برق، فتوولتائیک، خورشیدی، توربین، توربینهای، نیروگاه

ه است. در طی این مدت به خاطر بالا بودن بازده بهره برداری دست خوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب بخشهای مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیدهاند. در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق متقاعد نمودن افراد بازار به سرمایه گذاری در پروژههای چندین میلیارد دلاری تولید و انتقال توان آسان نیست. این تغییر و تحولات از یک طرف و همان طور که قبلا نیز اشاره شد عواملی چون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر باعث افزایش استفاده از واحدهای تولیدی کوچک گردیده است[31-32].
2-5-1 انرژی باد
تولید نیروی بادی در جهان در حال پیشرفت است وعلت آن داشتن مزایای اقتصادی و محیطی میباشد. به هر حال از نقطه نظر تکنیکی، چالشهای زیادی در نفوذ قدرت باد به داخل سیستمهای قدرت الکتریکی وجود دارند. در این زمینه، قابلیت اطمینان سیستم یکی از اهداف مهم میباشد حتی اگر تولید برق بادی به شکل طبیعی باشد، قابلیت اطمینان سیستم را می توان با عدم تعادل قدرت بین بار و تولید از بین برد که مربوط به عملکرد روزانه سیستمهای قدرت میشود[33].اگر قدرت باد تا 20 درصد و یا بیشتر از کل نیروی سیستم باشد، ظرفیت و عملکرد مطمئن شبکه با چالشهای بیشماری روبرو میشود. امروزه ظرفیت نصب قدرت باد بیشتر شده است. بنابراین نوسانات قدرت باد مهار شده است تا از تخریب کیفیت شبکه جلوگیری شود. در کل جهان محققین از چندین راه حل جهت متعادل ساختن نوسانات قدرت باد استفاده میکنند. مثلا در طول روز نقاط دارای باد کم را میتوان با سایر قسمت های پر باد جبران کرد. بنابراین یک روش کلی جهت کاهش اختلاف خروجی قدرت باد، توزیع متناسب تعدادی از توربینهای بادی میباشد و هدف از آن تسریع در ورودی نیروی باد از طریق بررسی پایداری خروجی کامل قدرت برق میباشد.
توربین بادی از سال 1975 پیشرفت های شگرفی در زمینههای بادی در جهت تولید برق به عمل آورده است. در سال 1980 اولین توربین برق بادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در آمریکا نصب و به بهره برداری رسید. توربینهای بادی انرژی موجود در باد را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند[34]. شکل (2-1) تصویر نیروگاه بادی منجیل میباشد.

شکل2-1: نیروگاه بادی منجیل
2-5-1-1 مزایای بهره برداری از انرژی باد
انرژی باد نیز مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از ویژگیها و مزایای بالاتری نسبت به سایر منابع انرژی برخوردار است که اهم این مزایا عبارتند است[35]:
عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی میکاهد.
رایگان بودن انرژی باد
توانایی تامین بخشی از تقاضای انرژی برق
کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژیهای فسیلی
کمتر بود هزینههای جاری و هزینههای سرمایه گذاری انرژی باد در بلند مدت
تنوع بخشیدن به منابع انرژی و ایجاد سیستم پایدار انرژی
قدرت مانور زیاد جهت بهرهبرداری در هر ظرفیت و اندازه (از چند وات تا چندین مگاوات)
عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
عدم نیاز به آب
کمتر بودن خطرات زیست محیطی نسبت به سوختهای فسیلی
اخیرا مزارع بادی با شبکههای قدرت ترکیب شدهاند و با توسعه رو به افزایش قدرت افزایش اثرات مربوط به شبکه قدرت بیشتر میشوند و تاثیر تولید باد بر تنظیم فرکانس سیستم، یکی از مهمترین مسائل میباشد. با افزایش نفوذ باد به داخل سیستم، نوسانات قدرت باد هم افزایش یافته و تغییر نوسان در سیستم قدرت هم افزایش مییابد[36].
توربینهای بادی برای به دست آوردن ماکزیمم انرژی، نیاز به کنترلکنندههایی جهت جلوگیری از ناپایداری سیستم و امکان کنترل برق تولیدی دارند. امروزه در توربینهای بادی از میکروپروسسور جهت کنترل عملیات و اندازه گیری بازده سیستم استفاده میشود که به وسیله یک رایانه مرکزی، نظارت ثبت داده ها صورت میگیرد و اخطارهای اتوماتیکی توسط نرم افزارها تشخیص داده شده و اپراتور را از آن آگاه میسازند.
2-5-1-2 توربین بادی متصل به شبکه:
نیروگاه بادی متصل به شبکه به دو دسته تقسیم بندی میشود:
1-توربین بادی متصل به شبکه به صورت منفرد
2-توربینهای بادی متصل به شبکه به صورت مجتمع یا مزرع بادی.
2-5-1-3 توربین بادی منفرد متصل به شبکه:
این توربینها معمولا برای تامین بارهای الکتریکی از نوع مسکونی، تجاری صنعتی یا کشاورزی استفاده میشود که معمولا 1 تا 10 کیلووات برای مصارف مسکونی، 10 تا 20 برای مصارف تجاری و 10 تا 50 کیلووات برای مصارف کشاورزی وظرفیتهای بالاتر برای مصارف صنعتی تا سقف 100 کیلووات معمولا به کار میرود و بار مصرفی آنها معمولا در نزدیکی محل توربین قرار دارد و این بار همچنین میتواند به شبکه سراسری نیز اتصال پیدا کند و یا اینکه تولید بیش از حد مصارف را میتوان به شرکتهای توزیع منطقهای فروخت. در شرایطی که توربینها قادر به تولید برق نمیباشند میتوان انرژی را از شبکه سراسری دریافت نمود. این روش معمولا در سطح توزیع صورت میگیرد و علاوه بر مزایایی که دارد معایبی نیز به دنبال دارد مانند تغییر طرحهای حفاظتی، احتمال جزیره شدن، ایجاد هارمونیک و….
2-5-1-4 توربینهای بادی یا مزارع بادی متصل به شبکه:
در این مزارع به دلیل نیاز به توان بالا گروهی از توربینها به طور متمرکز در یک منطقه نصب شدهاند. امروزه مزارع بادی با تولید بیش از 100 مگاوات احداث میشوند که ظرفیت متداول توربینها نصب شده بین 50 کیلووات تا 2 مگاوات میباشد و مقدار انرژی قابل تولید در هر مزرعه به تعداد و مشخصات و سرعت و تداوم باد در آن منطقه بستگی دارد. توان تولیدی مزارع معمولا توسط مبدلهای تبدیل ولتاژ بالاتر شده و به سیستمهای انتقال یا فشار متوسط تزریق میگردد[44].
2-5-2 انرژی خورشیدی
خورشید یک منبع بزرگ و تقریبا لایزال انرژی محسوب میشود. انرژی که از خورشید به زمین میرسد حددا8×1011 مگاوات است که چند هزار برابر انرژی مصرفی تجاری است. یکی از مهمترین سیستمهای تبدیل انرژی خورشیدی، سیستم فتوولتائیک میباشد که در آن انرژی خورشیدی به وسیله سلول خورشیدی به برق تبدیل میشود. با توجه به کاهش هزینه ساخت سلولها در طول زمان، در سالیان اخیر استفاده از سیستم فتوولتائیک جهت تولید برق به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده مورد توجه کشورها و شرکتهای مختلف قرار گرفته است. از آن جایی که بازده سلولهای خورشیدی پایین و قیمت پنلها بالا بود، باید به نحوی مورد بهرهبرداری قرار گیرند که نقطه توان ماکزیمم خود کار کنند. مساحت سلول تاثیری بر ولتاژ آن نداشته که حدودا 0.5 ولت میباشد. اما شدت جریان تابع مساحت سطوح سلول و شدت تشعشع بوده و در شرایط ایده آل معادل 250 آمپر در هر متر مربع از سطح میباشد. روی صفحهای که تشعشعات خورشیدی کل آن 916 w/m2 میباشد یک ردیف سلول خورشیدی سیلیکون با کارایی 15% و سطح موثر یک متر مربع میتواند 137 وات (0.15*916) توان الکتریکی تولید نماید.
با این نسبت جهت توان 20 مگاواتی برق(توان خروجی یک تاسیسات تولید برق حرارتی متوسط) در تشعشع کامل و عمود خورشید، سطح مورد نیاز پانلهای خورشیدی تقریبا 360 جریب و بیش از نیم مایل مربع میباشد. مولدهای فتوولتائیک به دلیل ویژگیهایی همچون نداشتن آلودگیهای زیست محیطی و آلودگی صوتی، تعمیر و نگه داری کم به یکی از پر اهمیت ترین منابع تجدید پذیر تبدیل شده اند. اما تنها دلیلی که مانع از گسترش استفاده از چنین تکنولوژی شده است هزینه زیاد تولید و بازدهی تبدیل انرژی پایین آن است.

شکل 2-2: انرژی ساطع شده از خورشید
2-5-2-1 فتوولتائیک
به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند، سیستم فتوولتائیک گویند[38] .
در سال 1839 فیزیکدان فرانسوی ادموند بکرل کشف کرد که برخی مواد مشخص هنگامی در معرض تابش نور آفتاب قرار میگیرند جریانهای الکتریکی کوچکی ایجاد میکنند. در دهه 1880 میلادی سلولهای فتوولتائیکی از جنس سلنیوم با راندمان 1 الی 2 درصد ساخته شدند. در سال 1954 میلادی تکنولوژی ساخت سلوولتائیک از جنس سیلیسیوم با راندمان 4 درصد توسط لابراتوار بل توسعه یافت و بعدها این راندمان به 11 درصد افزایش پیدا کرد. در طول دهه 1960 عمدهترین کاربرد این سلولها در تامین نیروی الکتریکی ماهوارههای مدار زمین بود. اوایل دهه 1970 میلادی دوره ابداعات جدید در زمینه ساخت، راندمان و کیفیت سلولهای خورشیدی بود و فرصتهایی به منظور استفادههای زمینی از این سلولها بوجود آمد. در دهه 1980 میلادی استفاده از سلولهای فتوولتائیک جهت مصارفی چون ماشین حساب، ساعت، رادیو، شارژر باتریها و…….رواج پیدا کرد. در اواسط دهه 1990 استفاده از این سلولها در سطح جهانی گسترش پیدا کرد[35]. شکل (2-3) نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا را نشان میدهد که در زمینی به وسعت 185 هکتار بنا شده است.

شکل2-3: نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا2-5-2-2 کاربردهای سلولهای فتوولتائیک
از جمله موارد کاربرد سلولهای فتوولتائیک عبارتند از:[35]،[38]
تامین روشنایی مناطق دور افتاده
سیستمهای مخابراتی از راه دور
پمپاژ کردن آب
سیستمهای تصفیه آب
تامین برق مناطق روستایی
ماشین حساب، ساعت، اسباب بازی، سیستمهای اضطراری
یخچال نگهداری واکسن و خون برای مناطق دور افتاده
2-5-2-3 مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک
برخی از مزایای استفاده از این سیستم عبارتند از [38]:
انرژی خورشیدی، انرژی تجدید پذیر نامحدود میباشد.
تولید برق توسط فتوولتائیک هیچ گونه انتشار آلاینده زیست محیطی را در پی ندارد.
ماژولهای خورشیدی بدون اتلاف انرژی، نور خورشید را مستقیما به برق تبدیل میکنند.
سیستمهای فتوولتائیک دارای اجزای متحرک نمیباشند، به همین دلیل نیاز به حداقل نگهداری و هزینه تعمیرات دارند.
سیستمهای فتوولتائیک به راحتی با افزودن تعدادی ماژول و باتریهای ذخیره سازی انرژی قابل گسترش میباشند.
خطر آتش سوزی در سیستمهای فتوولتائیک به مراتب کمتر از سایر سیستمها میباشد.
به کارگیری سلولهای فتوولتائیک برای تولید برق در مناطق دور افتاده بسیار مفید میباشد.
سلولهای فتوولتائیک در کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی قابل نصب بر روی پشت بامها می باشند، از این رو فضاهای موجود اشغال نشده و برای سایر موارد به کار میرود.
برخی از معایب استفاده از این سیستمها عبارتند از[38]:
هزینه تولید برق توسط سلولهای خورشیدی فتوولتائیک بیشتر از هزینه تولید برق ناشی از سوختهای فسیلی می باشد. لازم به توضیح است که با افزایش تولید سلولهای فتوولتائیک میتوان هزینهها را کاهش داد.
برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیر قابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمیباشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و…. بستگی دارد.
به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیره سازی انرژی استفاده کرد.
برای مصارف زیاد الکتریسیته، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلولهای فتوولتائیک میباشد.
کمبود نیروی متخصص وکارامد برای طراحی و نصب سیستمهای فتوولتائیک
2-5-2-4 مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه
امروزه تقاضا برای انرژیهای تجدیدپذیر رو به افزایش است و در میان آنها سیستمهای فتوولتائیک نقش اساسی ایفا میکنند. نوسانهای توان سیستم فتوولتائیک به شرایط آب و هوایی و فصل و موقعیت جغرافیایی بستگی دارد و این مشکلات جدی چون تغییر فرکانس را در پی دارد [50] .
حتی در گرمترین نقاط روی زمین میزان شار تشعشعی خورشید به ندرت از مقدار 1000 w/m2 تجاوز میکند که از نظر استفاده فنی مقدار پایینی است. به علاوه جهت استفاده از آن به سطوح گرد آوری بسیار بزرگی نیاز است. همچنین میزان استفاده از آن با توجه به ساعات مختلف روز فرق میکند البته فصول سال نیز در این تغییر موثر است. یکی از مهمترین پارامترهای سیستم که کنترل فرکانس میباشد را با توجه به حضور نیروگاه خورشیدی باید کنترل شود.
2-6 سیستمهای ترکیبی در شبکههای قدرت
انرژی باد همواره یک منبع انرژی سالم و نامحدود برای تولید برق الکتریسیته میباشد و سطح تولید آن در سالهای اخیر در دنیا همواره رو به افزایش بوده است. به هر حال هنوز چالشهایی وجود دارد و به عنوان یک راه حل ممکن ترکیب تکنولوژی ذخیره انرژی با روش تولید برق تجدیدپذیر یکی از مسائل مورد بحث میباشد[43].
ترکیب توربین بادی با سایر منابع انرژی میتواند سبب افزایش قابلیت اطمینان سیستم تولید توان گشته و انرژی الکتریکی خروجی از سیستم را تقریبا مستقل از زمان مینماید. باتریها مناسبترین گزینه برای ذخیره توان تولیدی در کوتاه مدت هستند که با نصب سیستم ذخیره سازی انرژی باری در سیستم قدرت، با سیستم ژنراتور توربین بادی، نوسانات برق را میتوان کاهش داد و پایداری سیستم قدرت هم تضمین میشود ولی برای ذخیره سازی در بلند مدت قابل استفاده نمیباشد[13].
یک سیستم دیزل- باد هیبریدی نیز بسیار مطمئن خواهد بود زیرا دیزل همچون محافظتی جهت تغییر سرعت باد عمل میکند و همیشه به حفظ نیروی متوسط برابر با نقطه شروع کم میکند[39]. طرحهای کنترل شده هم به تقویت پایداری در سیستم باد- دیزل هیبرید کمک میکنند و توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفته است[3]. به دلیل اینکه تولیدات بادی به طور کامل به سرعت طبیعی باد بستگی دارند توان خروجی را نمیتوان کنترل کرد و نوسان برق ایجاد شده توسط مشخصه خروجی ممکن است که سبب ایجاد مساله فرکانس در کل سیستم قدرت شود[36]. برای حل کردن این مشکلات براساس یک مطالعه در مزرعه بادی Heanguon و جزیره چچو در کره، استفاده ترکیبی از سیستم ذخیره سازی با ظرفیت بالا و سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار مورد بررسی قرار گرفتند و از طریق

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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