پایان نامه انرژی تجدیدپذیر و قابلیت اطمینان


Widget not in any sidebars
فناوری های جدید، قابلیت اطمینان و تنوع منابع انرژی، میکروشبکه ها شکل جدیدی به خود
گرفته اند.
مفهوم میکروشبکه در ایالات متحده برای بهره برداری مناسب از منابع انرژی پراکنده و تامین خدمات جانبی با کیفیت بالا مطرح شد[2]. انواع مختلف ساختار میکروشبکه به شکل های شعاعی یا حلقوی تقسیم میشوند. شبکه های حلقوی قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به شبکه های شعاعی دارند و با قطع یک فیدر در شبکه شعاعی، چندین مجموعه قطع خواهد شد. در جالی که در شبکه های حلقوی با قطع هر قسمت، تنها بار متصل به آن قسمت قطع خواهد شد.
وقتی یک میکروشبکه به شبکه ای متصل میشود، هم شبکه و هم مصرف کنندگان محلی کاربران آن هستند. میکروشبکه ها به عنوان یک منبع انرژی اضافی برای شبکه های توان به منظور برآوردن رشد بار و کاهش محدودیت های انتقال و تلفات انرژی هستند. همچنین از دید مصرف کنندگان، میکروشبکه ها قابلیت اطمینان بالاتری در شرایط رقابتی دارند.
در حقیقت یک میکروشبکه با اتصال داخلی واحدهای تولید پراکنده نسبتا کوچک، برای شکل دادن به یک سیستم ولتاژ پایین به وجود میآید. یک میکروشبکه می تواند بین حالت مستقل و متصل به شبکه سراسری، بسته به دسترسی و حالت حجم سیستم های قدرت سوییچ شود. یک میکروشبکه میتواند به وسیله ساختار شبکه ای یا شعاعی با یک یا چندین منبع توان شکل بگیرد.در بسیاری موارد تمایل به داشتن چندین ژنراتور متفرق از هم ارجحیت دارد و معمولا به عنوان یک ظرفیت الکتریکی نسبتا کوچک از رنج 10 تا چند صد کیلو وات برای بارهای محلی، تجاری ویا کاربردهای صنعتی در یک ناحیه کوچک استفاده میشود.
یک میکروشبکه در وضیعت متصل، به عنوان یک سیستم قدرت کنترل پذیر از دید شبکه بالادست لحاظ میشود و شبکه به عنوان یک ذخیره انرژی فعالیت میکند.[4] میکروشبکه ممکن است هیچ نیازی به ذخیره ساز انرژی نداشته باشد، اما زمانی که یک میکروشبکه به صورت مستقل و ترکیبی از واحدهای تولید پراکنده عمل میکند، تبدیل به یک سیستم قدرت مستقل کوچک شبیه به عملکرد جزیره ای سیستم قدرت موجود میشود. در چنین وضعیتی، سیستم ممکن است با چالش های جدی از قبیل افت ولتاژ، انحراف فرکانس، عدم تعادل نسبتا زیاد بین تولید و بار و اشتراک بار میان منابع انرژی مختلف مواجه شود. به همین منظور، بیشترین منابع توان موجود در ساختار میکروشبکه مانند پیل سوختی، سلول های خورشیدی و میکروتوربین ها به شبکه قدرت از طریق ادوات الکترونیک-قدرت متصل میشوند. این واسطه ها ممکن است به اغتشاشات شبکه کمک کنند و هم چنین اثرات متقابل روی یکدیگر داشته باشند. این اثرات به دلیل هارمونیک تولید شده توسط مبدل ها به وجود میآیند. انواع مختلف منابع انرژی وقتی که به یکدیگر برای شکل دادن یک میکروشبکه ترکیبی مستقل متصل شوند، عملکرد متفاوتی خواهند داشت.همچنین ولتاژ بار، فرکانس بار و مشخصات اشتراک بار نیز به طور مناسب باید بررسی شوند.
1-3-1) ساختار کلی میکروشبکه
شکل (1-2)، ساختار کلی یک میکروشبکه واجزای آن را نشان میدهد. در این نمونه 3 فیدر به صورت شعاعی و مجموعه ای از بارها و منابع و ذخیره ساز انرژی قرار دارد. سیستم شعاعی از طریق یک وسیله جدا کننده به سیستم توزیع وصل میشود که این وسیله جدا کننده یک سوییچ استاتیک است. مسئولیت تولید برق وگرما در میکروشبکه به عهده منابع تولید توان می باشد

شکل 1-2) ساختار و اجزای میکروشبکه
هر فیدر شامل کنترل کننده ها و منابع تولید و یا بارها میباشد. کنترل کننده های مربوط به منابع تولید میزانِ شارش توان در فیدر را در سطح تعیین شده ای نگه میدارند. با تغییر توان بارها، میکرومنابع محلی توان خروجی خود را کم و زیاد میکنند تا شارش توان ثابت نگه داشتهشود. شکل(1-2) اجزای میکروشبکه را نشان میدهد. در بخش های قبلی توضیح مختصری در رابطه با منابع تولید بیان گردید.
1-3-2) مصرف کنندهها
عمدتأ بارها در میکروشبکه را به دو دسته تقسیم میکنند:
بارهای حساس(غیر قابل قطع)
بارهای حساس در همه زمان ها باید به طور کامل تغذیه شوند. حتی اگر بارهای موجود در میکروشبکه قابلیت اجرای دستورات کنترلی واحد مدیریت را نداشته باشند بازهم در رده بارهای حساس قرار میگیرند. یک میکروشبکه باید تغذیه بارهای حساس را مقدم برهر مصرف کننده دیگری و بدون توجه به هزینه آن در نظر داشته باشد.
بارهای قابل قطع
در این حالت میزان تقاضای بار انعطاف پذیر است و مدیریت سیستم می تواند در زمان های مورد نیاز اقدام به قطع بار یا کاهش آن به میزان مورد نظر نماید.در این حالت قیمت برق پایین تر است.
1-3-3)ذخیرهساز های انرژی
وسایل ذخیرهسازی انرژی نقش مهمی درمیکرو شبکهها دارند به خصوص درآنچه که مربوط به وضعیتهای تعقیب بار سریع است. در میکرو شبکه عمدتا از ذخیرهساز ها برای نگه داری تولیدهای تصادفی ناشی از توربینهای بادی و یا ذخیره تولیدات اضافه میکرو منابع، برای استفاده در زمانهای بحرانی استفاده میشود. همچنین در مواقع بحران در میکروشبکه مثل بروز خطا در شبکه اصلی و قطع میکروشبکه از شبکه اصلی از این ذخیرهساز ها برای کمک به حفظ پایداری میکروشبکه وتامین بارهای حساس آن استفاده میشوند. به عنوان مثال سیستم ذخیره انرژی بر پایه هیدروژن در این قسمت توضیح داده می شود.
اخیراً توجه بسیاری به سیستمهای ذخیره انرژی بر پایه هیدروژن معطوف گردیده است. عناصر اصلی تشکیل دهنده این سیستم عبارتند از واحد تولید هیدروژن، مخزن ذخیره هیدروژن و سیستم تبدیل انرژی شیمیایی هیدروژن به انرژی الکتریکی (پیل سوختی ). از پیل سوختی به عنوان جانشین آینده واحدهای سوخت فسیلی نام برده می شود. هیدروژن یک منبع انرژی تجدیدپذیر نیست، بلکه یک حامل انرژی است که توسط یک انرژی ثانویه تولید و نهایتاً با سوختن در پیل سوختی، انرژی شیمیایی ذخیره شده در خود را آزاد می نماید. به عنوان مثال میتوان انرژی مازاد الکتریکی در ساعات غیر پیک را صرف الکترولیز آب نموده و هیدروژن حاصل را در مخازن مخصوص ذخیره کنیم تا در زمان مطلوب در پیل سوختی تولید انرژی الکتریکی نمائیم. هیدروژن به وفور در طبیعت یافت می شود و چگالی انرژی بسیار بالایی دارد؛ اما در عین حال ذخیره آن مشکل است. به دلیل تبدیل چندباره انرژی در این سیستم، بازده آن در مقایسه با سایر سیستمهای ذخیره انرژی کمتر می باشد. از سوی دیگر روند متراکم کردن و تبدیل هیدروژن گازی به مایع جهت ذخیره، به انرژی زیادی نیاز دارد. کاربرد اصلی این سیستمها در اتومبیلهای برقی و تولید انرژی الکتریکی به وسیله پیل سوختی است. بسته به فشار مخزن و بازده ترکیب الکترولیز پیل سوختی، بازده این سیستم بین 60% تا 80%
می باشد.