وبلاگ

با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، کلیه کشورها با مشکل انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه مردم مسأله­ای اساسی است. انرژی در تمام شئون جامعه انسانی رسوخ کرده و جنبه­ های مختلف آن از زندگی روزانه خانوادگی گرفته؛ تاسیسات جهانی و بین ­المللی و طرح­های توسعه ملی را تحت تأثیر قرار داده است. نگاهی گذرا به آمارهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی در ایران بیانگر نیازمندی به افزایش سالانه ظرفیت 5000 مگاوات در بخش تولید جهت تأمین تقاضای بار می­باشد. بر اساس برنامه ­ریزی­های انجام شده انتظار می­رود ظرفیت نصب شده نیروگاه­های کشور تا پایان سال 1392 به رقمی معادل 72550 مگاوات بالغ گردد. از سوی دیگر محدود بودن منابع فسیلی تأمین انرژی، و تأثیرات نامطلوب زیست محیطی  ناشی ازسوختهای فسیلی، بخش قابل توجهی از تحقیقات و فعالیت­های پژوهشی در حوزه ی انرژی را به  موضوع انرژی های نو و تجدید پذیر معطوف نموده است (Phillipson and Willis 1999, 123-156; Griffin et al 2000, 9; Zareipour, Bhattacharya and Canizares 2000, 9-10; Barker and De Mello 2000, 1645-1656 ). یکی از راهکارهای اساسی به منظور حل مشکلات مطرح شده استفاده از میکروگریدها است. میکروگرید شبکه ای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع است که از پیوستن  تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی  در سیستم­های ولتاژپایین یا متوسط شکل می­گیرد در واقع یک شبکه­ میکروگرید با ترکیبی از انرژی­های تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع می ­پردازد، که ازطریق یک نقطه­ی ­کوپلنگ مشترک به شبکه توزیع متصل می­ شود (Hatziargyriou et al 2004, 12; Lasseter 2010, 225-234). منابع تولید پراکنده مورد استفاده در میکروگریدها بر خلاف نیروگاه­های مرسوم در شبکه قدرت از نوع منابع  [1]DER می باشند که به کمک ادوات الکترونیک قدرت انعطاف لازم را به منظور تنظیم ولتاژ، فرکانس و توان در هنگام اتصال به شبکه داشته باشند.
تفاوت بین منابع مورد استفاده در میکروگریدها و نیروگاه های مرسوم در صنعت برق شامل موارد زیر می­باشد:
1- منابع مورد استفاده در میکروگریدها دارای ظرفیت کمتری نسبت ژنراتورهای مرسوم در نیروگاه­های بزرگ برق می­باشند.
2- تولید انرژی الکتریکی در منابع میکروگرید بر خلاف ژنراتورهای مرسوم در شبکه ی برق، در سطح ولتاژ توزیع اتفاق می­افتد.
3- منابع مورد استفاده در میکروگرید بر خلاف نیروگاه­های بزرگ در نزدیکی مصرف کننده­ها نصب می شوند تا بارها را با فرکانس و ولتاژ مناسب تامین نموده و باعث کاهش تلفات در خطوط انتقال شوند (Katiraei and Iravani 2006, 167).
از طرفی دیگر، ایران از لحاظ وضعیت جغرافیایی در شمار کشورهایی است که بهره ­برداری از منابع انرژی­های نو در آن ممکن می­باشد. یکی از اهداف بلند مدت صنعت برق کشور بکارگیری بیش از پیش انرژی­های نو و منابع تجدیدپذیر انرژی برای کاهش انتشار آلاینده­های زیست محیطی و کاهش مصرف سوخت­های فسیلی می­باشد. در طول یک دهه گذشته توسعه منابع تولید پراکنده به طور وسیعی رشد یافته است. در طی این فرایند شبکه توزیع به یک نگرانی بزرگ برای افراد تبدیل شده است. دلیل اصلی آن این است که این منابع تولید پراکنده در سطح ولتاژهای متوسط و بالا به شبکه توزیع متصل می­شوند، و طوری طراحی شده ­اند که بارها به صورت غیرفعال هستند و شارش توان فقط از پست­ها به سمت بار می­باشد و نه برعکس­. به همین دلیل مطالعات بسیاری برای اتصال میکرو گریدها به شبکه توزیع انجام شده است، از بحث های کنترلی گرفته تا حفاظت، پایداری ولتاژ، کیفیت توان و خیلی موارد دیگر. واحدهای تولید توان کوچک، که معمولاً در نزدیک بار قرار دارند، به عنوان یک گزینه برای تامین نیاز افزایشی به انرژی الکتریکی مشترکان، با تاکید بر قابلیت اطمینان و کیفیت توان و سایر ملاحظات مربوط به مسائل اقتصادی، زیست­محیطی ومزایای فنی، در نظر گرفته خواهند شد (Piagi and Lasseter 2006, 8).
با این حال، با توجه به نفوذ بیش از پیش منابع تولید پراکنده، شبکه توزیع فشار ضعیف را دیگر نمی­توان به عنوان یک عنصر غیرفعال

 متصل به شبکه انتقال در نظر گرفت که تنها شارش توان یک­طرفه به سمت آنها برقرار باشد. همچنین تاثیر منابع تولید کوچک در شبکه فشار ضعیف بر روی تعادل توان و کنترل فرکانس بسیار مهم­تر خواهد شد.

در پروژه­ های تحقیقاتی که تاکنون انجام شده است، میکروگرید این چنین تعریف می­ شود: تجمیع منابع تولید توان کوچک در شبکه فشار ضعیف در سطح وسیع.
یک تعریف کامل از میکروگرید به شکل زیر ارائه شده است:
میکروگرید شامل سیستم توزیع فشار ضعیف با منابع تولید پراکنده (میکروتوربین، سلول سوختی، فتوولتائیک و. . . ) به همراه ادوات ذخیره­ساز (فلایویل، خازن­های انرژی و باتری­ها) است. چنین سیستمی می ­تواند به طور غیر مستقل زمانی که به شبکه متصل است و به طور مستقل زمانی که از شبکه جدا شده است، عمل کند. بهره ­برداری از منابع کوچک توان در شبکه در صورتی که به طور مناسب مدیریت و هماهنگی شود، می ­تواند مزایای زیادی را برای کل سیستم داشته باشد، 3 نکته مهم در این تعریف وجود دارد:
1- میکروگرید جایگاهی برای تجمیع منابع سمت تغذیه (منابع تولید کوچک) و منابع سمت مصرف (ذخیره کننده­ها و بارهای کنترل­پذیر) می­باشد که در یک شبکه توزیع محلی قرار گرفته است.
2- یک میکروگرید باید قادر باشد که هم در شرایط عادی (متصل به شبکه) و هم حالت اضطراری (جدا از شبکه) به کار خود ادامه دهد.
3- تفاوت بین یک میکروگرید و یک شبکه غیرفعال که در آن ریزمنابع وجود دارند، به طور عمده در شیوه مدیریت و هماهنگی منابع موجود تولید توان می­باشد.
یک میکروگرید می ­تواند در اندازه­ های متفاوتی باشد. مثالی از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیف، در شکل 1-1 نشان داده شده است. هرچقدر که سایز میکروگرید بیشتر باشد باید با خازن­های متعادل­کننده و تجهیزات تولیدی بیشتر از توقف در سمت تولید و سمت مصرف جلوگیری شود، اما در حالت کلی، ماکزیمم ظرفیت میکروگرید (در حالت پیک بار مورد تقاضا) به چند MW محدود می­ شود. بیشتر از این مقدار ظرفیت به عنوان مفهوم میکروگرید چندگانه[2] تلقی می­ شود که با جدا کردن منابع به عنوان میکروگرید­های جدا از هم، بررسی می­ شود (Katiraei et al 2008, 54-65; Lasseter 2002, 305-308  ).
از لحاظ فنی میکروگرید از اتصال منابع تولید کوچک به شبکه فشار ضعیف  به وجود می­آید. که معمولاً به وسیله ادوات کنترلی مدرن و خصوصا واحدهای الکترونیک قدرت این منابع به شبکه توزیع متصل می­شوند. بنابراین یک گروه کنترل شده از منابع انرژی متصل به شبکه فشار ضعیف، اما در عین حال قابل کار کردن به صورت مستقل از شبکه (جزیره­ای) می ­تواند به عنوان یک تعریف از میکروگرید باشد.
بهره ­برداری هماهنگ و کنترل ریزمنابع با یکدیگر و با منابع ذخیره­ساز مانند فلایویل، خازن­های انرژی، باتری­ها و بارهای کنترل­پذیر مانند آب ­گرمکن و تهویه هوا، در قلب مفهوم میکروگرید جای دارد. از نقطه نظر شبکه یک میکروگرید می ­تواند به عنوان یک نهاد کنترل شده درون سیستم قدرت در نظر گرفته شود، که می ­تواند به عنوان یک بار تجمیع شده مستقل عمل کند.
2-1- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت تحقیق
در بیش از نیم قرن گذشته توسعه سیستم قدرت بر اساس متمرکز سازی واحد های نیروگاهی با ظرفیت بالا در مکان­های محدودی استوار بوده است؛ که در این صورت، سطح ولتاژ برای انتقال به مکان­های دوردست از طریق خطوط انتقال بهHV ، EHV و UHV افزایش می­یابد. سپس این سطح ولتاژ هنگام عبور از سیستم انتقال ولتاژ بالا[1] به سیستم توزیع ولتاژ متوسط[2]  و سیستم توزیع ولتاژ پایین[3] کاهش می­یابد تا اینکه توان الکتریکی به مصرف کننده­ها برسد. در طول سال­ها، بروز مشکلاتی باعث گرایش روزافزون به استفاده از ژنراتورهایی با اندازه کوچک شده که به شبکه توزیع محلی متصل بوده و به آن ها منابع تولید پراکنده اطلاق می­ شود. از مزایای استفاده از منابع تولید پراکنده می­توان به سازگاری با محیط زیست، رفع محدودیت ساخت و ساز خطوط انتقال جدید، افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع، کاهش استفاده از منابع سوخت­های فسیلی و کمک به خصوصی­سازی شبکه برق اشاره نمود. واحدهای تولید پراکنده را می توان با بهره گرفتن از منابع انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر و با بهره گرفتن از تکنولوژی مدرن و یا متداول ساخت.
یک میکروگرید قسمتی از شبکه توزیع است که در برگیرنده منابع تولید پراکنده، ادوات ذخیره کننده انرژی و انواع بارهاست. از آنجا که در هر میکروگرید از چندین منبع  تولید پراکنده استفاده می­ شود، ایجاد هماهنگی بین این منابع و مشخص کردن میزان تولید هر یک از آنها بسیار حائز اهمیت است. با رشد روزافزون تقاضای انرژی و پیشرفت­هایی که در زمینه تولیدات پراکنده صورت گرفته است، استفاده از منابع تولید پراکنده که قسمت عمده  میکروگرید ها را تشکیل می­ دهند در حال افزایش می­باشد. میکروگرید­ها شبکه­ های فشار متوسط یا فشارضعیف توزیعی هستند که از دید شبکه فوق توزیع بصورت یک بار قابل کنترل، و از دید مصرف کننده­ های محلی مانند منابع تولید نسبتا ارزان قیمت و پاک انرژی می­باشند. استفاده از منابع تولید پراکنده در قالب میکروگریدها باعث کاهش توان عبوری از خطوط انتقال، به تاخیر افتادن توسعه بخش­های تولید و انتقال، کاهش مصرف سوخت­های فسیلی و افزایش راندمان سیستم قدرت می­گردد. در کنار فواید گفته شده،  میکروگریدها باعث ایجاد مشکلاتی نیز می­شوند. از آنجا که هر میکروگرید شامل انواع مختلفی از منابع تولید پراکنده می­باشد، هماهنگی عملکرد این منابع و ایجاد یک روش مناسب جهت تولید بهینه میکروگرید الزامی است. در یک تقسیم بندی کلی میکروگریدها در دو حالت بهره ­برداری مورد استفاده قرار می­گیرند. حالت متصل به شبکه که در این مود عملکردی میکروگرید توسط یک ترانس کاهنده به شبکه بالادست متصل بوده و با در نظر گرفتن مقدار تقاضای بار از سوی مصرف کننده­ها و همچنین قیمت برق تولیدی منابع تولید پراکنده و قیمت بازار برق، انرژی به شبکه تحویل داده یا از شبکه می­گیرد. در این حالت فرکانس مرجع همان فرکانس شبکه اصلی می­باشد. دیگر مود عملکردی را حالت جزیره­ای می­نامند. در این حالت میکروگرید به صورت عمدی، جهت سرویس یا به دلیل بروز خطا از شبکه اصلی جدا می­ شود. با توجه به در دسترس نبودن شبکه جهت تامین بارها، منابع تولید پراکنده موجود در میکروگرید مسئول تامین بار و حفظ فرکانس می­باشند. پایداری فرکانس معمولا توسط ذخیره چرخان و ابر خازن­ها صورت می پذیرد. پس از قطع میکروگرید از شبکه اصلی به دلیل به هم خوردن توازن تولید و بار و همچنین عدم وجود یک فرکانس مرجع، تغییراتی در فرکانس میکروگرید ایجاد می­ شود. میزان تغییرات ایجاد شده در میکروگرید پس از جدا شدن از شبکه اصلی را می­توان با درنظر گرفتن شرایط کنترلی ویژه­ تا حد مطلوبی کاهش داد (Lasseter 2002, 305-308).
[1] – HV
[2] – MV
[3] – LV
[4] – DG
[1]- Distributed Energy Resources
[2] – Multi microgrid