بخشی از مقاله
چکیده
افزایش روز به روز مصرف کنندگان انرژي سبب گردیده است که واحدهاي تولید پراکنده با حداکثر ظرفیت خود، در شبکه کار کنند. در واحدهايتولید پراکنده، واحدهاي تولید همزمان به دلیل راتدمان نسبتاً خوبی که دارند استفاده می شوند. مهمترین گام در بکارگیري واحدهاي تولید پراکنده، مطالعه اقتصادي و فنی جهت تعیین مکان و ظرفیت مناسب آنهاست. قطعاً بدون شناخت دقیق و انجام مطالعات امکانسنجی نمیتوان به قابلیتهاي بالقوة این تولیدات در شبکههاي توزیع و فوق توزیع منافع اقتصادي حاصل از آن دست یافت.
در این مقاله، احداث واحدهاي تولید پراکنده در پستهاي فوق توزیع در قالب یک مسئله اقتصادي مورد بحث و تحلیل قرار میگیرد. با توجه به اینکه واحدهايCHP در نزدیکی بارمعمولاًشبکه - توزیع - قرار دارند، از مدل ریاضی استفاده شده است.
تابع هدف، یک تابع غیرخطی و ترکیبی از سود و زیان در مدل پیشنهادي در نظر گرفته شده است و براي رسیدن به جواب بهینه، از الگوریتم بهینه سازي استفاده شده است. ضمن اینکه محدودیتهاي فنی مرتبط با ژنراتورهاي سنکرون که سهم عمدة واحدهاي تولیدي را تشکیل میدهد، مورد توجه قرار گرفته استنهایتاً. با انجام چند آزمایش در یک پست فوق توزیع و تحلیل نتایج به دست آمده، کارآیی مدل پیشنهادي نشان داده شده است.
.1 مقدمه
تولید همزمان برق و حرارت یک روش صرفه جویی انرژي است که در آن برق و حرارت بطور همزمان تولید میشوند. حرارت حاصل از تولید همزمان میتواند بمنظور گرمایش ناحیهاي - District Heating - یا در صنایع فرآیندي مورد استفاده قرار گیرد.[1] مرجع [2] یک روش بهینه سازي براي طراحی کارآمد تعداد و مکان کلیدهاي فیدر و واحدهاي تولید پراکنده در یک فیدر حلقه اي شبکه توزیع ارائه داده است.
مرجع [3] در اتوماسیون شبکه توزیع براي جایابی بهینه تجهیزات کلیدزنی به منظور کمینه سازي کلیه هزینه ناشی از قطعی خاموشی ها و هزینه سرمایه گذاري کلیدها الگوریتم ایمن سازي را مورد استفاده قرار می دهد. مرجع [4] جایابی بهینه ریکلوزرها و واحدهاي تولید پراکنده را براي بهبود امنیت - پروفیل ولتاژ و توان تلفاتی - و مرجع [5] مسأله تعیین تعداد و مکان کلیدهاي کنترل از راه دور را با هدف بهبود زمان جداسازي خطا و بازیابی توان به عنوان شاخصی از قابلیت اطمینان شبکه مورد بررسی قرار می دهد.
مرجع [6] جایابی بهینه کلیدهاي جداکننده و ادوات حفاظتی را در نقاط حساس شبکه توزیع به منظور بهبود کیفیت توان منبع و شاخص هاي قابلیت اطمینان شبکه انجام میدهد. مرجع [7] روش جدیدي را براي جایابی بهینه کلیدهاي جداکننده در شبکه هاي توزیع ارائه می دهد. بازه مربوط به تعداد کلیدهایی که بایستی در شبکه نصب شوند، به دقت تعیین می شود
مرجع [8] که در آن امکان بهرهگیري از واحد هاي تولید پراکنده به عنوان منابع تغذیه پشتیبان در نظر گرفته شده است. مراجع [9] و [10] الگوریتم کلونی مورچگان براي تعیین مجدد مکان بهینه کلید و واحدهاي تولید پراکنده پیشنهاد شده است.
تغییر ساختار در صنعت برق، موجب دگرگونی قوانین و معیارهاي اقتصادي در سیستم قدرت شده است. این تغییرات فرآیند طراحی و بهرهبرداري از سیستم را تحت تأثیر قرار داده و موجب گردیده است که اهداف، معیارها و محدودیتهاي جدیدي در این پروسهها وارد شود. یکی از پدیدههایی که تجدید ساختار در صنعت برق، نقش مهمی در حضور آن داشته است، پیدایش واحدهاي تولیدي کوچک موسوم به تولید پراکنده - CHP - در سیستم قدرت میباشد. با پیشرفت تکنولوژي، افزایش راندمان و کاهش قیمت فنآوريهاي مرتبط با تولیدات پراکنده و نیز هماهنگی این تولیدات با معیارهاي اقتصادي سیستمهاي قدرت تجدید ساختار شده مانند ریسکپذیري پایین، انتظار میرود CHP نقش فزایندهاي را در صنعت برق بازي کند.
.2 مدل بار پست فوقتوزیع
اجزاي سود و هزینه در تعیین ظرفیت CHP جهت احداث در پست فوق توزیع، به نحوة بهرهبرداري از واحدها مرتبط است. بنابراین به منظور دستیابی به یک پاسخ عملی بهینه، لازم است استراتژي بهینه بهرهبرداري از CHP تعیین و متناسب با آن اجزاي سود و هزینه طرح ارزیابی گردد. به این ترتیب دیگر منظور نمودن بار پست در یک نقطه کاري کافی و مناسب نبوده و میبایست سطوح مختلف بارگذاري در مدلسازي لحاظ گردد.
در دقیقترین حالت میتوان تغییرات سالیانه مصرف را در قالب منحنی ساعتی بار مدل نمود، اما باید توجه داشت که افزایش سطوح بارگذاري موجب افزایش تعداد متغیرهاي تصمیم مسئله شده و حجم و مدت زمان انجام محاسبات را شدیداً افزایش خواهد داد. در این مقاله، اطلاعات بار اکتیو و راکتیو پست در قالب منحنیهاي 24 ساعته روزانه مدلسازي شدهاند. این منحنیها در واقع، نمایندهاي از بارگذاري روزانه در کل سال میباشند و براي مدلسازي تغیرات بار سالیانه از تکرار 365 تایی این منحنیها استفاده شده است.
.1.2 مدلسازي ریاضی سود و هزینه
در این بخش، فرمول بندي ریاضی فواید اقتصادي - مجموعه فواید ناشی از احداث تولید پراکنده در یک پست فوق توزیع - و هزینههاي مرتبط با احداث CHP تحت مالکیت و مدیریت شرکت توزیع، در پستهاي فوق توزیع ارائه میگردد. در این مدلسازي فرض بر این است که شرکتهاي توزیع وظیفه تأمین انرژي مشترکین، مدیریت، طراحی و بهرهبرداري از سیستم توزیع شامل شبکه فشارضعیف، فشارمتوسط و پستهاي فوق توزیع را با هدف کاهش هزینهها، افزایش کارآیی و بهبود سرویس مشترکین به عهده دارند.
.2.2 تعویق در توسعه ظرفیت پست
رشد سالیانه مصرف انرژي الکتریکی توسعه شبکه توزیع را امري اجتنابناپذیر ساخته است. در خصوص پستهاي فوق توزیع، این توسعه معمولاً در قالب افزایش ظرفیت توسط اضافه نمودن ترانسفورماتور مطرح میگردد. همانگونه که در شکل - 2 - نشان داده شده است، با رشد سالیانه مصرف، پیک بار کنونی پست - SDMax - پس از M سال به حد بارگذاري پست - SSMax - رسیده و براي تغذیه بار پس از آن باید ظرفیت ترانسفورماتور پست توسعه یابد.
در صورت احداث واحد تولیدي با ظرفیت DG در پست و با فرض وجود همان نرخ رشد بار سالیانه، پیک توان عبوري از ترانسفورماتور کاهش یافته و پس از N سال به حداکثر بارگذاري آن میرسد. بنابراین زمان توسعه پست به مدت ΔT=N-M سال به تعویق میافتد.
اگر a نرخ رشد مصرف سالیانه بار پست و y نسبت ظرفیت واحد CHP به پیک بار کنونی پست باشد، براي حالت قبل از احداث CHP داریم، میزان سود اقتصادي ناشی از این تأخیر در توسعه پست که در سال M ام حاصل میگردد و معادل ارزش کنونی آن را میتوان به صورت زیر نشان داد:
.3.2 کاهش هزینه تأمین توان اکتیو
در یک بازار برق رقابتی، شرکتهاي توزیع میبایست انرژي الکتریکی مورد نیاز شبکه تحت پوشش خود را از طریق سیستم انتقال خریداري نمایند. توان اکتیو دریافتی از سیستم انتقال شامل دو بخش است: یک بخش بار شبکه توزیع که در سمت ثانویه ترانسفورماتور پست فوق توزیع و ورودي فیدرهاي فشار متوسط اندازهگیري میشود و بخش دیگر به تلفات اهمی ترانسفورماتور پست مربوط میشود. این توان اکتیو دریافتی را به صورت ریاضی میتوان از رابطه زیر محاسبه کرد.
بنابراین در این حالت، هزینه سالیانه تأمین بار اکتیو شبکه توزیع که از سیستم انتقال خریداري میشود، برابر است با:
شکل - - - 2 خرید توان اکتیو تابعی از توان اکتیو دریافتی
