما استفاده از روشهای هوشمند لزوما منجر به انتخاب بهینه ترین جواب نخواهند شد. برای آنکه در چنین موضوعات تحقیقاتی، طراحان باید یکبار محاسبات را انجام داده و بهترین گزینه را انتخاب کرده و سپس به مرحله اجرا وارد شوند. بنابراین صرف زمان بسیار اندک برای طراحی لزوما بهینه نبوده و انتخاب بهینه ترین جواب هدف مهمتری است.
در این مقاله ضمن به چالش کشیدن بهینه یابی به روشهای هوشمند، به منظور انتخاب کمترین تعداد ذخیره کننده های انرژی روش و رابطه ای ارائه شده است. نتایج روش پیشنهاد شده بر روی شبکه نمونه مورد آزمایش قرار گرفته و با سایر مراجع مقایسه شده است. هدف طراحی انتخاب بهینه تعداد سیستم خورشیدی و بادی با ذخیره ساز انرژی ابررسانا بوده به طوری که هزینه های تولید انرژی و تامین تقاضای مطلوب بار سیستم حداقل شود. در این مطالعه تعداد بهینه پنلهای خورشیدی، توربین بادی و ذخیره کننده انرژی ابررسانا برای سناریوهای مختلف شامل تغییر در میزان ظرفیت تولید پنل های خورشیدی و نیروگاه بادی و همچنین تغییر در ظرفیت مصرف بار شبکه، محاسبه شده است.
مدل سازی سیستمهای تولید انرژی هایبرید بادی و خورشیدی
سیستمهای هایبرید تولید انرژی، متشکل از پنلهای خورشیدی - PV - 4، ژنراتورهای بادی - WG - 5، ذخیره ساز انرژی ابررسانا6 - SMES - ، کنترلر7، اینورتر8 و بار9 هستند که در شکل - 1 - نشان داده شده است. پنل های خورشیدی و ژنراتورهای بادی نقش تولید توان الکتریکی را به عهده دارند. ذخیره ساز انرژی ابررسانا به منظور ذخیره کردن مازاد انرژی تولیدی استفاده می شوند تا در زمانهایی که به انرژی آنها نیاز است وارد مدار شده و به کمک پنل های خورشیدی و ژنراتورهای بادی انرژی بار را تامین کنند.
در این میان کنترلر نقش کنترل توان الکتریکی بین واحدهای تولید کننده و ذخیره کننده انرژی الکتریکی را به عهده دارد تا در زمان هایی که انرژی تولیدی این واحدها از توان مصرفی بار بیشتر باشد توان اضافی در ذخیره ساز انرژی ابررسانا ذخیره شده و در غیر این صورت از SMES ها به عنوان یک منبع تولیدی استفاده شود. اینورتر نیز وظیفه تبدیل برق DC به AC را با فرکانس مورد نظر و همچنین وظیفه انتقال توان به بار را بر عهده دارد - Geem, 2012; .Askarzadeh, 2013a,
