استفاده از پساب برای تولید برق
2017-01-01
صرفه جویی انرژی با استفاده از کنترل تهویه
2017-01-03

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
دی ماه ۹۵

مقدمه

مفهوم “ساختمان به عنوان نیروگاه های برق (BAPS)” نشان دهنده یک تغییر عمده در روند تولید، ذخیره و استفاده از منبع برق است. ساختمان ها دیگر مصرف کنندگان ساده برق نیستند، بلکه بازیکنان فعال در سیستم تاسیساتی برق هستند. برخی ساختمان ها که اخیراً طراحی شده اند، شبیه نیروگاه های کوچک عمل می کنند، نیروگاه های فتوولتائیک چند مگاواتی که در بام نصب شده اند و برق تولید شده اضافی را وارد شبکه برق ملی انگلستان کرده و از آنها به عنوان پشتیبانی کوتاه مدت شبکه (STOR) استفاده می شوند. که این مورد شامل ساختمان های مسکونی نمی شود.

در این مقاله یک رویکرد “پایین به بالا” پیرامون چالش انرژی ساختمان های مسکونی ارائه شده است. این رویکرد انرژی، یک سیستم تولید توان الکتریکی ساختمان، به همراه کاهش تقاضای انرژی، و یک منبع انرژی تجدیدپذیر و منبع ذخیره سازی انرژی است. هدف از این رویکرد پیشنهادی “پایین به بالا” طراحی یک ساختمان منحصر به فرد به عنوان یک نیروگاه برق است، دراین مورد یک ساختمان مسکونی مقرون به صرفه طراحی شده است، که در مورد مصرف انرژی می تواند عملکرد مستقل و یا نیمه مستقلی داشته باشد و تنها در زمانی که برق تولید شده در ساختمان جوابگو نباشد از برق شبکه استفاده می کنند. در این سیستم عملکرد مستقل در تولید و مصرف انرژی، خاص ساختمان هایی است که به شبکه برق سراسری دسترسی ندارند. جامعه هدف در این تحقیق، بخش ساختمان های مسکونی و مصرف انرژی توسط آنهاست، که حدود 30٪ از کل مصرف انرژی و 27 درصد از کل انتشار گاز CO2 انگلستان را به خود اختصاص می دهد.

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برقبه منظور طراحی چنین سیستمی، ابزاری به نام BAPS تهیه شده که برای شبیه سازی هر سیستم انرژی، ترکیب انرژی تولیدی، استفاده از آن و ذخیره سازی در مقیاس ساختمان های مسکونی بکار گرفته می شود(شکل بالا). در ابتدا، انرژی به طور مستقیم از سیستم های انرژی تجدیدپذیر دریافت می شود تا تقاضا را پوشش دهد. با استفاده از انرژی تجدید پذیر در ساختمانهای مسکونی به طور مستقیم، دیگر نیازی به ارسال برق  به شبکه و دریافت از شبکه نیست، و در نتیجه اضافه باری به شبکه تحمیل نمی شود، و نیز کاهش هزینه ها، افزایش قابلیت اطمینان و بهبود کارایی سیستم را به دنبال دارد. زمانی که انرژی های تجدید پذیر بیش از نیاز تولید می شوند، درسیستم ذخیره سازی انرژی ساختمان که شامل یک سیستم باطری است، ذخیره شده و برای تقاضاهای بعدی استفاده می شود. در مقابل، وقتی سیستم تولید و ذخیره سازی برق ساختمان جوابگوی نیازش نباشد، مقدار کمبود برق از شبکه برق شهر تامین خواهد شد. اما در تحقیقات آتی، می تواند در مقیاس بزرگتر از این سیستم استفاده کرد و درنتیجه تاثیرگذاری بیشتری خواهد داشت، که در نهایت سبب ارتقاء سیستم انرژی شهری خواهد شد.

با توجه به سیستم های انرژی تجدید پذیر، انرژی های خورشیدی و باد مناسب ترین نوع هستند  چرا که امروزه تمایل به استفاده از این دو در بریتانیا افزایش یافته است. از آنجایی که خورشید و باد اغلب در زمان های مختلف در دسترس هستند، ترکیبی از هر دو، منبع تامین برق قابل اطمینان تر و با ثبات تر فراهم می سازد. علاوه بر این، از آنجا که این دو در طبیعت پیوسته در حال تغییر هستند، و به شرایط آب و هوا وابسته هستند، ذخیره سازی انرژی را می توان بصورتی طراحی کرد تا تعادل مناسبی بین عرضه انرژی در دسترس و تقاضای آن در طول سال فراهم گردد.

مدل ارائه شده در این مقاله بر اساس طراحی و ساخت نمونه اولیه یک ساختمان با تولید کربن “نزدیک به صفر” ، به نام ساختمان SOLCER است.این ساختمان در سطح ساختمان های پسیو طراحی شده است و شامل یک سیستم یکپارچه تامین و ذخیره سازی انرژی حرارتی و الکتریکی تجدید پذیر است.

ویژگی هایی مانند انعطاف پذیری، قیمت مناسب، عملکرد مناسب، در مورد نمونه اولیه باید بررسی شود و تا اطمینان حاصل شود که ساختمان SOLCER می تواند به عنوان یک جایگزین مناسب در بازار مسکن بریتانیا تبدیل شده و منافع مردم را تامین کند.

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برقبرنامه BAPS با استفاده از یک رابط کاربری ساده بر مبنای اکسل قابل استفاده است، که خروجی شبیه سازی را با فرمتی گویا و مشخص ارائه می کند. روند محاسبات در مرحله اول (شکل بالا) با تعریف مشخصات تقاضای انرژی شروع می شود و گزینه های بعدی آن عبارت از تامین و ذخیره سازی انرژی است. هدف از بکارگیری برنامه BAPS، انعطاف پذیری در فرایند مدل سازی تقریبی تقاضا و تولید و مصرف  انرژی ساختمانهای انگلستان است.

نتایج

با استفاده از برنامه BAPS، و با فرض اینکه اطلاعات مناسبی در دست است، فرآیند انرژی کل “تاسیسات الکتریکی ساختمان به عنوان نیروگاه برق”، را می توان در کمتر از 5 دقیقه ارزیابی کرد. سپس خروجی محاسبات در سه صفحه نمایش داده می شود، که به ترتیب نشان دهنده عرضه، تقاضا و ذخیره سازی انرژی و در نهایت ارائه گزارش نهایی است.

خروجی های  برنامهBAPS  

برنامه BAPS کاربر را مجاز می سازد تا هر لحظه با تغییر در مشخصات سیستم تاثیر آن بر روی نتایج خروجی را مشاهده کند. بنابراین، BAPS نه تنها یک راه حل نهایی فراهم می کند بلکه به کاربر اجازه می دهد تا گزینه های مختلف طراحی و تغییرات اندازه ها را بررسی کند. آنچه که برنامه BAPS را از دیگر برنامه های نرم افزاری سیستم های انرژی هیبریدی متمایز می کند، سهولت درمعرفی منطقه ذخیره سازی انرژی باتری به سیستم است. با استفاده از این برنامه ابعاد، اندازه و وزن سیستم باتری در مراحل اولیه طراحی تعیین شده به طوری که معمار می تواند در مراحل اولیه طراحی موقعیت و ابعاد آنرا در نظر بگیرد.

مرحله دوم: تقاضا

پروفایل تقاضا بر اساس نوع کاربرد نشان داده شده است، و برای کاربر مشخص می شود که کدام وسیله بیشترین مصرف را دارد یا اطلاعات مربوط به ساعات اوج مصرف وسایل مختلف را در اختیار کاربران قرار می دهد. اطلاعات مصرف ساعتی و ماهانه و سالانه بصورت گرافهای مجزا ارائه می شود.(شکل زیر)

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برقمرحله سوم: تامین انرژی

پروفایل تامین انرژی بر اساس نوع منبع انرژی تفکیک شده است، در نتیجه انرژی خورشیدی و انرژی باد با رنگهای  زرد و آبی نشان داده شده است. پروفایلها به صورت روزانه و ماهانه و در قالب یک خروجی بهینه سازی با سایز PV ارائه شده است.(شکل زیر)

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

مرحله چهارم: ذخیره سازی

پروفایل های عرضه و تقاضا جهت بررسی وضعیت تعادل انرژی با هم مقایسه می شوند، به عبارت دیگر، برای اینکه مشخص شود آیا انرژی بیشتری توسط سیستم های تجدید پذیر تولید شده و باید ذخیره شود، یا اینکه صرف تامین نیازهای انرژی ساختمان می شود؟ نتایج بصورت روزانه، ماهانه و سالانه  در شکل زیر ارائه شده است.

ساختمانها به عنوان نیروگاه های مولد برق

منبع:

Sinha and S. Chandel, “Review of software tools for hybrid renewable energy systems,” Renewable and Sustainable Energy Reviews,vol. 32, pp. 192-205, 2014.

Elma and U. S. Selamogullari, “A comparative sizing analysis of renewable energy supplied stand-alone house considering both demand sied and source side dynamics,” Applied Energy, vol. 96, pp. 400-408, 2012.

یک دیدگاه