پایان نامه ها

پایان نامهi– (15)

الف

معاونت پژوهش و فناوری
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با یاری از خداوند سبحان و اعتقاد به اینکه عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهمیت جایگاه دانشگاه در اعتلای فرهنگ و تمدن بشری، ما دانشجویان و اعضاءهیات علمی واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی متعهد می گردیم اصول زیر را در انجام فعالیت های پژوهشی مد نظر قرار داده و از آن تخطی نکنیم :
1-اصل برائت : التزام به برائت جویی از هر گونه رفتار غیر حرفه ای و اعلام موضع نسبت به کسانی که حوزه علم و پژوهش را به شائبه های غیر علمی می آلایند.
2-اصل رعایت انصاف و امانت :تعهد به اجتناب از هر گ ونه جانب داری غیر علمی و حفاظت از اموال ،تجهیزات و منابع در اختیار.
3-اصل ترویج :تعهد به رواج دانش و اشاعه نتایج تحقیقات و انتقال آن به همکاران علمی و دانشجویان به غیر از مواردی که منع قانونی دارد.
4-اصل احترام :تعهد به رعایت حریم ها و حرمت ها در انجام تحقیقات و رعایت جانب نقد و خودداری از هر گونه حرمت شکنی .
5-اصل رعایت حقوق :التزام به رعایت کامل حقوق پژوهشگران و پژوهیدگان (انسان ،حیوان و نبات )و سایر صاحبان حق.
6-اصل رازداری :تعهد به صیانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد،سازمان ها و کشور و کلیه افراد و نهادهای مرتبط با تحقیق.
7-اصل حقیقت جویی :تلاش در راستای پی جویی حقیقت و وفاداری به آن و دوری از هرگونه پنهان سازی حقیقت.
8-اصل مالکیت مادی و معنوی :تعهد به رعایت کامل حقوق مادی و معنوی دانشگاه و کلیه همکاران پژوهش.
9-اصل منافع ملی :تعهد به رعایت مصالح ملی و در نظرداشتن پیشبرد و توسعه کشور در کلیه مراحل پژوهش .

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد علوم و تحقیقات کرمان
تعهدنامه اصالت پایان نامه
اینجانب حسین فلاح پیشه دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد ناپیوسته در رشته برق که در تاریخ 28/06/92 از پایان نامه خود تحت عنوان “مکانیابی بهینه واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو” با کسب نمره 5/15 و درجه خوب دفاع نموده ام. بدینوسیله متعهد می شوم:
1) این پایان نامه حاصل تحقیق و پژوهش انجام شده توسط اینجانب بوده و در مواردی که از دستاوردهای علمی و پژوهشی دیگران ( اعم از پایان نامه، کتاب، مقاله و …) استفاده نموده ام، مطابق ضوابط و رویه موجود، نام منبع مورد استفاده و سایر مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذکر و درج کرده ام.
2) این پایان نامه قبلاً برای دریافت هیچ مدرک تحصیلی ( هم سطح، پایین تر یا بالاتر) در سایر دانشگاه ها و موسسات آموزش عالی ارائه نشده است.
3) چنانچه بعد از فراغت از تحصیل، قصد استفاده و هرگونه بهره برداری اعم از چاپ کتاب، ثبت اختراع و … از این پایان نامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشی واحد مجوزهای مربوطه را اخذ نمایم.
4) چنانچه در هر مقطع زمانی خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشی از آن را می پذیرم و واحد دانشگاهی مجاز است با اینجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرک تحصیلی ام هیچ گونه ادعایی نخواهم داشت.
نام و نام خانوادگی
حسین فلاح پیشه
تاریخ و امضا

دانشگاه آزاد اسلامي
واحد علوم و تحقيقات كرمان
دانشكده فنی و مهندسی، گروه برق
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته برق (M.Sc)
گرايش: قدرت
عنوان:
مکان یابی بهینه واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو
استاد راهنما:
دکتر حسن فاتحی مرج
استاد مشاور:
دکتر سعید اسماعیلی
نگارش:
حسین فلاح پیشه
تابستان 1392
سپاسگزاري
سپاس خدای را، که سخنوران در ستودن آن بمانند و شمارندگان، شمردن نعمتهای او ندانند و کوشندگان، حق او را گزاردن نتوانند.
بر خود واجب میدانم در ابتدا از استاد ارجمندم جناب آقای دکتر حسن فاتحی مرج که در همه مراحل انجام این پایاننامه مرا از راهنماییهای ارزشمند خود بهرهمند ساختند، نهایت تشکر و سپاسگزاری را به جا آورم. همچنین از استاد مشاور خود جناب آقای دکتر سعید اسماعیلی که در دوران تحصیل، نهایت لطف را به اینجانب داشتند صمیمانه سپاس گزارم.
تقديم به:
روح پاک پدرم
که عالمانه به من آموخت تا چگونه در عرصه زندگی، ایستادگی را تجربه نمایم؛
و مادرم،
دریای بی کران فداکاری و عشق که وجودم برایش همه رنج بود و وجودش برایم همه مهر است.
 
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
TOC \o “1-1” \h \z \u چکیده PAGEREF _Toc390345624 \h 1فصل اول:کلیات تحقیق1-1- مقدمه PAGEREF _Toc390345627 \h 31-2- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت تحقیق PAGEREF _Toc390345628 \h 61-3- تاثیرات ناشی از حضور میکروگریدها در شبکه های قدرت PAGEREF _Toc390345629 \h 71-3-1 کیفیت توان PAGEREF _Toc390345630 \h 71-3-2 تاثیرات میکروگرید بر بازار برق PAGEREF _Toc390345631 \h 81-3-3 صرفه جویی اقتصادی PAGEREF _Toc390345632 \h 91-3-4 تاثیرات میکروگرید بر محیط زیست PAGEREF _Toc390345633 \h 101-4- مشکلات ميکرو گريد PAGEREF _Toc390345634 \h 131-5- بیان مسئله و پیشینه تحقیق PAGEREF _Toc390345635 \h 14فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق2-1- ساختار میکروگرید PAGEREF _Toc390345638 \h 172-2- معرفي سیستم هاي تولید پراكنده (DG) و سابقه آن PAGEREF _Toc390345639 \h 182-3- معرفی تکنولوژی های مورد استفاده در ساخت میکروگرید PAGEREF _Toc390345640 \h 202-3-1 پیل سوختی PAGEREF _Toc390345641 \h 202-3-2 میکروتوربین ها PAGEREF _Toc390345642 \h 242-3-2-1 اساس كار و اجزاي اصلي ميكروتوربين ها در يك نگاه PAGEREF _Toc390345643 \h 242-3-3 سیستم های مبدل انرژی باد PAGEREF _Toc390345644 \h 282-3-4 زمین گرمایی PAGEREF _Toc390345645 \h 302-3-4-1 فرآیند تولید برق در نیروگاه زمین گرمایی PAGEREF _Toc390345646 \h 302-3-5 انرژی زیست توده (بیوماس) PAGEREF _Toc390345647 \h 312-3-6 سیستم های فتوولتائیک PAGEREF _Toc390345648 \h 342-3-6-1 پدیده ی فتوولتاییک PAGEREF _Toc390345649 \h 362-3-6-2 سلول فتوولتائیک PAGEREF _Toc390345650 \h 372-3-6-3 مزایای فناوری فتوولتائیک PAGEREF _Toc390345651 \h 382-3-6-4 اجزای تشکیل دهندهی سامانه‌های فتوولتائیک PAGEREF _Toc390345652 \h 392-3-6-5 اینورترها PAGEREF _Toc390345653 \h 402-3-6-6 توانایی اینورتر سیستم فتوولتاییک در تولید توان راکتیو PAGEREF _Toc390345654 \h 40فصل سوم: روش اجرای تحقیق3-1- اجرای روش PAGEREF _Toc390345657 \h 443-2- تابع هدف مسئله PAGEREF _Toc390345658 \h 443-2-1 کاهش تلفات PAGEREF _Toc390345659 \h 453-2-2 بهبود پروفیل ولتاژ PAGEREF _Toc390345660 \h 453-3- پخش بار پیشرو- پسرو PAGEREF _Toc390345661 \h 463-3-1 مدل پخش بار PAGEREF _Toc390345662 \h 463-4- الگوریتم ژنتیک (GA) PAGEREF _Toc390345663 \h 483-5- الگوریتم اجتماع ذرات (PSO) PAGEREF _Toc390345664 \h 50فصل چهارم: تجزیه و تحلیل دادهها4-1- شبکه های مورد بررسی PAGEREF _Toc390345667 \h 534-2- نتایج شبیه سازی میکروگرید 33 شینه PAGEREF _Toc390345668 \h 554-2-1 نتایج شیبه سازی میکروگرید 6 شینه PAGEREF _Toc390345669 \h 61فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات5-1- نتیجه گیری PAGEREF _Toc390345672 \h 67منابع و ماخذ PAGEREF _Toc390345673 \h 69فهرست منابع فارسی PAGEREF _Toc390345674 \h 69فهرست منابع انگلیسی PAGEREF _Toc390345675 \h 70چکیده انگلیسی72

فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
TOC \h \z \u \t “Heading 3;1” جدول 1-1- غلظت گازهاي خروجي از دودكش نيروگاهها PAGEREF _Toc390349678 \h 12جدول 1-2- كشورهاي استفاده كننده از منابع توليد پراكنده و سياست مربوط به كاربرد آن PAGEREF _Toc390349679 \h 12جدول 2-1- تعاريف منابع توليد پراكنده در كشورهاي مختلف جهان PAGEREF _Toc390349680 \h 20جدول 4-1- اطلاعات بار پیک سیستم PAGEREF _Toc390349681 \h 54جدول 4-2- میزان تولید توان اکتیو و راکتیو از سوی سیستم فتوولتائیک در طول شبانه روز PAGEREF _Toc390349682 \h 56جدول 4-3- نتایج حاصل از مکان یابی و میزان تلفات سیستم بر حسب کیلووات PAGEREF _Toc390349683 \h 58جدول 4-4- اطلاعات بار پیک میکروگرید 6 شینه PAGEREF _Toc390349684 \h 60جدول 4-5- اطلاعات خطوط میکروگرید 6 شینه PAGEREF _Toc390349685 \h 61جدول 4-6- میزان تولید توان اکتیو و راکتیو از سوی سیستم فتوولتائیک در طول شبانه روز PAGEREF _Toc390349686 \h 62جدول 4-7- نتایج حاصل از مکان یابی و میزان تلفات سیستم بر حسب کیلووات PAGEREF _Toc390349687 \h 64فهرست اشکال
عنوان شماره صفحه
TOC \h \z \u \t “Heading 2;1″ شکل 1-1- نمونه ای از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیف PAGEREF _Toc390352485 \h 5شکل 2-1- یک میکروگرید نمونه شامل انواع تولیدات پراکنده PAGEREF _Toc390352486 \h 17شکل 2-2- ساختار یک پیل سوختی PAGEREF _Toc390352487 \h 22شکل 2-3- پيل سوختي در كاربري هاي خانگي PAGEREF _Toc390352488 \h 22شکل 2-4- ظرفیت کل نیروگاه های بادی نصب شده در جهان از سال 1996 تا 2010 PAGEREF _Toc390352489 \h 28شکل 2-5- ظرفیت تولیدی ومیزان تولید ماژول های فتوولتائیک PAGEREF _Toc390352490 \h 36شکل 2-6- شمای ساده یک سلول فتوولتاییک PAGEREF _Toc390352491 \h 37شکل 2-7- ناحیه عملکردی جریان اینورتر سیستم فتوولتائیک PAGEREF _Toc390352492 \h 41شکل 3-1- الگوریتم ژنتیک اعمالی برای جایابی بهینه سیستم های فتوولتائیک PAGEREF _Toc390352494 \h 49شکل 4-1- میکروگرید 33 شینه مورد مطالعه PAGEREF _Toc390352495 \h 53شکل 4-2- بار 24 ساعته شبکه به صورت درصدی از بار پیک PAGEREF _Toc390352496 \h 55شکل 4-3- روند همگرایی الگوریتم ژنتیک، میکروگرید 33 شینه PAGEREF _Toc390352497 \h 57شکل 4-4- روند همگرایی الگوریتم pso، میکروگرید 33 شینه PAGEREF _Toc390352498 \h 57شکل 4-5- پروفیل ولتاژ بدون PV، با PV و تولید توان اکتیو و با PV و تولید توان اکتیو و توان راکتیو در ساعت 9 صبح PAGEREF _Toc390352499 \h 58شکل 4-6- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت 12 ظهر PAGEREF _Toc390352500 \h 59شکل 4-7- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت 12 شب PAGEREF _Toc390352501 \h 59شکل 4-8- میکروگرید 6 شینه مورد مطالعه PAGEREF _Toc390352502 \h 60شکل 4-9- روند همگرایی الگوریتم ژنتیک، میکروگرید 6 شینه PAGEREF _Toc390352503 \h 63شکل 4-10- روند همگرایی الگوریتم pso، میکروگرید 6 شینه PAGEREF _Toc390352504 \h 63شکل 4-11- پروفیل ولتاژ بدون PV، با PV و تولید توان اکتیو و با PV و تولید توان اکتیو و توان راکتیو در ساعت 9 صبح PAGEREF _Toc390352506 \h 64شکل 4-12- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت 12 ظهر PAGEREF _Toc390352507 \h 65شکل 4-13- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت 12 شب PAGEREF _Toc390352508 \h 65
چکیدهمیکروگرید شبکهای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع است که از پیوستن تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی در سیستم های ولتاژ پایین یا متوسط شکل میگیرد، در واقع یک شبکهی میکروگرید با ترکیبی از انرژی های تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع می پردازد. حضور میکروگریدها در شبکه های توزیع، مزایای بسیاری را برای مشتركین فراهم می نمایند. میکروگریدها قابلیت فراهم نمودن كیفیت توان مطابق با نیازهای مشتركین را دارا می باشند، همچنین تاثیرات مثبت میکروگریدها بر بازار برق و صرفه جویی اقتصادی و از سوی دیگر تاثیر آن بر کاهش آلایندههای هوا باعث توجه بسیاری از پژوهشگران و کارشناسان بر موضوع میکروگریدها شده است، در چنین شرایطی واضح میباشد که داشتن یک استراتژی بهینه برای مکان واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید حائز اهمیت است و عدم توجه به آن باعث هدر رفتن وقت و منابع مالی زیاد میشود. در این پروژه به مکان‏یابی بهینه‏ی سیستم‏های فتوولتائیک که به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در میکروگریدها هستند با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو تولیدی پرداخته شده است. تابع هدف این مسئله حداقل کردن میزان تلفات خطوط در شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ می‏باشد، برای این منظور از الگوریتمهای ژنتیک واجتماع ذرات (pso) که از تکامل یافته ترین الگوریتم های بهینه ساز می‏باشند استفاده شده است. سیستم‏های فتوولتائیک علاوه بر تولید توان اکتیو میتوانند به عنوان STATCOM به منظور تنظیم ولتاژ و اصلاح ضریب توان در طول روز و شب به کار گرفته شوند. بنابراین با درنظر گرفتن قابلیت تولید توان اکتیو و راکتیو برای سیستمهای فتوولتائیک در 24 ساعت، می‏توان استفاده بهینهتری از آنها نمود. الگوریتم های ارائه شده بر روی میکروگرید 33 شینه و 6 شینه در محیط MATLAB اعمال گردیده و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است.
واژه های کلیدی: میکروگرید، سیستم فتوولتائیک، جایابی بهینه، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات.

فصل اول:
کلیات تحقیق

1-1- مقدمهبا 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 جنبههای مختلف آن از زندگی روزانه خانوادگی گرفته؛ تاسیسات جهانی و بینالمللی 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 برنامهریزیهای 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 شبکهی میکروگرید با ترکیبی از انرژیهای تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع میپردازد، که ازطریق یک نقطهی کوپلنگ مشترک به شبکه توزیع متصل میشود (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 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:
منابع مورد استفاده در میکروگریدها دارای ظرفیت کمتری نسبت ژنراتورهای مرسوم در نیروگاههای بزرگ برق میباشند.
تولید انرژی الکتریکی در منابع میکروگرید بر خلاف ژنراتورهای مرسوم در شبکه ی برق، در سطح ولتاژ توزیع اتفاق میافتد.
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 بهرهبرداری 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 شدهاند 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 پروژههای تحقیقاتی که تاکنون انجام شده است، میکروگرید این چنین تعریف میشود: 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 میتواند به طور غیر مستقل زمانی که به شبکه متصل است و به طور مستقل زمانی که از شبکه جدا شده است، عمل کند. بهرهبرداری از منابع کوچک توان در شبکه در صورتی که به طور مناسب مدیریت و هماهنگی شود، میتواند 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 میتواند در اندازههای 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 میشود. بیشتر از این مقدار ظرفیت به عنوان مفهوم میکروگرید چندگانه تلقی میشود که با جدا کردن منابع به عنوان میکروگریدهای جدا از هم، بررسی میشود (Katiraei et al 2008, 54-65; Lasseter 2002, 305-308 ).

شکل 1-1- نمونهای از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیفاز 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) میتواند به عنوان یک تعریف از میکروگرید باشد.
بهرهبرداری هماهنگ و کنترل ریزمنابع با یکدیگر و با منابع ذخیرهساز مانند فلایویل، خازنهای انرژی، باتریها و بارهای کنترلپذیر مانند آبگرمکن و تهویه هوا، در قلب مفهوم میکروگرید جای دارد. از نقطه نظر شبکه یک میکروگرید میتواند به عنوان یک نهاد کنترل شده درون سیستم قدرت در نظر گرفته شود، که میتواند به عنوان یک بار تجمیع شده مستقل عمل کند.
1-2- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت تحقیقدر 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 به سیستم توزیع ولتاژ متوسط و سیستم توزیع ولتاژ پایین 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 میشود. 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 استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر و با استفاده 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 میشود، 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 میدهند در حال افزایش میباشد. میکروگریدها شبکههای فشار متوسط یا فشارضعیف توزیعی هستند که از دید شبکه فوق توزیع بصورت یک بار قابل کنترل، و از دید مصرف کنندههای 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 بهرهبرداری 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 میشود. 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 میشود. 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).
1-3- تاثیرات ناشی از حضور میکروگریدها در شبکه های قدرت1-3-1 کیفیت تواناكثر بارهای الکتریکی در معرض خطاهای گذرا، افت ولتاژها، هارمونیکها، قطعیهای لحظهای و غیره قرار دارند كه به آنها بارهای حساس به كیفیت توان گفته میشود. بنابراین کیفیت توان و قابلیت اطمینان از اهمیت بسیاری برخوردار میباشد. كیفیت توان مفهوم جدیدی است كه اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. در گذشته افت ولتاژ برای یک یا دو سیکل پیوسته نادیده گرفته میشد در حالی كه امروزه این امر منجر به قطع شبکه خواهد شد. به طور مشابه خطاهای گذرا، هارمونیکها و عدم تعادل فازها نیز در شمار تحقیقات کیفیت توان قرار گرفته است. اگر چه مشکلات كیفیت توان تاثیرات اقتصادی شدیدی بر فرآیندهای صنعتی دارند، اما با توجه به كاربردهای صنعتی مختلف و تنوع در اندازه گیریهای كیفیت توان محاسبه دقیق هزینههای ناشی از این مشکلات بسیار دشوار است. برخی از مشکلات کیفیت توان که به دلیل قطع شبکه منجر به تلفات اقتصادی میشوند عبارتند از:
مقدار و زمان تداوم یک رخداد مانند افزایش ولتاژ شدید
قطع و یا آسیب دیدن تجهیزات به طور طبیعی
مشکلات مرتبط با تغییر فرکانس
زمان ایجاد رخداد. اینکه به طور مثال آیا این رخداد در ساعات اوج مصرف اتفاق افتاده یا در ساعات کم مصرف.
میکروگریدها قابلیت كنترل كیفیت توان مطابق با نیازهای مشترکین راحتی به صورت ساعتی نیز نیز دارا می باشند. این در حالی است که کنترل کیفیت توان یک مشترک خاص برای شبکه برق سنتی بسیار دشوار است چرا که شبکه های برق سنتی معمولا سطح کیفیت و سرویس دهی معینی را برای کلیه ی مشترکین بدون توجه به نیازمندی یک مشترک خاص فراهم مینمایند.
در یک نمای کلی تمرکز زدایی از تولید و سازگاری مناسب بین عرضه و تقاضا و همچنین جلوگیری از قطعی های بلند مدت و کوتاه مدت باعث بهبود کیفیت توان در میکروگرید شده است (Hatziargyriou et al 2007, 78-94 ).
1-3-2 تاثیرات میکروگرید بر بازار برقبه منظور احداث موفق یک میکروگرید می بایست انگیزههای مالی لازم برای مالکان میکروگرید و شبکه اصلی فراهم گردد. برای مشارکت میکروگریدها در بازار می بایست اصلاحاتی به منظور توسعه یک سیستم بازار برای توان تولید شده و سرویس های جانبی انجام گردد. قیمتها می بایست بر اساس شرایط موجود در شبکه تعیین گردند. بدین معنی كه با تحت فشار قرار گرفتن شبکه، قیمتها افزایش مییابد و بالعکس. قیمت های بازار به عنوان مهمترین فاکتور در کنترل تولید انرژی می باشند. در حالی كه فاكتورهای فنی از اهمیت كمتری برخوردا رند. سوددهی میکروگریدها از بازار كاملا به پاسخ دهی آنها به سیگنال های حاوی قیمت وابسته است. به طوری كه اگر توانایی رقابت در بازار را نداشته باشند مجبورند كه تنها نیازهای داخلی خودشان را برطرف نمایند. سیستم بازار می بایست با افزایش تولید و ذخیره و كنترل بارها از انعطاف بیشتری برخوردار باشد. این انعطاف پذیری سبب میشود كه خریداران بر اساس مطالعات لحظه به لحظه بازار تصمیمگیری كنند. علاوه بر آن این امر منجر به بهینه سازی شبکه قدرت، و همچنین به حداقل رسیدن كنترل و برنامه ریزی مرکزی می گردد (Katiraei and Iravani 2006, 1821-1831 ). همچنین تعادل اقتصادی مناسب بین سرمایه گذاری و بهره برداری از DG در شبکه به کاهش قیمت برق در مصرف کنندگان در طولانی مدت منجر خواهد شد.
1-3-3 صرفه جویی اقتصادی
اگر چه اهداف استفاده از میکروگرید ها را به دلیل تاثیرات مثبت آن بر روي محیط زیست و مزایاي اقتصادي آن بیان کرده اند. اما در واقع اقتصاد اولین هدف در توسعهي میکروگریدها بوده است. استفاده از چندین منبع تولید توان در میکروگریدها در سطح ولتاژ توزیع برای تامین مصرف کننده بسیاری از هزینههای مربوط به احداث و راه اندازی نیروگاهها و همچنین خطوط انتقال را کاهش خواهد داد. به عبارت دیگر در برخی مناطق تامین بار در محل مصرف به صرفه تر از تولید توان توسط یک ژنراتور بزرگ در دور دست و انتقال آن به محل مصرف خواهد بود و واضح هست که در این صورت تلفات خطوط انتقال که در مسیر انتقال اتفاق میافتاده نیز از بین میرود (Dugan, McDermott and Ball 2001, 80-88).
اقتصاد در میکروگرید به سه دسته تقسیم میشود:
1- دستهي اول که مربوط میشود به اساس اقتصاد سرمایهگذاري بهینه و تکنولوژيهاي بهرهبرداري براي میکروگرید
2- دسته ي دوم که مربوط می شود به آن دسته از جنبه هاي میکروگرید که نیاز به ابداع و ابتکار دارد. در واقع نواحی وجود دارد که در آن میکروشبکه با شبکه اي اصلی متفاوت است. براي مثال امکان سطوح غیر یکنواخت قابلیت اطمینان براي نقاط انتخابی و یا اهمیت حیاتی برخی محدودیتهاي بهره برداري مانند نویز که در اقتصاد تامین کنندگان انبوه توان ناچیز است.
3- دستهي سوم که مربوط میشود به رابطه ي میکروگرید با سیستم سراسري توزیع.
مسئلهي چالش برانگیز دیگر توانایی میکرگریدها براي شرکت در بازارهاي عرضهي برق است که می –واند از جانب ولتاژ و یا اتلافات محدود شود. یک میکروگرید توسط یک مصرف کننده یا گروهی از مصرف کنندگان جهت منافع اقتصادي آنها طراحی، نصب و بهره برداري می شود. اگر چه ممکن است شرکای میکروگرید هم اثرات مثبت محیطی سیستم تامین انرژي داشته باشند اما مهم ترین منافعی که شرکا به جستجوي آن هستند صورت حساب انرژي پایینتر است میکروگرید میتواند نقاط انتهایی را با قیمتی پایینتر از شبکهي اصلی تامین کند اما بدیهی است که میکروگرید ها نیاز به یک سري تجهیزات جانبی نیز دارند که باید در محاسبات اقتصادي لحاظ شوند. مثلا با توجه به اینرسی کم سیستمهاي میکرو باید منابع ذخیرهاي نیز وجود داشته باشند، این هزینههاي اضافه باید با مزایاي حاصل از جزیره شدن از دیدگاه مصرف کنندگان و هزینهي نگهداري قابلیت اطمینان بالاي سیستم از نظر شبکهي سراسري سبک و سنگین شود. از بسیاري جهات اقتصاد میکروگرید شبیه شبکه است. براي مثال اصول توزیع اقتصادي اعمال بر هر دو و مینیممسازي قیمت ها براي هر نوع سیستم نیازمند این است که در تمامی زمان ها ترکیبی از منابع را به کار ببریم که کمترین هزینهي ممکن را داشته باشد.
سیستمهاي توان که بصورت سنتی طراحی شدهاند حول مفهوم سرویس همگانی عمل میکنند که در آن باید کیفیت و قابلیت اطمینان توان تحویلی به همهي مصرف کنندهها یکسان باشد. در عمل انحرافهایی از این استاندارد به وجود میآید و این بخاطر مسائل مربوط به مناطق جغرافیایی مختلف و وسیع میباشد اما همچنان هدف وفادار بودن به استاندارد همگانی میباشد. یک محرك کلیدي براي میکروگرید ها، نزدیکتر کردن کنترل قابلیت اطمینان و کیفیت به نقاط انتهایی است. اقتصاد به ما میگوید که کنترل قابلیت اطمینان و کیفیت در نقاط انتهایی می تواند حاوي منافعی باشد. به دلیل اینکه در زمانهاي کسري انرژي، انرژي میتواند از مقدارهاي پایینتر نقاط انتهایی به نقاط ابتداي انتقال داده شود. اگر چه با انجام این کار تامین کیفیت بالاتر و قابلیت اطمینان بالاتر میتواند موجب هزینههایی شود. ذخیره کردن نیز گزینهاي است که در هنگام عدم نیاز به توان با کیفیت بالا در نقاط انتهایی میتواند وجود داشته باشد.
1-3-4 تاثیرات میکروگرید بر محیط زیست
گسترش صنايع و گسترش فضاهاي مسكوني تجاري و اداري در جهان باعث افزايش ميزان مصرف سوخت به ميزان 47 % تا سال 2020 ميلادي خواهد شد. اين افزايش مصرف به معناي اضافه كردن چند تريليون آلايندههاي زيست محيطي به هوا و اطراف نيز ميباشد. باران هاي اسیدي ناشي از اين آلايندههاي ايجاد شده موجبات تخريب فلزات تأسيسات و مزارع كشاورزي را در بر خواهد داشت و هم چنين آثار سوء را براي انسان در بر خواهد داشت. همچنين سالانه بيش از 4 تريليون فوت مكعب گازهاي غير قابل مصرف در سطح زمين سوزانده شده و به هوا فرستاده میشوند. با توجه به گسترش حفر چاههاي نفت و گاز اين رقم تا سال 2020 به بيش از 6 تريليون فوت مكعب خواهد رسيد.
منابع زيست محيطي در جهان كنوني سرمايههاي ارزشمندي هستند كه حفظ آن ها ميبايستي در زمره اساسیترين تلاشهاي انسان قرار گيرد. اين منابع دائماً در اثر آلودگيهاي ناشي از پسماندهاي فعاليتهاي صنعتي در حال تخريب ميباشند. توليد انرژي انواع گوناگوني از صدمات جدي را به محيط زيست وارد مينمايد كه بيشتر از عوامل خارجي هستند و آن هزينههايي است كه در مراحل مختلف توليد انرژي به جهت آلوده نمودن محيط زيست بر قيمت انرژي تحميل ميشوند. آلايندههاي هوا علاوه بر اينكه مشكلاتي از قبيل افزايش گازهاي گلخانهاي ايجاد ميكنند همچنين انتشار آنها در محيط ميتواند براي افراد بيمار و حساس عوارض شديدي در پي داشته باشد. از طرف ديگر اين آلايندهها بر روي محصولات كشاورزي و گونههاي گياهي و جانوري ضايعات غير قابل برگشتي به وجود میآورد (Piagi and Lasseter 2006, 8).
سیستمهای میکروگرید به دلیل استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در ساختار خود نقش موثری را در كاهش انتشار كربن به هوا و گرم شدن كره زمین ایفا میكنند. صرف نظر از حساسیت بازار، این امر یکی از مهمترین مزایای استفاده از میکروگریدها به شمار میرود. برای عملکرد سازگار با محیط زیست میکروگریدها، كنترل كنندههای مركزی میکروگرید میبایست بر اساس كمترین میزان آلایندگی، تصمیمات مناسب را اتخاذ نمایند. چنانچه كنترل كنندههای مركزی برنامه ریزی شده بر اساس بازار به كاهش آلودگی نیز حساس گردند، الگوریتم تصمیم گیری آنها بسیار پیچیده خواهد شد.
آژانس حفاظت محیط زیست ایالت متحده آمریکا شش نوع آلاینده زیر را به عنوان مهمترین آلایندهها معرفی نموده است:
دی اكسید نیتروژن
مونواكسید كربن
دی اکسید سولفور
سرب
ازون
ذرات معلق موجود در هوا
استفاده از توربینهای گازی بزرگ در نیروگاهها سبب تولید انبوه مونواکسید کربن میشود حال آنکه استفاده از سیستمهای بادی و فتوولتاییک به عنوان انرژی های پاک و در دسترس مزیت دارد. علاوه بر آن توربینهای گازی بزرگ و موتورهای پیستونی به علت دمای عملیاتی بالای آنها در تولید دی اکسید نیتروژن نقش دارند بالعکس، میکروتوربینها و پیلهای سوختی به علت دمای احتراق پایین آنها مقدار دی اکسید نیتروژن كمتری را در هوا منتشر میكنند. بنابراین استفاده از این منابع ذکر شده به عنوان تولیدات پراکنده در میکروگرید به نحو چشمگیری باعث كاهش تركیبات نیتروژن و كربن و مجموعه هیدروكربنها میشود. در جدول 1-1 غلظت گازهای خروجی، از نیروگاههای تولید برق مختلف نشان داده شده است:
جدول 1-1- غلظت گازهاي خروجي از دودكش نيروگاههاروش توليد SO2
تن برگيگا وات ساعت NO2
کیلوگرم بر گیگا وات ساعت CO2
تن بر گیگا وات ساعت
فسیلی 1370-630 1560-630 1240
سيكل تركيبي 140- 45 810 -650 450
آبی بزرگ 21- 18 40-34 8-7
ميكروهيدرو 46- 38 86 – 71 –
توربين بادي 32-10 34- 14 11
PV 37 -13 31 -12 12
در جدول 1-2 نیز سياستهاي كاربردي كشورهاي مختلف در زمينه استفاده از تكنولوژي توليد پراكنده بیان شده است:
جدول 1-2- كشورهاي استفاده كننده از منابع توليد پراكنده و سياست مربوط به كاربرد آنکشور سیاست ها
استرالیا سياست هاي رقابتي سياست كاربرد بهينه انرژي
اتریش تا سال 2005 بايد 30 درصد انرژي توليد شده از منابع انرژي تجديدپذير تأمين گردد.
بلژیک استفاده منطقي از انرژي وكاهش CO2
جمهوری چک حمايت از توليدات آبي كوچك
دانمارک مصرف بهينه انرژي و کاهش CO2
فنلاند خصوصي سازي تجديد ساختار
فرانسه گوناگوني منابع انرژي و بكارگيري منابع Co-Generation
آلمان وجود قوانين تشويقي در تعرفه ها براي استفاده از انرژي هاي آبي بادي خورشيدي در توليد انرژي
پونان کاهش CO2
هند تشویق براي استفاده از منابع توليد انرژي تجديدپذير
ایتالیا كاهش انتشار گازهاي مخرب و بهبود بازده انرژي
هلند کاهش CO2 و بهبود بازده
لهستان بازده بالاي توليد و استفاده از گاز براي توليد انرژي الكتريكي
پرتغال کاهش CO2
اسپانیا ذخیره انرژی، کاهش هزینه های فعلی تولید
انگلستان کاهش CO2 ، تجديد ساختار بالا رفتن بازده انرژي
1-4- مشکلات ميکرو گريدهمانند تمامی تکنولوژیهای امروزی گسترش سیستمهای میکروگرید در صنعت برق نیز با چالشهایی روبه رو است از جمله:
عدم وجود استانداردهای لازم
از آنجا که میکروگرید مبحث جدیدی میباشد هنوز استاندارهای مناسبی برای عملکرد آن در بخش های مختلف در دسترس نمیباشد. به عنوان مثال هنوز استانداردهایی در زمینهی ترکیب منابع تولید پراکنده در میکروگرید به منظور افزایش کیفیت توان موجود نمی باشد.
موانع قانونی و اداری
در بسیاری از کشورها هیچ قانونی به منظور انرژی پاک به منظور بستری برای توسعه و عملکرد میکروگرید موجود نیست.
انحصار بازار
اگر چه میکروگرید موجب تعادل اقتصادی در بازار میشود اما در شرایطی که میکروگرید در حالت جزیرهای یا جدا از شبکه بارهای با اولویت را تغذیه میکند و انرژی حاصل از شبکهی اصلی در دسترس نیست، خرده فروشی کنترل قیمت بازار را از دست خواهد داد و بازار دچار انحصار خواهد شد.
مشکلات فنی
به دلیل عدم وجود تجارب فنی کافی در این زمینه، ترکیب و کنترل تعداد زیادی منابع تولید پراکنده در سطح ولتاژ توزیع مشکلات بسیاری را در زمینهی پایداری و کیفیت توان، کنترل تعادل توان و حفاظت به وجود خواهد آورد که این مشکلات در سالهای اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. از جمله:
الف) پایداری و کیفیت توان
با حضور منابع کوچک تولید انرژی در میکروگرید و دو طرفه شدن جهت پخش توان، مشکلاتی نظیر عدم تعادل در توان راکتیو و ولتاژ به وجود خواهد آمد. همچنین ادوات الکترونیک قدرت در کنار مزایای بسیار خود باعث تزریق هارمونیک به شبکه خواهند شد. علاوه بر این حضور تعدادی از منابع تولید پراکنده شامل منابعی با قابلیت تولید توان راکتیو و منابعی با عدم قابلیت تولید توان راکتیو علاوه بر تاثیر بر ساختار و فرکانس شبکه بحث کنترل توان راکتیو را با چالشهای جدی روبه رو میکند.
ب)حفاظت
در شبکههای سنتی جهت عبور توان از سمت شبکهی انتقال به سمت توزیع میباشد. حضور DGها در میکروگرید باعث جاری شدن توان در خلاف جهت مذکور میشود و همچنین چون میکروگرید میبایست در دو مد متصل به شبکه و جدا از شبکه بهره برداری شود، نیاز به طرحهای حفاظتی مجزا در این دو حالت مشکلاتی را در هماهنگی بین رلههای حفاظتی به وجود خواهد آورد.
1-5- بیان مسئله و پیشینه تحقیقاز مطالب ذکر شده در مقدمه بر میآید که دنیای مدرن امروزی به شدت نیازمند انرژی برق با كیفیت و قابلیت اطمینان بالا است. افزایش نیاز به دسترس پذیری و قابلیت اطمینان بالا، نیاز به استفاده از منابع انرژی نو به عنوان تولید كننده، قدیمی شدن شبکههای انتقال و توزیع همه چالشهای امروز را در جهت افزایش قابلیت اطمینان، امنیت و كیفیت توان پیش میبرد. از این رو پژوهشگران و كارشناسان به منظور دست یابی به روشهای بهینهتر برای تامین برق، تکنولوژیهای جدیدی مثل شبکه های میکروگرید را معرفی نموده اند. حضور میکروگریدها در شبکههای توزیع، مزایای بسیاری را برای مشتركین فراهم مینمایند. میکروگریدها قابلیت فراهم نمودن كیفیت توان مطابق با نیازهای مشتركین را دارا میباشند، در چنین شرایطی واضح هست که داشتن یک استراتژی بهینه برای مکان واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید حائز اهمیت است و عدم توجه به آن باعث هدر رفتن وقت و منابع مالی زیاد میشود.
مرجع (Brown et al 2001, 622-627) یک الگوریتم ترتیبی حذفی را برای جایابی و تعیین ظرفیت DGها ارائه می‏دهد، مرجع (El-Khattam 2004, 1674-1684) یک روش جدید ابتکاری مبتنی بر آنالیز هزینه و سود برای تعیین ظرفیت و مکان بهینه‏ی DG انجام می‏دهد، مرجع (Kuri and Li 2004, 2085-2089) روش بهینه‏سازی الگوریتم ژنتیک را برای توسعه‏ی منابع DG در شبکه‏ی توزیع ارائه می‏دهد، جایابی منابع تولیدات پراکنده که سیستم‏های فتوولتائیک یکی از آنها می‏باشد در تحقیقات زیادی مورد بررسی قرار گرفته است (El-Zonkoly 760-771; Hussain and Roy 2012, 565-570; Abu-Mouti and El-Hawary 2011, 2090-2101; Miranda, Ranito and Proenca 1994, 1927-1933 ). مرجع (Patra, Mitra and Ranade 2005, 2372-2377 ) یک روش گویا و منطقی را برای ساخت میکروگریدها بیان کرده است. اثرات منابع تولید پراکنده بر قابلیت اطمینان و بازده شبکه با حضور بارهای متغییر با زمان در مرجع (Zhu 2006, 419-427) مورد مطالعه قرار گرفته است. در مرجع (روحانی 1390، 2؛ Basu 2008, 1-4 ) به بررسی قابلیت اطمینان یک شبکه‏ی میکروگرید با جایابی بهینه‏ی تولیدات پراکنده در آن پرداخته شده است در تمامی پژوهشهای صورت گرفته در گذشته از منابع تولید توان پراکنده (DG)، به عنوان منبع تولید توان اکتیو یاد شده است اما در این پروژه سعی شده تا با روشی جدید به مکانیابی بهینهی سیستمهای فتوولتاییک که به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در میکروگریدها شناخته میشوند (که در فصل دوم در مورد آنها بحث خواهد شد) با در نظر گرفتن توان راکتیو تولیدی علاوه بر توان اکتیو، پرداخته شود.

فصل دوممروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق2-1- ساختار میکروگریدشکل 2-1 شماتیک یک میکروگرید را نشان میدهد. میکروگرید قسمتی از یک سیستم توزیع قدرت الکتریکی را شامل میشود که در پایین دست یک ایستگاه فرعی توزیع قرار گرفته است و شامل انواع مختلف واحدهای DER و استفاده کنندههای الکتریسیته و گرماست.

شکل 2-1- یک میکروگرید نمونه شامل انواع تولیدات پراکنده2-2- معرفي سیستم هاي تولید پراكنده و سابقه آندر اینجا لازم است مقدماتی از تولیدات پراکنده که به عنوان سنگ بنای ساخت سیستمهای میکروگرید هستند بیان شود:
در دهههاي اخير تجديد ساختار صنعت برق و همچنين خصوصي سازي اين صنعت مطرح و در برخي كشورها اعمال گشته است. طي اين مدت به خاطر بالا بردن بازده بهرهبرداري و تشویق سرمايه گذاران صنعت برق دستخوش تغييرات اساسي از لحاظ مديريت و مالكيت گرديده است به طوريكه براي ايجاد فضاي رقابتي مناسب بخشهاي مختلف آن از جمله توليد انتقال و توزيع از هم مستقل گرديدهاند. در محيط تجدید ساختار يافته صنعت برق متقاعد نمودن بازيگران بازار به سرمايهگذاري در پروژههاي چندين ميليارد دلاري توليد و انتقال توان آسان نيست. اين تغيير و تحولات از يك طرف و عواملي همچون آلودگي محيط زيست، مشكلات احداث خطوط انتقال جديد و پيشرفت فناوري در زمينه اقتصادي نمودن ساخت واحهاي تولیدي در مقياس كوچك در مقايسه با واحدهاي توليدي بزرگ از طرف ديگر باعث افزايش استفاده از واحدهاي توليدي كوچك تحت عنوان” توليدات پراكنده”گردیده است. اكثر تكنولوژيهاي توليد پراكنده در جنبههاي متعدد مانند عملكرد اندازه و قابليت گسترش، انعطافپذير هستند. ضمن اينكه استفاده از توليد پراكنده باعث يك عكس العمل قابل انعطاف به مقداردهي قيمت برق ميگردد. تعاريف مختلفي براي توليدات پراكنده بكار رفته است ولي تعريف جامع و بدون محدوديت آن عبارت است از “منبع انرژي الكتريكي كه مستقيماً به شبكه توزيع و يا سمت مصرف كننده وصل ميگردد.” مقادير نامي اين توليدات متفاوت است ولي معمولاً ظرفيت توليد آنها از چند كيلووات تا حدود 10 مگاوات ميباشد. اين واحدها در پستها و در فيدرهاي توزيع در نزديكي بارها قرار ميگیرند (El-Khattam and Salama 2004, 119-128 ). توليد پراكنده انرژي اصطلاح جديدي نيست. از آغازين روزهايي كه بشر براي رفع نياز خود به انواع مختلف انرژي نياز داشت توليد پراكنده شكل گرفته است، چرا كه اين انرژي عملاً در نزديکي محل مصرف آن تولید ميشود. توليدات پراكنده به صورت محلي مورد استفاده قرار ميگيرند. با توجه به اين كه اين توليدات نزديك به مراكز مصرف ميباشند نيازي به انتقال انرژي الكتريكي خروجي آنها در مسافتهاي طولاني وجود ندارد. هرچه مصرف كننده به توليد كننده نزيكتر باشد هزينه تأمين انرژي الكتريكي نيز كاهش خواهد يافت.
بحث میکروگریدها که از به هم پیوستن منابع تولید پراکنده شکل میگیرد، در دههی آخر قرن 20 میلادی درسطح مقالات رونق گرفت و دردههی اول قرن 21 به یکی از مباحث داغ علمی درزمینهی تولید انرژی تبدیل شده است. با توجه به ایجاد رقابت وتجدید ساختار در سیستم های قدرت انتظار میرود تولیدات پراکنده نقش فزایندهای درآینده این سیستمهای داشته باشند به طوریکه تحقیقات انجام شده نشان میدهد تا سال 2015 میلادی بیش از 25 درصد توان الکتریکی را تولیدات پراکنده تشکیل خواهند داد (Kuri and Li 2004, 2085-2089 ).
در آمريكا و اروپا توليد پراكنده به يك راه حل ممكن فني و مدلي براي مصرف كنندگان وتوليدكنندگان تبديل شده و اعتبار و اطمينان تهيه برق را بسيار بهبود بخشيده است. در اكثر كشورها، DGحدود10 درصد ظرفيت نصب شده توليد را تشكيل ميدهد اما در كشورهايي نظير هلند و دانمارك اين روش بيش از 30 تا 40 درصد ظرفيت نصب شده را شامل ميشود. در برخي كشورها نيز مانند استراليا پيشبيني ميگردد تا سال 2015 حدود 70 درصد برق اين كشور بر اساس انرژي توليدي توسط اين سيستم نوين باشد.
در كشورهاي در حال توسعه جمعيت قابل ملاحظهاي به انرژي الكتريكي دسترسي ندارند. بهرهگيري از توليدات پراكنده امكاني را براي افزايش سريع كيفيت زندگي اين افراد فراهم ميسازد. در كشورهاي در حال توسعه و يا روستاها هزينه افزايش توسعه خطوط انتقال و توزيع با توجه به پراكندگي بار بسيار زياد است. يكي از نمونههاي بارز بهرهگيري از توليدات پراكنده در كشورهاي در حال توسعه آفريقاي جنوبي ميباشد. تقريباً 20 درصد جمعيت روستايي آفريقاي جنوبي اميدي به دسترسي به شبكه برق تا20 سال آينده ندارند، دولت آفريقاي جنوبي اهميت توليد پراكنده را دريافت و طرح برق رساني به2000 كلینيك و 16800 مدرسه با بهرهگيري از تكنولوژيهاي توليد پراكنده را تصويب نمود. در كشورهاي ديگر نيز طرحهاي مشابه توسط ارگان هاي دولتي و غیر دولتي در حال پيگيري است. دولت هند طرح برق رساني به 100000روستا را با بهره گيري ازتوليدات پراكنده مد نظر قرار داد (سلطانی 1368، 134؛El-Khattam and Salama 2004, 119-128 Bollen and Sannino 2005, 519-520; Marmolejo et al 2004, 807-814 ).
IEEEتوليد برق توسط وسايلي كه به اندازه كافي از نيروگاه هاي مرکزي كوچكتر بوده و قابل نصب در محل مصرف هستند را به عنوان توليد پراكنده معرفي كرده است. همچنين تعاريفي كه كشورهاي مختلف براي توليد پراكنده ارائه كرده اند بر اساس مقالات IEEE در جدول 2-1 بیان شده است:

جدول 2-1- تعاريف منابع توليد پراكنده در كشورهاي مختلف جهانکشور تعاریف
استرالیا تولیدی است که به شبکهی توزیع وصل میشود (تا 132KV) و قادر است مستقیما بار را تغذیه کند
فرانسه تولیدی است، متصل شده به شبكه توزيع با قابليت تغذيه مستقيم بارهاي خريدار
دانمارک توليدي كه مراكز ديسپج بار منطقه اي را تحت تاثير قرار ندهد
فنلاند تولیدی است که به ولتاژهای 4/0 و20KV وصل میشود
ايتاليا تولیدی است که به شبکههای بالای 4/0 تا 150 KV وصل میشود
پرتغال منابع انرژي تجديدپذير و توليد همزمان كه به هر سطح ولتاژي متصل ميشوند وداراي توان خروجي كمتر از10 مگاوات میباشند
انگلیس توليدي است كه به سيستم توزيع وصل ميشود و ممكن است به صورت متمركز بهره برداري شود
آلمان تعريف مشخصي وجود ندارد ولي معمولاً به انرژي خورشيد بادي و آبي كوچك گفته ميشود كه به سطح ولتاژ تا 20کیلوولت متصل میشود
آمریکا منابع كوچك توليد كننده توان (از چند كيلو وات تا 50مگاوات) كه به شبكه توزيع در طرف شركت برق يا مصرف كننده متصل ميشوند.
2-3- معرفی تکنولوژی های مورد استفاده در ساخت میکروگرید2-3-1 پیل سوختی پيل سوختي يک سيستم تبديل انرژی الکتروشيميايی است که در آن انرژی شيميايی مستقيماً به انرژی الکتريکی و گرمايی تبديل میشود. تاریخچه این پیل‌ها به دو دوره متمایز تقسیم می‌شود : دوره اول که حدود صد سال طول کشید، از سال ۱۸۳۹ با ساخت اولین پیل سوختی با الکترولیت اسید سولفوریک توسط آقای گرو آغاز گردید. با تلاش دانشمندان بزرگی مانند جکس، هابر، مون و همکاران و شاگردان آنها منجر به درک علمی از پیل سوختی و شنا‎‎‎‎‎‎خت تنگناهای این فن‌آوری تا سال ۱۹۴۰ گردید (دهقانپور 2012، 2).
دوره دوم از سال ۱۹۴۰ آغاز می‌شود که بین سالهای ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ نمونه‌های تحقیقاتی متعددی از پیل‌های سوختی توسط شرکت‌های بزرگی مانند جنرال الکتریک با ظرفیت۰۲/۰ وات الی ۱۵ وات ساخته شد. اما هنوز این ظرفیت برای کاربردهای فنی و صنعتی مورد نظر، کافی و قابل قبول نبود. تا اینکه درسال ۱۹۶۵ یک واحد پیل سوختی با ظرفیت یک کیلو‎‎‎وات توسط شرکت جنرال الکتریک به منظور استفاده در ماهواره گمینی ۵، ساخته شد و توجه دانشمندان را به خود جلب نمود. این پیل سوختی با ولتاژ ۲۵ ولت و شدت جریان خروجیA ۴۰ آمپر توانست در طول ۷ پرتاب ماهوارة گمینی ۵، انرژی برابر با ۵۱۹ کیلووات ساعت طی بیش از ۸۴۰ ساعت پرواز را تامین کند. بدین ترتیب معلوم گردید که پیل‌های سوختی می‌توانند برای بسیاری از مقاصد هوا – فضا مناسب بوده و انرژی مورد نیاز آنها را به صورت پیوسته و پایدار تامین کنند. این امر موجب گردید تا در سراسر جهان روی توسعة دانش فنی و تکنولوژی ساخت پیل‌های سوختی سرمایه‎‎گذاری‌های بزرگی صورت گیرد. امروزه نیز



قیمت: 11200 تومان

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *