:
ریزشبکهها شبکه‌هایی با مقیاس های کوچک در سطح ولتاژ فشار ضعیف هستند که برای تامین بارهای گرمایی و الکتریکی مکان های کوچک و مکان هایی که قابلیت دسترسی به شبکه اصلی برق را ندارند، به کار می‌روند. ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف‌کننده‌ها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاستهای قیمت گذاری در بازار برق صورت می‌گیرد. مناطق دور افتاده، معمولاً با مشکل عدم ارتباط با شبکه اصلی برق مواجه هستند. ریز شبکه‌ها می‌تواند یک راهکار مناسب برای تولید انرژی با در نظر گرفتن مسائل زیست‌محیطی و اقتصادی برای این مناطق باشند. در این پایان‌نامه تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، مورد بررسی قرار می‌گیرد. سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربین‌های بادی، آرایه‌های خورشیدی، سلول‌های سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد. اهداف این پایان‌نامه کمینه‌سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست‌محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینه‌های سیستم شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزل‌ژنراتور میباشد. در این پایان‌نامه از نرم‌افزار GAMS که یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تجاری بهینه‌سازی است، استفاده شده‌است.
فصل اول: پیشگفتار
1-1- پیشگفتار
با پیشرفت جوامع بشری نیاز به انرژی افزایش چشم‌گیری یافته است. این نیاز جوامع بشری را به سمت منابعی جدید و پر بازده‌تر سوق می‌دهد. در ضمن صنعتی شدن و افزایش مصرف خانگی منجر به افزایش غیر قابل پیش‌بینی تقاضا برای انرژی برق شده است. همه این موارد باعث تولید روز افزون گازهای آلوده کننده محیط زیست می‌شوند[1].
منابع انرژی تجدیدپذیر[1] در دهه های اخیر با افزایش هزینه سوخت های فسیلی و با هدف تولید انرژی پاک، بسیار مورد توجه کشورهای صنعتی قرار گرفته است. این امر موجب پیشرفت های بسیاری در بهره برداری از این منابع گردیده است؛ ولی منابع انرژی تجدید پذیر دارای رفتاری متغیر می‌باشند و در نتیجه نمی‌توان تولید را به درستی پیش بینی کرد. به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم، بكار‌گیری از دیزل ژنراتورها[2] برای پاسخ گویی به تقاضای بار در سیستم های مستقل از شبكه به طور گسترده ای رایج می باشد[2]. اما خطر كمبود و پایان پذیری منابع انرژیهای فسیلی، رشد روز افزون قیمت سوخت های فسیلی و حاد شدن مسایل زیست محیطی به دلیل افزایش غیر طبیعی انواع مختلف تركیبات زیان‌آور از جمله گازهای گلخانه‌ای نیز از دلائل بالا رفتن انگیزه كشورها در استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر میباشد.
استفاده از منابع تجدید پذیر با در نظر گرفتن همه مزایا و معایب، شاخه ای در صنعت برق به وجود آورده است؛ که به بررسی محدودیت های بهره برداری سیستم های ترکیبی[3] ، بهینه‌سازی بهره برداری[4] سیستم، کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی، بهبود هزینه تمام شده سیستم و به طور کلی بهره‌برداری بهینه از ریزشبکهها[5] و شبکه‌های هوشمند[6] می‌پردازد.
ریزشبکهها، شبکه‌هایی با مقیاس های کوچک هستند؛ در سطح ولتاژ فشار ضعیف که با بهره گرفتن از تکنولوژی CHP[7] ، برای تامین بارهای گرمایی و الکتریکی مکان های کوچک و مکان هایی که قابلیت دسترسی به شبکه اصلی برق را ندارند، به کار می‌روند. به عبارت دیگر ریزشبکه ها در اصل یک شبکه توزیع فعال می باشند که از سیستم های DG[8] با بارهای متفاوت در سطوح ولتاژ توزیع تشکیل شده است[3].
ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف‌کننده‌ها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاست های قیمت‌گذاری در بازار برق صورت می‌گیرد. استفاده از ریز شبکه ها موجب ارائه توان با کیفیت بالاتر[4]، افزایش قابلیت اطمینان[9] سیستم و کاهش هزینه‌ها، تلفات و آلودگی در شبکه توزیع می‌شود. با توجه به استفاده از فنآوریهای جدید مانند
توربین‌های بادی[10] و سلول‌های خورشیدی[11] در ریزشبکهها و نیز ماهیت تصادفی منابع تجدیدپذیری مانند باد و خورشید، مدیریت و بهره برداری بهینه و ایمن از این شبکه ها به یکی از اولویت های تحقیقاتی پژوهشگران در این زمینه تبدیل شده است[5].
2-1- تعریف مسئله
ریزشبکهها برای تامین انرژی انواع مصرف کنندهها همچون خانگی، صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برآورد هزینه آنها بر اساس سیاستهای قیمت گذاری در بازار برق صورت می‌گیرد. مناطق دور افتاده، معمولاً با مشکل عدم ارتباط با شبکه اصلی برق مواجه هستند. ریز شبکه‌ها می‌تواند یک راهکار مناسب برای تولید انرژی با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی و اقتصادی برای این مناطق باشند. در این پایان نامه تعیین سایز بهینه یک سیستم ترکیبی مستقل از شبکه، مورد بررسی قرار می‌گیرد. سیستم ترکیبی مورد مطالعه متشکل از توربین‌های بادی،آرایه خورشیدی، سلول‌های سوختی با ذخیره ساز هیدروژنی و دیزل ژنراتور میباشد. اهداف این مقاله کمینه سازی هزینه سیستم و کاهش آلودگی زیست محیطی در دوره مورد مطالعه میباشد. هزینه‌های سیستم شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه جایگزینی و هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه اجزای سیستم و هزینه مصرف سوخت دیزل‌ژنراتور میباشد. در این پایان‌نامه از نرم‌افزار GAMS که یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تجاری بهینه‌سازی است، استفاده شده‌است.
ریزشبکه در نظر گرفته شده انرژی مورد نظر خود را از توربین بادی، آرایه های خورشیدی، سلول سوختی و دیزل ژنراتور بدست می‌آورد. ذخیره ساز هیدروژنی شامل الکترولایزر میباشد که اضافه توان تولیدی را به عنوان منبع تامین کننده در هنگام نقصان تولید توان، ذخیره میکند. دیزل ژنراتور به عنوان یک منبع پشتیبان عمل میکند. درساعاتی از روز كه توربین‌های بادی و آرایه های خورشیدی به تنهایی قادر به تامین بار نمی باشند، سیستم ذخیره ساز با تولید برق در تامین بار مصرفی سهیم می‌گردند. همچنین بسیاری از سیستم‌های مختلط برای پاسخ گویی به پیک بار در زمان‌های كوتاهی‌كه انرژی تولید شده از منابع انرژی موجود، قادر به تامین تقاضا نمی‌باشند به دیزل ژنراتور مجهز شده اند.
در فصل دوم پایان نامه به بررسی اجزای تشکیل دهنده ریز شبکه ها و بر تحقیقات انجام شده خواهیم پرداخت.
در فصل سوم پایان نامه الگوریتم شبیه سازی به همراه قیود و توابع هدف در پایان نامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در فصل چهارم نتایج شبیه‌سازی آورده شده است و مورد بحث قرار می‌گیرد. در فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادات ادامه کار آورده شده است.
فصل دوم: معرفی اجزای ریزشبکه و پیشینه تحقیق
1-2- معرفی ریزشبکه ها
ریزشبکهها به صورت مجموعه‌ای از منابع كوچك تولید انرژی می‌باشند كه به شبكه اصلی متصل می‌گردند. ریزشبکهها به صورت سیستم‌های تولید همزمان گرما و الكتریسیته (CHP) در مقیاس‌های كوچك و ولتاژهای كم [1](LV) طراحی شده‌اند كه بارهای گرمایی و الكتریكی تعداد محدودی از مشتركین را فراهم می‌نمایند. با اتصال چند ریزشبکهها به یكدیگر می‌توان نیازهای گرمایی و الكتریكی مشتركین بیشتری را فراهم نمود. بهره‌برداری مؤثر از گرمای تلف شده در سیستم‌های CHP یكی از مهم‌ترین مزایای ریزشبکهها به شمار می‌رود. منابع تولید پراكنده مورد استفاده در ریزشبکهها می‌توانند شامل انواع مختلف تكنولوژی‌های تولید با انتشار ناچیز كربن در هوا باشند. به طور معمول ریزشبکهها در دو حالت بهره‌برداری می‌شوند: متصل به شبكه و جزیره‌ای[2] در هر دو حالت بهره‌برداری، ریزشبکهها تأثیراتی را بر مشتركین و همچنین شبكه اصلی خواهند داشت. در این فصل منابع انرژی تولید پراکنده مورد استفاده در ریزشبکهها، سیستم ذخیره ساز انرژی و تأثیرات فنی، اقتصادی و زیست محیطی ریزشبکهها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
در شکل 1.2 یک ریزشبکه متشکل از از منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر به همراه ذخیره‌ساز باطری و متصل به شبکه برق آمده‌است.
ریزشبکهها تأثیرات قابل توجهی را بر بازارهای گاز و برق در آینده خواهند داشت. برای استفاده از مزایای ریزشبکهها می‌بایست مشاركت آنها را در بازارهای گاز و برق توسعه داد. برای دستیابی به این امر می‌بایست اصلاحات مناسب در بازار انجام شود و همچنین انگیزه‌های مالی برای سرمایه‌گذاری افراد در زمینه ریزشبکهها فراهم گردد[6].
اخیراً تغییرات عمده‌ای در بازار برق برخی كشورها در حال انجام است. مشاركت ریزشبکهها در بازار سبب افزایش كیفیت توان سرویس در شبكه اصلی خواهد شد. ریزشبکهها می‌توانند سرویس‌های جانبی مهمی نظیر تنظیم ولتاژ از طریق تأمین توان راكتیو یا ذخیره توان را برای شبكه اصلی فراهم نمایند.
با افزایش نگرانی‌های مربوط به گرم شدن كره زمین و آلودگی‌های زیست محیطی، بسیاری از كشورها بر اساس معاهده كیوتو سعی در كاهش انتشار كربن نموده‌اند. طبق این معاهده می‌بایست انتشار كربن به میزان 50 درصد تا سال 2050 كاهش یابد. از این رو توجه بسیاری از كشورها به استفاده از منابع سازگار با طبیعت شامل ژنراتورهای با انتشار كم كربن معطوف شده است. استفاده از این گونه منابع در ریزشبکهها تأثیرات بسزایی را در كاهش آلودگی‌های زیست محیطی خواهند داشت. عملكرد این منابع به نحوی است كه پس از ارزیابی سطح آلودگی منتشر شده در محیط، اطلاعات لازم را برای منابع تولید پراكنده ارسال كنند. احتمالاً در آینده قوانین و مقرراتی مبنی بر كاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و همچنین ذرات معلق موجود در هوا وضع گردد[7].
در ادامه منابع انرژی تولید پراکنده تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر بکاررفته در ریزشبکهها را مورد بررسی قرار داده و با سیستم ذخیره‌ساز هیدروژنی آشنا خواهیم شد.
[1] Low Voltage
[2] Isolated
[1] Renewable Sources.
[2] Diesel Generator.
[3] Hybrid System
[4] Operation Optimization
[5] Micro grid
[6] Smart grid
[7] Combined Heat and Power
[8] Distributed Generation
[9] Reliability
[10] Wind Turbines
[11] Solar Cells
فرم در حال بارگذاری ...