بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله یک راه حل براي طراحی یک سیستم ترکیبی در روستاي کلو - kalov - واقع در شمال غرب ایران با در نظر گرفتن جنبه فنی و اقتصادي را ارائه میکند. براي طراحی این سیستم ، زمان مرجع پروژه 20 سال و یک بودجه در حدود 70000 دلار - تقریبا 260 میلیون تومان - ، که به عنوان یک بودجه برق رسانی روستایی در نظر گرفته شده است
به منظور مدل سازي و حل مسئله از نرم افزار HOMER PRO استفاده شده است. متغیرهاي حساسیت شامل تغییر بار الکتریکی، وضعیت شارژ باتریها و سیستم هاي تولید برق تجدید پذیر در نظر گرفته شده است. علاوه بر این پارامترهاي دیگر طراحی مانند هزینه سوخت، محدودیت مصرف برق مسکونی، نوع باتري، پروفیل بار سالانه، هزینه هاي سرمایه ثابت، و غیره استفاده شده است.
اطلاعات مربوط به منابع تجدید پذیر منطقه مورد مطالعه قرار می گیرد و اطلاعات فنی و اقتصادي هر یک از اجزاي سیستم معرفی می شود . در نهایت، یک شبیه سازي انجام شده و تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از سناریوهاي مختلف توسط متغیرهاي حساسیت سیستم ارائه شده است. یک راه حل مناسب با هزینه اي کمتر از بودجه پایه اختصاصی پروژه به دست می آید
.1 مقدمه
در مناطق دور افتاده از مراکز شهري وجود یک منبع انرژي الکتریکی قابل استفاده براي توسعه فعالیت هاي اساسی روزانه از ساکنان این مکانها بسیار حیاتی است. در مناطق دور افتاده از شبکه هاي توزیع برق معمولا براي تامین برق از ژنراتورهاي دیزلی به علت هزینه نصب و راه اندازي کم، قابلیت اطمینان و بهره برداري ساده استفاده می شود. هزینه هاي - O & M - بهره برداري و نگهداري این نوع ماشین آلات بسیار بالا هستند.
این مقاله یک سیستم کارآمد از لحاظ فنی و اقتصادي که برق را از سوخت هاي فسیلی، برخی از منابع انرژي تجدید پذیر - خورشیدي و بادي - و یک باتري تولید می کند را نشان می دهد. راه حل ارائه شده به دنبال پایداري سیستم در بلند مدت - 20 سال عمر پروژه - با بودجه در حدود 70000 دلار امریکا است، - نرخ تبدیل دلار به ریال در حدود 3700 تومان براي هر دلار برآورد شده است - . براي شبیه سازي و ارزیابی تنظیمات مختلف منابع انرژي موجود، از نرم افزار HOMER استفاده شده است.
در این مقاله، طرح کلی از اجزاي سیستم و اطلاعات پروفیل بار نمایش داده می شود. اطلاعات مربوط به منابع تجدید پذیر در منطقه مورد مطالعه قرار می گیرد، شبیه سازي و تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از متغیرهاي حساسیت سیستم ارائه می شود، راه حل هاي مناسب انتخاب می شود و این راه حل ها باید هزینه پایین تر از بودجه پایه اختصاصی پروژه را داشته باشند. بنابراین این مقاله یک سیستم ترکیبی کارآمد براي تامین برق روستاي کلو را ارائه می کند.
.2 شناسایی ویژگی هاي منطقه
روستاي کلو در شهرستان ورزقان استان آذربایجان شرقی در شمال غرب ایران واقع شده است . در این منطقه 16 خانواده - خانه روستایی - وجود دارد. این روستا در 76 کیلومتري شهر ورزقان قرار دارد. این روستا همچنین داراي یک مدرسه و مسجد می باشد. هدف این مقاله طراحی یک سیستم ترکیبی براي روستاي کلو است. براي تولید یک راه حل عملی از نرم افزار HOMER PRO استفاده می شود. طول عمر طراحی شده تا 20 سال است .
.3 پروفیل بار الکتریکی
در روستاي کلو بار الکتریکی شامل خانه مسکونی ، مسجد مدرسه روستایی ، روشنای ی کوچه ها و روشنایی محوطه مسجد و مدرسه می باشد.
براي صرفه جویی انرژي در خانه ها باید کارهاي زیر انجام شود:
• تخصیص لامپهاي کم مصرف براي هر خانه.
• تخصیص یخچال با استاندارد "کلاس "A به هر خانه.
با مولفه هاي کلیدي که ذکر شده است، صرفه جویی انرژي در حدود 25 ٪ پیش بینی می شود. ویژگی هاي بار مصرفی براي سال اول در جدول 1 آمده است.
جدول :1 ویژگی هاي بار مصرفی خانه هاي روستایی + مسجد
بار مصرفی مدرسه روستایی، روشنایی کوچه ها و محوطه با اطلاعات ارائه شده در جدول2 مشخص می شود.
جدول:2 مشخصات بار مدرسه + روشنایی کوچه ها
.4 منابع تجدیدپذیر
اطلاعات مربوط به منابع انرژي خورشیدي و سرعت باد منطقه در این بخش مورد مطالعه قرار می گیرد. علاوه بر این درجه حرارت محل نیز براي شبیه سازي و تجزیه و تحلیل در نظر گرفته شده است.
A. منابع انرژي خورشیدي
جمع آوري مقادیر دقیق از منابع خورشیدي براي نصب و راه اندازي پنل ها در سایت، مورد نیاز است. در این مقاله، از پایگاه داده اي NASA براي منابع خورشیدي استفاده می شود، چرا که هیچ اطلاعاتی از منابع خورشیدي در ایستگاه هواشناسی منطقه نداریم. از منبع ذکر شده، تابش جهانی متوسط ماهانه در واحد کیلووات ساعت/مترمربع/روز جمع آوري شده است. همانطور که در جدول 3 دیده می شود.
جدول : 3 سطح افقی ماهیانه تابش خورشیدي در محل
همانطور که در جدول 3 دیده می شود، سطح افقی سالانه تابش خورشیدي در کلو 4,58 کیلووات ساعت/مترمربع/ روز است. از داده ها مشخص است که منابع خورشیدي در ماههاي آوریل تا سپتامبر بیشتر است.
B. منابع انرژي باد
میانگین ماهانه سرعت باد در جدول 4 نشان داده شده است.
جدول : 4 میانگین ماهانه سرعت باد
متوسط سرعت باد سالانه در ارتفاع 15 متر بالاتر از سطح زمین 6,53 متر /ثانیه است. ارتفاع از سطح دریا 950 متر در نظر گرفته می شود. داده هاي باد را به نرم افزار HOMER وارد کرده و پروفیل باد را نرم افزار محاسبه می کند. شکل 1 نشان می دهد که ممکن است براي به دست آوردن سرعت در حدود 6 متر/ثانیه به ارتفاع 25 متر از زمین لازم است.
شکل :1 پروفیل باد در کلو
C. منابع دما
جدول 5 مقدار درجه حرارت متوسط ماهانه در روستاي کلو راکه سازمان هواشناسی ارائه کرده است را نشان می دهد. ماه جولاي با 20,44 درجه سانتی گراد بالاترین درجه حرارت را دارد. میانگین سالانه دما 8,74 درجه سانتی گراد است. این ویژگی براي محاسبه دماي پنل هاي خورشیدي فتوولتائیک مهم است.
جدول :5 میانگین ماهانه دما در کلو
.5 انتخاب قطعات سیستم
این مقاله منابع تولید برق از انرژي تجدید پذیر و سوخت هاي فسیلی را با هم ترکیب میکند. در این سیستم از منابع انرژي تجدید پذیر ، ژنراتور دیزلی و یک بانک باتري به عنوان سیستم ذخیره سازي استفاده می شود. اجزاي اصلی سیستم شامل پنل هاي خورشیدي، یک توربین بادي کوچک، ژنراتور دیزلی، بانک باتري و مبدل هستند
معیار انتخاب قطعات در سیستم الزامات فنی، هزینه هاي سرمایه گذاري و هزینه هاي O & M است. قیمتهاي قطعات استفاده شده در سیستم از تحقیقات انجام شده در بازارهاي محلی و بین المللی گرفته شده است. هزینه هاي تعمیر و نگهداري از تجهیزات در چندین مصاحبه با متخصصان ملی و بین المللی تعیین شده است.
A. پنل هاي خورشیدي فتوولتائیک
قیمت پنل هاي خورشیدي با در نظر گرفتن هزینه هاي نصب و راه اندازي، لوازم جانبی نصب و راه اندازي و غیره در حدود 12000 دلار در هر کیلو وات است. طول عمر هر یک از پنل ها حدود 20 سال است که با عمر پروژه برابر است و به همین دلیل هزینه جایگزینی آن صفر است
B. میکرو توربین بادي
توان خروجی یک توربین بادي از رابطه - 1 - بدست می آید:
که در آن ضریب توان توربین، مساحت جاروب شده روتور توربین، چگالی هوا و سرعت باد است.ضریب طول زبري پارامتري است که مجموعه ویژگی هاي زمینی که در آن سیستم توربین بادي نصب شده باشد را نشان می دهد. در این مقاله، براي این ضریب مقدار 0,01 متر استفاده شده است، که براي این منطقه که متشکل از چند درخت است مناسب می باشد.
پارامترهاي دیگر براي سرعت باد را هم بدین ترتیب در نظر می گیریم: K فاکتور وایبل برابر با 2 است. علاوه بر این، ضریب همبستگی برابر 0 ,85 است که تنوع نیروي باد از ساعت به ساعت است. الگوي روزانه نیروي باد 0,25 است که چگونگی نیروي سرعت باد در یک ساعت مشخص از یک روز متفاوت را مشخص می کند . با توجه به تجزیه و تحلیل داده هاي عرضه شده توسط هومر، ساعت 15:00 به عنوان زمان حداکثر سرعت باد در نظر گرفته می شود
قدرت نامی توربین بادي کوچک مورد استفاده در این سیستم 3 کیلو وات است. حداقل سرعت توربین 3 متر/ثانیه و سرعت مجاز 15 متر/ثانیه و حداکثر سرعت مجاز 25 متر/ثانیه است. همه اطلاعات فنی توربین بادي را به هومر وارد می کنیم.
طول عمر یک توربین بادي حدود 10 سال است. قیمت یک واحد توربین سه کیلو وات حدود 7500 دلار است. هزینه جایگزینی آن پس از 10 سال بدون در نظر گرفتن برج توربین و لوازم جانبی 4500 دلار است
C. ژنراتور دیزلی
ژنراتور دیزلی با قدرت نامی 10 کیلو وات در نظر گرفته می شود. طول عمر یک ژنراتور 20 سال است. قیمت ژنراتور دیزلی 10 کیلووات 5000 دلار - ژنراتور مدل SLG164C Stamford Power ساخت چین - است، هزینه O & M از پول هاي جمع آوري شده از مصرف برق خانوار که تقریبا 150 دلار در سال است به دست می آید. در زمان تهیه این مقاله - زمستان - 95، قیمت سوخت دیزل - گازوئیل - در حدود 0,25 دلار 1000 - تومان - است. در این مبلغ هزینه هاي حمل و نقل و ذخیره سازي سوخت در روستاي کلو را هم در نظر گرفته می شود.
D. باتري
ولتاژ اسمی هر باتري VDC 2 و ظرفیت Ah 200 است. که به ترتیب توسط یک رشته از 192 باتري به صورت سري تشکیل شده است
