پروژه پایانی کارشناسی:منابع تولید پراکنده در استان هرمزگان

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد (قابل ویرایش) به تعداد ۹۰ صفحه است(این فایل برای پروژه پایانی کارشناسی بسیار عالی است و فرمت بندی کامل را دارد)

منابع تولید پراکنده در استان هرمزگان

 

چكيده

این پایان نامه نحوه کنترل نوسان منابع تولید پراکنده در استان هرمزگان ، مورد بحث قرار می دهد. کنترل در تولید انرژی تجدیدپذیر است از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا توان خروجی انواع مختلفی از منابع تولید پراکنده دارای نوسانات زیادی است (به عنوان مثال خورشیدی ، باد )، که برای اتصال به شبکه باید به درستی رفع گردد. در این پایان نامه، برخلاف مفهوم معروف کیفیت توان که برای ارزیابی شکل موج ولتاژ و جریان استفاده می شود، کیفیت توان برای توصیف سازگاری جریانهای برق و شکل موجها با شبکه هرمزگان مورد استفاده قرار میگیرد. در فصل ۱ معرفی پیش‌زمینه‌ای از یکپارچه‌سازی و کنترل منابع تولید پراکنده به‌صورت خلاصه بیان‌شده است. در فصل ۲ تحقیق های گذشته پیرامون این موضوع بررسی شده است. در فصل ۳ مشخصات نیروی خورشیدی، انرژی باد و انرژی موج را  لحاظ نوسان و تناوب بر اساس داده‌های واقعی آزمایشات و داده‌های ترکیبی شبیه‌سازی‌ها و مدل‌سازی مطالعه می‌کند. در فصل ۴ کنترل لایه مبدل نیروی تجزیه‌پذیر نوسانی را به‌عنوان مبنای یکپارچه‌سازی و کنترل منابع تولید پراکنده بررسی می‌کند. در فصل ۵ به نتیجه گیری و پیشنهادت پرداخت.

واژه‌های کلیدی:

شکبه توزیع، تولید پراکنده،  برق استان هرمزگان

 

فهرست مطالب صفحه

۱-کلیات تحقیق   ۱

۱-۱- مقدمه. ۲

۱-۲- انگیزه‌ و پیشینه تحقیق.. ۲

۱-۲-۱- نقش‌ منابع تولید پراکنده در یک نمای جهانی.. ۲

۱-۲-۲- نوسان منابع تولید پراکنده ۳

۱-۲-۳- سیستم‌های EES برای یکپارچه‌سازی شبکه منابع تولید پراکنده دارای نوسان.. ۶

۱-۳- اهداف تحقیق.. ۸

۲-ادبیات تحقیق   ۹

۲-۱- منابع تولید پراکنده ۱۰

۲-۲- نیروگاه گازی.. ۱۲

۲-۳- نیروگاه تولید همزمان برق و قدرت.. ۱۳

۲-۴- نیروگاه بادی.. ۱۷

۲-۵- نیروگاه خورشیدی.. ۲۲

۳-۱- مقدمه. ۲۶

۳-۲- پارامترهای PI در کنترل‌کننده‌های VSC.. 26

۳-۳- EES برای هموارسازی نیروی تجدید پذیر نوسانی.. ۲۹

۳-۳-۱- تغییرات درازمدت و کوتاه‌مدت نیروی تجدید پذیر. ۲۹

۳-۳-۲- کنترل‌های EES برای هموارسازی نوسان نیرو ۳۰

۳-۳-۳- سیستم‌های ذخیره‌سازی چرخ زنجیری، باتری‌های لیتیوم یونی، ابرخازن‌ها و SMES. 31

۳-۴- مشخصات انرژی خورشیدی، موج و باد. ۳۴

۳-۴-۱- انرژی خورشیدی.. ۳۵

۳-۴-۲- انرژی باد. ۳۸

۳-۵- کیفیت انرژی منابع انرژی متغیر. ۴۰

۳-۵-۱- مفهوم کیفیت انرژی.. ۴۰

۳-۵-۲- سطح نیرو ۴۱

۳-۵-۳- مجموع انحراف هارمونیک نیرو ۴۲

۳-۶- خلاصه. ۴۴

۴-نتایج                  ۴۶

۴-۱- مقدمه. ۴۷

۴-۲- مدل‌سازی و کنترل سیستم‌های تحریک الکتریکی مبتنی بر VSC.. 47

۴-۲-۱- VSC متصل به شبکه. ۴۸

۴-۲-۲- VSC متصل به PM SM… 51

۴-۲-۳- VSC متصل به استاتور IM… 52

۴-۲-۴- VSC متصل به چرخنده DFIG.. 54

۴-۳- روش لغو قطب صفر و ریسک‌های آن.. ۵۵

۴-۳-۱- لغو قطب صفر در سیستم‌های کنترل VSC.. 56

۴-۳-۲- ابعاد پنهان ایجادشده توسط قطب لغو شده ۵۷

۴-۴- دو  روش جدید برای محاسبه پارامترهای PI 60

۴-۴-۱- روش مقاومت مجازی.. ۶۰

۴-۴-۲- کنترل فیلتر مرتبه دوم. ۶۱

۴-۵- شبیه‌سازی‌ ۶۲

۴-۵-۱- مدل شبیه‌سازی و صحت سنجی آن.. ۶۲

۴-۵-۲- نتايج شبیه‌سازی.. ۶۵

۴-۶- توسعه فیلترهای انرژی.. ۶۸

۴-۶-۱- تعریف فیلتر انرژی.. ۶۸

۴-۶-۲- فیلتر انرژی متوالی (SEF ) 68

۴-۶-۳- فیلتر  انرژی موازی (PEF ) 69

۴-۶-۴- فیلتر انرژی  هیبریدی (HEF ) 70

۴-۶-۵- SEF مرتبه اول بر اساس ابرخازن.. ۷۱

۴-۶-۶- PEF مرتبه اول مبتنی بر باتری.. ۷۳

۴-۶-۷- HEF مرتبه اول و دوم مبتنی بر FES. 74

۴-۷- نتیجه گیری.. ۷۶

۵-۱- نتیجه گیری.. ۷۸

۵-۲- پیشنهادات تحقیق.. ۷۹

۶-               منابع و مراجع: ۸۰

 

 

فهرست اشكال صفحه

شکل ‏۱‑۱ ترکیب تولید برق جهانی تا ۲۰۴۰ [۱] ۳

شکل ‏۱‑۲ یک سیستم نیروگاه بادی با تعداد زیادی واحدهای تولید انرژی تجدید پذیر. ۵

شکل ‏۲‑۱ نیروگاه گازی[۴] ۱۲

شکل ‏۲‑۲ سیکل توليد همزمان برق و حرارت[۸] ۱۴

شکل ‏۲‑۳ يك سامانه CHP[8] 15

شکل ‏۲‑۴ نیروگاه  بادی[۱] ۱۸

شکل ‏۲‑۵ احداث نیروگاه بادی[۱] ۱۹

شکل ‏۲‑۶اجزا نیروگاه بادی[۵] ۲۰

شکل ‏۲‑۷ نیروگاه بادی[۸] ۲۱

شکل ‏۲‑۸ نیروگاه خورشیدی[۹] ۲۲

شکل ‏۲‑۹ پتانسل نیروخورشیدی[۴] ۲۴

شکل ‏۳‑۱ یک سیستم کنترل معمول VSC و کنترل‌کننده‌های PI در حلقه داخلی.. ۲۷

شکل ‏۳‑۲ساختار اصلی سیستم ذخیره انرژی چرخ لنگر. ۳۱

شکل ‏۳‑۳زنجیره تجمع انرژی تجدید پذیر. ۳۴

شکل ‏۳‑۴داده‌های تولید نیروی خورشیدی کشوری در شش روز، بلژیک ۲۰۱۹٫ ۳۶

شکل ‏۳‑۵داده‌های نیروی خورشیدی در روز دوم فوریه  و روز دوم اوت، بلژیک ۲۰۱۹٫ ۳۶

شکل ‏۳‑۶داده‌های دستگاه نیروی خورشیدی ترکیبی PV در مدت پنج روز در شمال کارولینا، ایالات‌متحده ۳۶

شکل ‏۳‑۷داده‌های نیروی خورشیدی در روز بیست و پنجم و سی‌ام ژوئن، ۲۰۱۲، کارولینای شمالی ، ایالات‌متحده(فارت و سیمونس،۲۰۰۶) ۳۷

شکل ‏۳‑۸تولید نیروی باد افقی در مدت شش روز از OeMAG ، آلمان. ۳۹

شکل ‏۳‑۹سرعت نیروی باد به لحظه کوتاه‌مدت و نیروی #۱ در ۱۸۰ ثانیه. ۳۹

شکل ‏۳‑۱۰ سرعت نیروی باد به لحظه کوتاه‌مدت و نیروی #۲در ۲۴۰  ثانیه. ۴۰

شکل ‏۴‑۱: مدل دستگاه مبدل VSC متصل به شبکه. ۴۸

شکل ‏۴‑۲: نمودار کنترل‌گر VSC متصل به شبکه محلی.. ۵۰

شکل ‏۴‑۳ نمودار کنترل‌گر VSC متصل به PMSM… 52

شکل ‏۴‑۴: نمودار کنترل‌گر VSC متصل به استاتور IM… 53

شکل ‏۴‑۵: کنترل حلقه داخلی VSC.. 56

شکل ‏۴‑۶: نمودار کنترل روش مقاومت مجازی.. ۶۰

شکل ‏۴‑۷ پاسخ‌های پله ولتاژ DC سیستم معیار ۶۳

شکل ‏۴‑۸ پاسخ‌های پله ولتاژ DC مدل توسعه‌یافته. ۶۳

شکل ‏۴‑۹ پاسخ‌های پله جریان محور Q سیستم معیار ۶۴

شکل ‏۴‑۱۰ پاسخ‌های پله‌ جریان  محور Q مدل توسعه‌یافته. ۶۴

شکل ‏۴‑۱۱ مراجع و مقادیر  واقعی جریان محور q تحت پنج حالت مختلف(KA بر حسب زمان) ۶۶

شکل ‏۴‑۱۲ مراجع و مقادیر  واقعی نیروی  واکنشی Q  تحت پنج حالت مختلف… ۶۷

شکل ‏۴‑۱۳ مثال‌ها و شکل SEF. 69

شکل ‏۴‑۱۴ مثال‌ها  و توپولوژی  PEF. 70

شکل ‏۴‑۱۵ توپولوژی  و مثالی از HEF. 71

شکل ‏۴‑۱۶ کنترل و توپولوژی  یک SEF مبتنی بر ذخیره انرژی ابرخازن.. ۷۲

شکل ‏۴‑۱۷ ورودی و خروجی ………………………… ۷۲

شکل ‏۴‑۱۸ مربع ولتاژ خازن  در واحد: سطح ذخیره SEF. 72

شکل ‏۴‑۱۹ کنترل و توپولوژی  PEF مبتنی بر ذخیره‌سازی انرژی باتری.. ۷۳

شکل ‏۴‑۲۰ خروجی ورودی …………………………….. ۷۴

شکل ‏۴‑۲۱ SoC یک باتری : سطح ذخیره‌سازی PEF. 74

شکل ‏۴‑۲۲ کنترل و توپولوژی  HEF مبتنی بر چرخ لنگر چرخنده ۷۵

شکل ‏۴‑۲۳ نیروی خروجی کل و نیروی ورودی HEF مرتبه اول.. ۷۵

شکل ‏۴‑۲۴ نیروی خروجی کل و نیروی ورودی HEF  مرتبه اول.. ۷۵

شکل ‏۴‑۲۵ مربع سرعت چرخشی چرخ لنگر در واحد: سطح ذخیره‌سازی HEF. 76

قسمتی از متن پروژه

۱-۱- مقدمه

در این فصل معرفی پیش‌زمینه‌ای از یکپارچه‌سازی و کنترل منابع تولید پراکنده و ارتباط آن با ذخیره انرژی الکتریکی و سپس انگیزه‌ها و اهداف تحقیق ارائه داده شده است . در پایان این فصل ساختار کلی رساله به‌صورت خلاصه بیان‌شده است.

۱-۲- انگیزه‌ و پیشینه تحقیق

۱-۲-۱- نقش‌ منابع تولید پراکنده در یک نمای جهانی

تولید نیروی جهانی یک تحول بزرگ از یک پروفایل سنتی را تجربه کرده است که در آن سوخت فسیلی بیشترین مصرف را دارد و انواع منابع انرژی نقش قابل‌توجهی دارند و انرژی تجدید پذیر نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. با توجه به پیش‌بینی اقتصادی بلندمدت در بخش انرژی جهان (۱)، تا سال ۲۰۴۰، منابع تولید پراکنده ۵۰ درصد از تولید برق جهان را به خود اختصاص خواهند داد که در آن انرژی خورشیدی و باد ۳۴ درصد خواهد بود. به همین دلیل، افزایش تمایل هم‌دانشگاهیان و هم صنعت، بر مطالعه مشکلات موجود در توسعه منابع تولید پراکنده متمرکز است. علی‌رغم چندین دهه تلاش، این موضوع هنوز به‌طور کامل موردبحث قرار نگرفته است.

سوخت‌های فسیلی عمدتاً به دو دلیل پایدار نیستند. اول، ذخایری محدود هستند و برای بازیابی و استفاده مجدد غیراقتصادی خواهند شد. دوم، انتشار CO2  ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی عامل مهمی برای گرم شدن جهانی هوای کره زمین و تغییر آب‌وهوا است. این مشکل به‌عنوان چالشی بزرگ برای انسان‌ها توسط بسیاری از کشورهای جهان شناخته‌شده است. تلاش‌های بین‌المللی انجام‌شده و انواع اسناد قانونی برای تعیین اهداف کاهش انتشار CO2 امضاشده است.

شکل ‏۱‑۱ ترکیب تولید برق جهانی تا ۲۰۴۰ [۱]

 

منابع انرژی سوخت فسیلی عمدتاً شامل انرژی هسته‌ای و تجدید پذیر هستند. اولی را می‌تواند به دو گروه تقسیم کرد: انرژی شکافت و همجوشی هسته‌ای. انرژی شکافت قبلاً به‌طور تجاری برای تولید برق مورداستفاده قرارگرفته و هم‌چنین یک عامل امیدبخش در تولید انرژی آینده است. بااین‌حال، تولید نیروی هسته‌ای سه عیب دارد: ۱- مثل سوخت‌های فسیلی، منابع سوخت هسته‌ای بر روی زمین محدود هستند؛ ۲- دفع زباله هسته‌ای مسئله‌ساز است و ۳- عموم مردم نگران امنیت هستند و باعث ایجاد موانع سیاسی برای توسعه آن می‌شوند. انرژی همجوشی هسته‌ای به‌طور گسترده به‌عنوان «راه‌حل نهایی » تأمین انرژی در نظر گرفته می‌شود، بااین‌حال، پیشرفت‌های اخیر در تولید انرژی همجوشی هسته‌ای هنوز بسیار دور از برنامه‌های تجاری است. درنتیجه، تولید برق بر پایه منابع متعدد، ازجمله تولید سوخت‌های فسیلی معمولی و پیشرفته، انرژی شکافت هسته‌ای و انواع منابع تولید پراکنده است.

۱-۲-۲- نوسان منابع تولید پراکنده

در این مطالعه، یک منبع انرژی درصورتی‌تبدیل نیروی اولیه تبدیل‌شده به برق متغیر و غیرقابل‌کنترل باشد، انرژی متغیر خوانده می شود. این نیروی متغیر دارای دو جنبه است: نوسان و تناوب. به‌طور خلاصه، نوسان در واقع تغییرات نیروی کوتاه‌مدت است، درحالی‌که تناوب تغییرات بلندمدت و در دسترس بودن آن است.

انرژی تجدید پذیر شامل شش نوع زیر است: انرژی خورشیدی، باد، نیروی دریا (انرژی موج و جزر و مد)، برق‌آبی، زمین‌گرمایی و زیست‌توده / سوخت زیستی. در این مطالعه، تمرکز بر نوسان انرژی تجدید پذیر ازجمله انرژی خورشیدی، باد و موج است. نیروی جزر و مد متناوب است اما در حال نوسان نیست و بقیه منابع بدون دگرسانی و پایدار و قابل‌کنترل هستند.

نفوذ فزاینده نوسان انرژی‌های تجدید پذیر و تزریق متعاقب انتقال نیرو به شبکه مشکلاتی را ایجاد می‌کند که باید به‌درستی کنترل شود. این امر باعث تغییرات فرکانس، تکانه‌های ولتاژ، گردش‌های حرارتی و کنترل بیش‌ازحد وسایل الکتریکی می‌شود. این مشکلات در یک شبکه ضعیف با استفاده از منابع تولید پراکنده در حال بدتر شدن هستند. برای حذف این موانع فنی در راستای توسعه انرژی‌های تجدید پذیر، فن‌آوری‌های ذخیره انرژی الکتریکی (EES) بیشتر و بیشتر موردمطالعه و مورداستفاده قرار می‌گیرند. این مطالعات هنوز برای شرایط پیچیده منابع انرژی متغیر ناکافی هستند و اجرای کنونی در مقیاس‌های کوچک و مراحل اولیه بوده است.

شکل ‏۱‑۲ یک سیستم نیروگاه بادی با تعداد زیادی واحدهای تولید انرژی تجدید پذیر

 

باهدف افزایش ظرفیت برق، کارایی کلی سیستم و کاهش هزینه سرمایه، ایجاد یک تولید نیرو تجدید پذیر در یک سیستم بزرگ با چندین واحد تولید نیروی منفرد، محبوب شده است. این را یک مزرعه، میدان یا نیروگاه برق در زمینه‌های مختلف (مانند نیروگاه بادی، میدان بادی، مزرعه موج و مزرعه خورشیدی) می‌نامند. یک نمونه از چنین سیستمی در شکل ۱-۲ در چنین نیروگاه تجدید پذیری ارائه‌شده است، کنترل‌ها در سه لایه مختلف انجام می‌شوند، که عبارت‌اند از: مبدل، واحد، و لایه سیستم

در لایه مبدل، هدف کنترل اولیه، ایجاد نیروی واکنش‌گر (P & Q) مبدل یا تنظیم فرکانس ولتاژ AC در نقطه اتصال مشترک با توجه به منابع کنترلی داده‌شده توسط کنترل لایه واحد است. دومی بیشتر در مبدل‌های جانبی شبکه معمول است.

در لایه واحد، هدف کنترل، راه‌اندازی هر یک از واحدهای تولید نیروی واحد است، به‌عنوان‌مثال، حداکثر رساندن نیروی اولیه به‌دست‌آمده با کنترل گشتاور، سرعت، قدرت واقعی یا واکنشی در بخش اولیه. منابع تعیین‌شده در این لایه در کنترل مبدل مورداستفاده قرار می‌گیرند، همان‌طور که در بالا توضیح داده شد. کیفیت نیروی خروجی، بر مبنای یک واحد نیز باید در این لایه کنترل شود.

در لایه سیستم، هماهنگی واحدهای تولید برق چندگانه، کیفیت نیرو ویژگی‌های خارجی کل نیروگاه در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر واحدهای تولید برق، یک نیروگاه برق تجدید پذیر می‌تواند شامل دستگاه‌های کمکی مانند EES، انتقال خطا از طریق دستگاه‌های (FRT) و متعادل‌کننده‌های نیرو واکنشی برای بهبود عملکرد کلی سیستم باشد، و عملکرد این دستگاه‌های کمکی نیز بخشی از کنترل لایه سیستم است.

در هر یک از این سه لایه, مشکلاتی وجود دارد, به‌ویژه در یک سیستم یکپارچه. مروری بر این مشکلات در فصل ۲ ارائه‌شده است.

۱-۲-۳-  سیستم‌های EES برای یکپارچه‌سازی شبکه منابع تولید پراکنده دارای نوسان

همان‌طور که ذکر شد, ذخیره انرژی الکتریکی یک راه‌حل امیدبخش‌برای یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدید پذیر است. از آن می‌توان برای پشتیبانی از فرکانس ولتاژ, هموارسازی قدرت, و پشتیبانی FRT استفاده کرد. فن‌آوری‌های EES پیشرفته با توجه به شکل‌های انرژی ذخیره‌شده عبارت‌اند از: پتانسیل مکانیکی, شیمیایی, گرمایی, مکانیکی, الکتروشیمیایی و ذخیره میدان الکترو – مغناطیسی. در این تحقیق, آن‌ها به دودسته ذخیره سبک و ذخیره سنگین طبقه‌بندی می‌شوند.

ذخیره سبک شامل سیستم‌های ذخیره انرژی چرخ لنگر (FESS), ذخیره میدان الکترو- مغناطیسی مانند ابر خازن و ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES ) و گروهی از باتری‌های مقیاس کوچک با بازده بالا است. به‌طورکلی, ذخیره سبک نسبتاً کوچک است اما با بازده چرخه بالا, که به‌صورت نسبت کل خروجی برق به ورودی و پاسخ سریع تعریف می‌شود. زمان تخلیه در نیرو اسمی از ثانیه تا بیش از نیم ساعت است. بازده چرخه ذخیره سبک می‌تواند بیش از ۹۰% باشد, و زمان پاسخ از میلی‌ثانیه به بیش از یک دوره همگام‌سازی شبکه است. بااین‌حال, اغلب ذخیره سبک، به‌جز باتری, مشکل بزرگ تخلیه خود را دارند که پتانسیل آن‌ها را در کاربردهای بلندمدت محدود می‌کند. با توجه به این ویژگی‌ها, ذخیره‌سازی سبک برای کاربردهای کوتاه‌مدت مناسب‌تر است که نیازمند ظرفیت کوچک‌تر اما پاسخ سریع و کارایی زیاد مانند پشتیبانی کیفیت نیرو، انتقال از طریق ظرفیت و تأمین نیروی ترکیبی است.

ذخیره‌سازی سنگین شامل ذخیره بالقوه مکانیکی (مثلاً ذخیره آبی پمپاژی PHS، زیردریا یا ذخیره انرژی هوا CAES), ذخیره‌سازی شیمیایی (ذخیره‌سازی هیدروژن برای سلول‌های سوختی), ذخیره‌سازی انرژی گرمایی (TES), و یک بسته از باتری‌های مصرفی شامل باتری‌های جریان است. ذخیره سنگین را می‌توان برای کاربردهای بلندمدت تنظیم کرد و دبی تخلیه آن بسیار کم و حتی به صفر رساند. ظرفیت نیرو آن از چند مگاوات تا بیش از ۱۰۰ مگاوات است و زمان تخلیه معمول در نیروی مجاز از چند ساعت تا یک روز است. مشکلات ذخیره‌سازی سنگین, بازده پایین واکنش آهسته آن است. بازده معمولی از حدود ۵۰% (برای CAES, TES یا سلول‌های سوختی هیدروژن) به بیش از ۸۵% (PHS) می‌رسد و زمان واکنش بین چند ثانیه و چند دقیقه است. علاوه بر این, برای برخی انواع ذخیره سنگین تعامل با سیستم الکتریکی با جریان نیروی دوسویه مناسب است. به‌عنوان‌مثال, در CAES، پیل‌های سوختی و بیشتر TES, فرآیندهای شارژ و تخلیه با استفاده از دستگاه‌های تبدیل انرژی متفاوت و مجزا حاصل می‌شوند. به همین دلیل, ذخیره‌سازی سنگین برای کاربردهای بلندمدت و بزرگ مانند تغییر زمان, جابجایی بار, راه‌اندازی بدون نور برای واحدهای هسته‌ای و ذخیره دائمی مناسب‌تر است.

بدیهی است که بین ذخیره سبک و سنگین تمایز مشخصی وجود ندارد و این دو در محدوده میانه خود همپوشانی دارند. برای مثال, باتری لیتیوم – یون می‌تواند به‌عنوان یک وسیله ذخیره‌سازی سبک یا سنگین موردتوجه قرار گیرد که به قدرت و ظرفیت انرژی بستگی دارد که درواقع از مزایای هر دو خانواده برخوردار است. بااین‌حال, این طبقه‌بندی در این مباحث بسیار مفید است. در فصل‌های اول و دوم و سوم, یک بحث دقیق‌تر نشان می‌دهد که ذخیره‌سازی سبک، در یک نیروگاه انرژی تجدید پذیر, برای جابجایی نوسانات مناسب است، درحالی‌که ذخیره سنگین برای تناوب مناسب است.

 

۱-۳-  اهداف تحقیق

این مطالعه , نیروگاه انرژی تجدید پذیرمتغیرمجهز به EES  و کاهش مشکلات ناشی از نوسانات نیروی منابع تولید پراکنده را موردبررسی قرار می‌دهد و هدف آن تسهیل تولید برق در مقیاس بزرگ در آینده است. این کار, مطالعه و ارائه راه‌حلی برای کنترل و ادغام شبکه نیروی تجدید پذیر در سه لایه است که در زیر آورده شده است.

در لایه مبدل, این تحقیق به بررسی چگونگی تعیین پارامترهای کنترل PI در کنترل جداشدگی dq مربوط به VSC که به‌طور گسترده با بینش‌های ریاضیاتی کافی مبتنی بر مدل فضای حالت استفاده‌شده می‌پردازد.

در لایه واحد, روش‌های تلفیق و کنترل  EES باهدف کاهش نوسانات نیرو کوتاه‌مدت قابل‌بررسی است. یک خانواده از سیستم کنترل EES به نام فیلتر انرژی پیشنهاد می‌شود که عملاً به‌صورت فیلترهای کم گذر جریان‌های نیرو عمل می‌کند.

در لایه سیستم, به‌جای ترکیب ساده واحدهای تولید نیرو، فرض می‌شود که یک نیروگاه انرژی تجدید پذیر, یک سیستم کامل با خصوصیات خارجی خود برای شبکه باشد. در حال حاضر میدان‌ها بادی و خورشیدی به‌صورت تجاری توسعه‌یافته‌اند اما کارهای بسیار محدودی در زمینه توسعه یک میدان با ترکیب EES انجام‌شده است. همچنین برای بررسی ارزش کنترل فیلتر انرژی بر روی میدان‌ها موج پیشنهادشده است.

 

 

 

۲-

فصل دوم

منابع تولید پراکنده در هرمزگان

۲-۱- منابع تولید پراکنده

جمهوری اسلامی ایران در بخش غربی فلات و در جنوب غرب آسیا واقع شده است. ایران با مساحت ۱،۶۴۸،۱۹۵ کیلومتر مربع بین طول جغرافیایی شرقی ۴۴ تا ۹۹/۶۳ درجه و عرض شمالی ۲۵ تا ۹۹/۳۹ درجه قرار گرفته و بیش از نیمی از مساحت آن را نواحی کوهستانی پوشانده است. در کشور ایران تنوع آب و هوایی زیادی وجود دارد. نواحی شمالی ایران دارای آب و هوای معتدل و بارندگی قابل ملاحظه به ویژه در نواحی غربی استان گیلان است. آب و هوای نواحی غربی ایران در فصول سرد، مرطوب و سرد و در فصول گرم، خشک و معتدل است. در نواحی جنوبی، دما و رطوبت هوا بیشتر بوده و تابستان‌های بسیار گرم و زمستان‌های معتدل از مشخصات آب و هوایی این ناحیه است و تغییرات روزانه دما کمتر محسوس می‌باشد. نواحی شرقی و جنوب شرقی دارای آب و هوای بیابانی با تغییرات قابل ملاحظة دما در طول روز است[۳].

روند مصرف انرژی در سال‌های گذشته بسيار سريع و نگران‌کننده بوده است. اين روند در کشورهای در حال توسعه و علی‌الخصوص در ايران بسيار بالاتر از ميانگين جهانی است. يک واقعيت پذيرفته شده برای جوامع بشری اين است که انرژی مورد نياز دنيا، به سرعت رو به افزايش است و در حال حاضر منابع انرژی فسيلی ارزان قيمت نيز به آرامی اما بطور يقين، در چندين دهه‌ی ديگر به اتمام خواهند رسيد. از این رو برای حفظ اين منابع فسيلی باارزش برای نسل‌های آتی و جلوگيری از خسارت‌های زيست محيطی ناشی از سوختن آن‌ها و پاسخگويی به افزايش تقاضای روزافزون انرژی، راهی جز روی آوردن بشر به استفاده از انرژی‌های پاک و تجديدشونده باقی نمانده است.[۲]

در همین راستا سیاست کلان کشور ما در چشم‌انداز برنامه‌های آتی در افزایش نقش بخش‌های غیر دولتی استوار شده است که از جمله فواید و مزایای آن کاستن از حجم و فعالیت‌های تصدی‌گری دولت است. استفاده از سرمایه‌گذاری‌های غیر دولتی در اجرای طرح‌ها کمک شایانی به دولت خواهد کرد، چرا که توسعه انرژی‌های نو به صراحت در اسناد و قوانین ملی بالادستی و سیاست‌های ابلاغی مقام معظم رهبری تدوین شده است که البته دلایل مهمی باعث این جهت گیری کلان در کشور شده است، بنابراین بدون تردید یکی از اصلی‌ترین مولفه‌های امنیتی تمام کشورها دسترسی به انرژی مورد نیاز می‌باشد. زیرا با به وجود آمدن هر اشکالی در سیستم عرضه انرژی، اختلال و آسیب‌های پر دامنه‌ای را در تمام بخش‌های اقتصادی و اجتماعی بر جای خواهد گذاشت و به همین دلیل کشورها تنوع بخشی به منابع انرژی را جزء اصلی‌ترین راهبردهای خود قرار می‌دهند تا از وابستگی به یک یا دو نوع انرژی به شدت احتراز کرده و آسیب‌پذیری خود را به حداقل ممکن کاهش دهند. بر این اساس باید از کلیه منابع انرژی در دسترس و قابل حصول، از جمله انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی مصرفی مورد نیاز کشور خود را تامین کنیم و با ایجاد تنوع در منابع انرژی، پایداری بیشتری به سیستم انرژی کشور ببخشیم. اگرچه ایران در زمره کشورهایی که متعهد به کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای هستند، محسوب نمی‌شود ولی از هم اکنون براساس سیاست‌های مصوب، خود را متعهد به حفاظت از کره زمین، اتمسفر و محیط زیست می‌داند و تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر را مورد تاکید قرار داده است[۱].

نکته مهم دیگر اینکه با توجه به مشکلات بهره‌برداری و حفظ پایداری شبکه‌های گسترده، به وسیله تولید پراکنده برق از میزان اتکا به شبکه‌های طولانی کاسته شده و این یکی از راهکارهای صورت گرفته در صنعت برق است. این کار نه تنها به لحاظ اقتصادی هزینه‌بر نیست بلکه به واسطه تقلیل تلفات شبکه انتقال و توزیع و همچنین کاهش نیاز به ظرفیت ذخیره شده تولید و افزایش پایداری در شبکه، هزینه تمام شده برق به صورت قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد یافت. بهترین نوع تولید پراکنده، نیروگاه‌های بادی، آبی کوچک، زیست توده، زمین گرمایی و خورشیدی است که نه تنها به لحاظ مکان تولید برق بلکه به لحاظ منابع اولیه هم پراکنده‌اند و نیازمند استفاده از شبکه گاز و یا شبکه‌های انتقال نفت نیستند. این فعالیت به عنوان یکی از مهمترین تدابیر پدافند غیر عامل محسوب می‌شود. تحقق هدف مذکور بدین معناست که کشور از امکاناتی برخوردار خواهد شد که در صورت بروز حوادث و سوانح مختلف می‌تواند ضروری‌ترین نیازهای برق بخش‌های مختلف را صرفا با اتکا به منابع و امکانات محلی تامین کند.[۳]

۲-۲- نیروگاه گازی

نیروگاه گازی نیروگاهی است که سیال عامل در آن هوا است و بر اساس سیکل برایتون کار می‌کند. در يك نيروگاه گازي، توليد انرژي توسط يك توربين ژنراتور گازي انجام مي‌شود. توربين‌هاي گازي شامل يك كمپرسور، يك محفظه احتراق و يك توربين كه در هنگام حركت از طريق شفت به يك ژنراتور به عنوان مولد انرژی الکتریکی و همچنین به کمپرسور نیروگاه متصل است، مي‌باشند[۳].

شکل ‏۲‑۱ نیروگاه گازی[۴]

 

در این نیروگاه‌ها، كمپرسور مصرف كننده عظيم انرژي بوده و به همین جهت بسیاری از توان توربین را مصرف کرده و در نتیجه بازده را کاهش خواهد داد. در توربين گاز، هواي ورودي توسط كمپرسور فشرده شده و سپس به سمت محفظه احتراق مشتعل با سوخت گاز يا گازوئيل هدايت مي‌شود. گاز گرم متصاعد شده حاصل از سوختن به سمت توربين گازي مي رود. در این حین انرژي حرارتي تبديل به انرژي مكانيكي شده و پس از به چرخش درآوردن پره‌هاي توربين، ژنراتور و كمپرسور نيز به حركت درمي‌آيند. راندمان اين نيروگاه ها مابين ۳۰ الي ۳۷ درصد مي‌باشد.

 

از مزایای این نمونه از نیروگاه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • سادگي
  • قیمت ارزان
  • نصب سريع
  • حجم كوچک
  • عدم نیاز به آب (درسيكل اصلي نيروگاه هیچگونه نيازی به آب نبوده اما درتجهيزات جانبي به جهت مواردی از قبیل خنک‌کاری در سرعت‌های بالا نياز به آب می‌باشد)
  • راه‌اندازي سريع
  • نیاز به پرسنل كم

۲-۳- نیروگاه تولید همزمان برق و قدرت

معمولاً در مولدهاي قدرت امروزي، از سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي و حرارتي حاصله براي توليد قدرت محوري و سپس تبديل آن به انرژي الكتريسيته استفاده مي‌شود. متداولترين اين سامانه‌ها نيروگاه‌هاي عظيم برق مي‌باشند. در نيروگاه‌هاي حرارتي كه سهم عمده‌اي در تأمين نياز الكتريسيته جوامع مختلف دارند، بطور متوسط تنها يك سوم انرژي سوخت ورودي به انرژي مفيد الكتريسيته تبديل مي‌شود. در كشور ايران بازده معمول نيروگاه‌هاي حرارتي چيزي در حدود ۳۴% است. در اين نيروگاه‌ها مقدار زيادي انرژي حرارتي از طرق مختلف مانند كندانسور، ديگ بخار، برج خنك‌كن، پمپ‌ها و سامانه لوله كشي موجود در تأسيسات و …. به هدر مي رود. از اين گذشته در شبكه‌هاي انتقال برق نيز در كشور ما انرژي الكتريسيته توليدي تلف مي‌شود كه اگر توليد برق در محل مصرف آن انجام شود عملاً اين مقدار اتلاف وجود نخواهد داشت[۷].

شکل ‏۲‑۲ سیکل توليد همزمان برق و حرارت[۸]

 

توليد همزمان برق و حرارت يا به اختصار توليد همزمان(CHP) ، عبارت است از توليد همزمان و توام ترموديناميكي دو يا چند شكل انرژي از يك منبع ساده اوليه. استفاده هر چه بيشتر از گرماي آزاد شده در حين فرآيند احتراق سوخت باعث افزايش بازده انرژي، كاهش مصرف سوخت و در نتيجه كاهش هزينه هاي مربوط به تأمين انرژي اوليه مي‌گردد. از حرارت اتلافي بازيافت شده مي‌توان براي مصارف گرمايشي، سرمايشي و بسياري از فرآيندهاي صنعتي استفاده نمود. توليد همزمان برق و حرارت، مي‌تواند علاوه بر افزايش بازده و كاهش مصرف سوخت، باعث كاهش انتشار گازهاي آلاينده و گلخانه‌ای شود. در CHP از انرژي حرارتي توليد شده در فرآيند توليد قدرت به عنوان منبع انرژي استفاده مي‌شود. مصرف كنندگاني مانند صنايع توليدي، بيمارستان‌ها، ساختمان‌ها و دفاتر بزرگ، خشكشويي‌ها و … كه به مقدار انرژي حرارتي زيادي در طول روز نياز دارند مي‌توانند براي كاهش هزينه‌هاي خود به نحو مطلوبي از CHP بهره ببرند.

شکل ‏۲‑۳ يك سامانه CHP[8]

يك سامانه CHP از اجزاي مختلفي تشكيل شده است: مولد قدرت اوليه، مبدل‌هاي حرارتي بازيافت حرارت، ژنراتور، لوله‌ها و اتصالات و ساير تجهيزات جانبي از قبيل پمپ‌ها، عايق‌بندي‌ها و … . مولد قدرت اوليه در سامانه‌هاي CHP معمولاً موتورهاي احتراقي، توربين گاز، ميكروتوربين و پيل سوختي است. كيفيت حرارت خروجي هر يك از اين فناوري‌ها متفاوت بوده و با توجه به كاربردهاي مختلف و نياز حرارتي مي‌توان يكي از اين فناوري‌‌ها را بكار برد. از نظر هزينه نصب و راه‌اندازي امروزه موتورهاي احتراقي، پايين‌ترين قيمت را دارند[۱۰].

همچنين در سامانه‌هايي كه از حرارت بازيافت شده جهت مصارف سرمايشي بهره‌برداری می شود، از يك چيلر تراكمي يا جذبي نيز در كنار ساير تجهيزات استفاده مي‌شود که به اين سامانه‌ها كه به طور همزمان برق، حرارت و سرما توليد مي‌کنند، اصطلاحاً CCHP گفته مي‌شود.

مزاياي CHP عبارتند از:

  • افزايش بازده انرژي: در سامانه هاي متداول امروزي معمولاً از كل انرژي ورودي به سامانه تنها يك پنجم يعني معادل ۲۰% به انرژي مفيد تبديل مي‌شود. البته بازده ترموديناميكي نيروگاه‌هاي چرخه تركيبي پيشرفته تا حدود زيادي افزايش يافته و به ۴۰ تا ۵۰% مي‌رسد. با اين حال تلفات زيادي در خطوط انتقال نيرو و مصارف داخلي نيروگاه‌ها وجود دارد كه تقريباً اجتناب ناپذير است[۱۱].

ولي در سامانه‌هاي CHP حدود چهار پنجم انرژي ورودي به انرژي مفيد تبديل مي‌شود. چنانچه از سامانه‌هاي نوظهوري مانند پيل سوختي استفاده شود، بازده انرژي تا حد ۹۰% افزايش مي‌يابد. بازده انرژي يكي از مهمترين مزاياي CHP در كاربردهاي صنعتي آن است.

  • كاهش هزينه‌هاي تأمين انرژي اوليه براي مصرف كننده: درCHP از آنجايي كه انرژي اوليه مصرفي (جهت تولید برق و حرارت) از طريق يك سامانه واحد با ورودي سوخت معين تأمين مي‌گردد، لذا هزينه‌هاي تأمين انرژي به طور قابل ملاحظه اي از سامانه‌هاي امروزي كمتر است. در سامانه هاي متداول كه برق و حرارت به صورت جداگانه تأمين مي‌شود، مصرف‌كننده مجبور است برق مورد نياز خود را از طريق شبكه‌هاي محلي خريداري كرده و از سوي ديگر براي مصارف گرمايشي خود نيز بايد گاز طبيعي يا سایر سوخت‌هاي فسيلي را به طور جداگانه خريداري نمايد. ولي در سامانه‌هاي CHP مصرف كننده از شبكه برق، مستقل شده و از سوي ديگر چون از محتواي انرژي سوخت ورودي در حد بالايي استفاده مي‌شود لذا هزينه‌هاي مربوطه بسيار كاهش مي‌يابد.
برچسبها
محصولات مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

0