پیمانکار رتبه یک تاسیسات

هوشمند سازی ساختمان ها – سیستم های اتوماسیون ساختمان در دنیای اینترنت اشیا
1397-02-27
مصالح هوشمند – معرفی مصالح هوشمند و بررسی کاربرد های آن ها
1397-02-29
Show all

توربین بادی – حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین باد با الگو گرفتن از رفتار شبکه پارکینگ ها در شهر تهران

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
اردیبهشت ماه 97
توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

ژنراتور توربین بادی، به دلیل قیمت نهایی بالای آن در مقایسه با سایر بخش های شبکه تولید برق نیاز به کار در حالت حداکثر توان دارد. و توان خروجی از یک نیروگاه توربین بادی دارای نوسانات بسیار زیادی است. بنابراین، یک چالش جدی برای شبکه برق است، به خصوص زمانی که سهم تولید برق توسط  انرژی باد قابل توجه می شود. در این وضعیت، نوسانات برق خروجی از منابع انرژی تجدید پذیر، پایداری سیستم را بطور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می دهند. از این رو، استفاده از منابع ذخیره انرژی مانند باطری BESS یک راه حل قابل اجرا برای کاهش نوسانات برق بادی به نظر می رسد. و با توجه به اینکه باطری BESS پرهزینه است، شبکه های توزیع برق هوشمند (SDG) را می توان به عنوان یک جایگزین مناسب بکار برد.

همانطور که استفاده از وسایل نقلیه برقی (EV) افزایش یافته است، SDG ها یک فن آوری جدید شناخته شده با عنوان مدل پارکینگ های هوشمند  SPL)) ارائه می کند که نقش مهمی در حذف نوسانات برق تولید شده توسط نیروگاه بادی (WBFS) دارد. بنابراین، مدل سازی دقیقی از SLP، اولین گام در روند حذف نوسانات برق تولیدی توسط نیروگاه بادی است.

 1.1 SPL ها به عنوان BESS های بزرگ

  SPLها، به عنوان یک تکنولوژی مدرن، برای بهبود رفتار منابع انرژی تجدید پذیر در سیستم های تولید برق متمرکز سنتی هستند. با این حال، با توجه به طبیعت تصادفی و نوسانی منابع انرژی تجدید پذیر، در ضمن افزایش استفاده از آنها، عدم اطمینان و چالش های فنی در رابطه با استفاده از شبکه های هوشمند نیز در آینده وجود دارد. خاصیت تصادفی و نوسانی منابع انرژی تجدیدپذیرسبب القای نوساناتی در ولتاژ و فرکانس سیستم خواهد شد و از این رو رفتار دینامیکی سیستم برق قدرت را پیچیده تر می کند. لذا اثرات احتمالی نوسانات برق تولید از منابع تجدیدپذیر در تعامل با  شبکه های هوشمند باید با دقت بررسی شود. با توجه به صرفه اقتصادی و کاهش در مصرف انرژی، این طرح با اقبال خوبی از سوی شرکت های مجری تاسیسات و پیمانکاران تاسیسات مواجه شده است.

برخی تجهیزات که در این شبکه ها وجود دارد از جمله SPL برای ذخیره سازی انرژی بسیار مفید وکاربردی است و در حذف نوسانات برق نقش اساسی بازی می کند و در نتیجه باعث بهبود رفتار دینامیکی سیستم خواهد شد.

SPLها مجموعه ای از PEV ها واقع در یک پارکینگ می باشند. این پارکینگ ها مطابق با زیر ساخت های ارتباطی هستند. در واقع، یک SPL مجموعه ای از صدها یا هزاران وسایل نقلیه الکترونیکی متصل به برق(PEV) است که یک باتری بسیار بزرگ با ظرفیت قابل توجه دارد. هنگام ورود یک PEV به SPL ، سیستم پارکینگ تمام اطلاعات مربوط به آن از جمله ظرفیت باتری و شارژ اولیه را توسط یک سیستم بی سیم و یا هر تکنولوژی دیگری دریافت می کند. بنابراین ظرفیت شارژ یا مصرف باطری پیوسته در حال تغییر است. اطلاعات دریافتی به قسمت سیستم کنترل SPLارسال می شود. این SPLها در همه طرف شهر پراکنده اند و به وسیله باس به هم متصل می شوند.

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

1.2در نظر گرفتن پارکینگ های موجود بصورت SPLها در نمونه مورد بررسی شهر تهران

جایگزین کردن پارکینگ های موجود با SPL ها، نمایش خوبی از شبکه های توزیع هوشمند در آینده نه چندان دور ارائه می دهد. در یک مطالعه موردی شهر تهران در ایران و با توجه به اطلاعات به دست آمده از شهرداری تهران، نزدیک به 213 پارکینگ فعال آماده ارائه خدمات به مشتریان است. از میان این تعداد در حدود 48 پارکینگ در طول 24 ساعت شبانه روز فعال هستند. بنابراین ظرفیت آنها با دیگر پارکینگ ها متفاوت است. پارکینگ های واقع درشهر تهران از حداقل 23 و تا حداکثر 2600 ماشین گنجایش دارند. در این تحقیق، تنها پارکینگ هایی که 24 ساعته خدمات ارائه می دهند و آنهایی که گنجایش حداقل 500 ماشین دارند، بررسی شده اند. با در نظر گرفتن این دو شرط تنها 12 پارکینگ باقی می ماند که در ادامه لیست پارکینگ ها به همراه ظرفیت هر یک ارائه شده است.

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

1.3 مدلسازی و شبیه سازی

در بسیاری از منابع، SPLها بصورت یک باتری با ظرفیت مشخص مدلسازی شده است. این نوع شبیه سازی تنها در برخی موارد قابل قبول است. برای مثال در مورد ذخیره انرژی، ظرفیت ذخیره سازی مناسبی در مورد ماشین ها وجود ندارد. به عبارت دیگر، لازم است ظرفیت SPL ها متغیر فرض شود به این خاطر که نتایج به واقعیت نزدیکتر باشد. ظرفیت لحظه ای SPLها بستگی به تعدادPEVهای پارک شده و حجم ورود ماشین ها دارد. فرض کنید در شرایط اولیه 50 درصد پارکینگ اشغال شده است. و ظرفیت نامی باطری هر ماشین 15KW/hr است. تعدادPEVهای پارک شده تحت تاثیر فاکتورهایی مانند تعداد ساعت کار روزانه و روزهای هفته و موقعیت پارکینگ ها نسبت به فرودگاه و فروشگاه و ترمینال شهر و … دارد. برای نمونه، تعداد ماشین های حاضر در پارکینگ ها در روزهای آخر هفته کاهش می یابد و در دوشنبه حداکثر تعداد است و یا در ساعت12 تا 14 اوج تردد ماشین ها در پارکینگ ها است. با بررسی عوامل تاثیر گذار و مطالعه آماری و استفاده از یکسری معادلات می توان سیستم شبکه پارکینگ را کامل کرد و از نتایج آن استفاده کرد.

حال به شبکه برق نیروگاه برق بادی بر می گردیم. این شبکه دارای SPLها با ویژگی هایی است شبیه به آنچه که در بخش های بالا بیان شد. مزرعه توربین بادی و SPLها با باس PCB به هم متصل هستند. به علاوه، مزرعه توربین بادی مجهز به یک سیتم ظرفیت نامحدود BESS است.

1.4نتایج شبیه سازی

به منظور ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، شبکه آزمایشی ارائه شده در بخش قبلی در نظر گرفته شده است. در ابتدا، داده مزرعه توربین بادی برای یک روز تمام (دوشنبه) بررسی می شود. و اطلاعات SPL مربوط به آن روز با ویژگی های ارائه شده در بخش قبل ارائه شده است.  حذف نوسانات برق تولیدی مزرعه توربین باد با کمک الگوریتم SESPL و SEEV انجام می شود. به عنوان یک محدودیت حداکثر نوسانات برق تولیدی در حدود 7 درصد در نظر گرفته شده است. در شکل زیر برق خروجی از مزرعه توربین بادی قبل و بعد از حذف نوسانات نشان داده شده است.

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

بر اساس شکل، واضح است که نوسانات برق وارد شده به شبکه بسیار کمتر شرایط قبل از حذف نوسانات برق است. شکل زیر نشان دهنده برق منتقل شده لحظه ای بین مزرعه توربین بادی و سیستم ذخیره برق است.

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

مقادیر منفی مربوط به شارژ(ورود ماشین ها در حالت شبیه سازی) و مقادیر مثبت مربوط به مصرف برق باطری (خروج ماشین از پارکینگ) است. و نوسانات برق در بازه های 10 دقیقه ای  ارائه شده است. در فرایند حذف نوسانات از SPL 12 و EV 7422 استفاده شده است.

هدف از الگوریتم های معروف حذف نوسانات وحداقل رساندن تعداد SPL ها در هر نمونه است. با اجرای این طرح، در طول یک هفته در حدود 7 میلیون دلار صرفه جویی اقتصادی خواهیم داشت.

توربین بادی

حذف نوسانات برق تولید شده در مزرعه توربین بادی

پس از انتخاب SPL واجد شرایط برای حذف نوسانات و با کمک الگوریتم SESPL ،  مقدار انرژی مورد نیاز در حالت شارژ / تخلیه و حداقل مقدار برق مورد نیاز مشخص شده است. پس از آن، از الگوریتم SEEV برای تعیین EV های متناسب با انرژی مورد نیاز  برای شارژ / تخلیه در SPL ها باید انتخاب شود. این الگوریتم ها دارای یکسری روابط ومعادلات هستند که در مراجع پایان مقاله به تفصیل بررسی شده اند.

نتیجه گیری

در این تحقیق به منظور حذف نوسانات برق تولید شده توسط یک مزرعه توربین بادی بزرگ نزدیک به یک شبکه توزیع برق هوشمند، یک سیستم کنترل بر مبنایSPL شامل دو الگوریتم کنترلی ارائه شده است. از الگوریتم SESPL  برای مدلسازی شارژ/تخلیه استفاده شد و سپس، از الگوریتم SEEV برای مدلسازی EV ها در SPLهای انتخابی در فرایند حذف نوسانات استفاده شده است. نتیجه بدست آمده اینکه، تعداد عملیات سویچینگ کاهش یافته و در نتیجه عمر باطری هاEV  و دستگاههای الکترونیکی افزایش می یابد. و با استفاده از این باطری ها اضافه برق تولید شده ذخیره و کمبود برق آنها تامین می شود. و در کل با استفاده از روش های ارائه شده، بهره وری سیستم بخصوص درمورد مزرعه های توربین بادی بزرگ افزایش می یابد.

منبع:

1-W. Su, M.Y. Chow, An intelligent energy management system for PHEVs considering demand response, in: FREEDM Annual Conference, Tallahassee, Florida, 2010.

2- M. Jannati, S.H. Hosseinian, B. Vahidi, Guo-Jie. Li, A survey on energy storage resources configurations in order to propose an optimum configuration for smoothing fluctuations of future large wind power plants, Renew. Sust. Energy Rev. 29 (2014) 158e172.

یک دیدگاه