امروزه با رشد و پیشرفت تکنولوژی، استفاده از منابع تولیدپراکنده جهت تامین انرژی رو به افزایش است.این منابع که در انواع مختلفی نظیر پنل های فتوولتائیک، توربین های بادی، دیزل ژنراتور، CHP ، CCHP و ذخیره¬سازها جهت تامین توان استفاده می شوند، دارای مزایای متعدد فنی، اقتصادی و زیست محیطی هستند. نفوذ و توسعه¬ی روزافزون این منابع در سیستم¬های انرژی سبب افزایش امنیت انرژی گردیده و نتایج مهمی قبیل بهبود راندمان انرژی، کاهش تلفات سیستم قدرت، افزایش انعطاف-پذیری در تامین تقاضا، بهبود قابلیت اطمینان تامین تقاضا و ... را در پی دارد. افزایش سرمایه گذاری بخش خصوصی، ایجاد فضای رقابتی بین منابع، کاهش هزینه های سیستم در پی کاهش تلفات، ایجاد انگیزه های بهینه¬سازی جهت کسب سود اقتصادی از جمله مزایای اقتصادی استفاده صحیح از این منابع می باشند. همچنین امکان توسعه¬ی مدیریت سبز در چرخه¬ی انرژی و کاهش گازهای گلخانه ای و آلاینده های زیست محیطی، از مهمترین نتایج اجتماعی استفاده از این منابع می¬باشد..به منظور بهره مندی هرچه بیشتر از مزایای ذکر شده، شناخت ماهیت و ساختار این منابع درسیستم های انرژی و تاثیر متقابل این دو بر یکدیگر اهمیت بسیاری دارد . تعیین چارچوب های مطالعاتی برای امکان رشد و توسعه ی این منابع در شبکه¬های انرژی، عمدتا از طریق مطالعات امکان-سنجی صورت می پذیرد. مکان سنجی حضور منابع تولید پراکنده از سه دیدگاه کلی فنی، اقتصادی و زیست¬محیطی قابل بررسی است.در این پایان نامه قصد داریم ضمن معرفی و شناسایی برنامه¬های پاسخگویی در حضور منابع تولید پراکنده و ذخیره¬سازهای انرژی ، استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه¬سازی جهت مدلسازی و تحلیل تاثیر برنامه پاسخگویی بار در حضور این منابع نیز مورد مورد بررسی قرار گیرد. استفاده از ترکیب بهینه منابع تولید پراکنده نظیر پنل فتوولتائیک ، توربین بادی ، منبع تولید همزمان و همچنین باتری ، در کنار استفاده از انرژی شبکه الکتریکی ، ضمن کاهش هزینه های سرمایه گذاری و نگهداری سیستم ، انرژی مورد نیاز برای حدود 15 درصد حرارت مورد نیاز در فصل زمستان را نیز در مدت بهره برداری تامین می کند. می توانید این پروژه رشته مهندسی برق را به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر نظیر توربین بادی، پنل های فتوولتائیک و ... به دلیل انواع مزیت های اقتصادی، فنی و اجتماعی، رشد چشمگیری داشته است. افزایش راندمان انرژی ، افزایش امنیت انرژی، کاهش وابستگی به شبکه انتقال، کاهش تلفات شبکه، کاهش آلایندگی و کم بودن هزینه های بهره برداری از جمله مهمترین مزایای استفاده از این منابع می باشد. بهره¬بردای صحیح و جلوگیری از حضور منفعلانه این منابع از جمله مهم ترین چالشهای پیشرو در امر بهره-برداری از شبکه توزیع و ریز شبکه¬ها می باشد. همچنین شناسایی ظرفیت¬ها و قابلیت¬های توسعه و بکارگیری این منابع با در نظرگیری ساختار شبکه انرژی، هموراه مورد توجه محققین و پژوهشگران بوده است.در این پایان نامه سعی می گردد ضمن معرفی انواع منابع تولیدپراکنده قابل دسترس و کاربردی، امکان سنجی های مربوط به استفاده از این منابع در سمت عرضه انرژی مورد تحلیل قرار گیرد. در ادامه با توجه به ویژگی های ساختاری انواع منابع تولیدپراکنده، گزینه ها و تکنولوژی های مناسب هریک به تشریح بیان گردیده و تکنولوژی مناسب با توجه به شرایط مختلف اعم از اقتصادی، اقلیمی، بهره برداری ارائه می گردد. همچنین جایابی مناسب این منابع در شبکه توزیع استاندارد و تعیین ظرفیت بهینه¬ این منابع بیان می شود.
ضمنا بکارگیری این منابع مورد تحلیل و ارزیابی می گیرد و برنامه های مدیریت انرژی در حضور این منابع تشریح و بیان می شود. در ساختار این پایان نامه سعی خواد شد ابتدا به معرفی و شناسایی انواع منابع تولید پراکنده پرداخته شود و مزایا و معایب استفاده از هر یک از تکنولوژی ها به همرا موانع رشد هریک بیان گردد.
اهمیت و ضرورت تحقیق
در این پایان نامه سعی می گردد امکان سنجی های لازم جهت بررسی منابع تولید پراکنده از جنبه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و پس از ملاحظات استراتژیکی در خصوص مکان یابی این منابع با توجه به توپولوژی شبکه با معرفی هاب انرژی تاثیر بکارگیری این منابع در ساختار شبکه توزیع با وجود برنامه های پاسخگویی بار تحلیل گردد .در ارائه و پیشبرد اهداف این پایان نامه از برنامه های کامپیوتری بهینه سازی نظیر Matlab و یا GAMS برای پیاده سازی مدل پیشنهادی استفاده خواهد شد. با وجود این فرآیند ضمن ایجاد امکان مدلسازی، شرایط تحلیل و بررسی دقیق مسئله فراهم می گردد.با توجه به ظرفیت های بی شمار کشور در رشد و توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر و نیاز ضروری به حضور فعالانه ی این منابع در زمره تولیدکنندگان انرژی الکتریکی،انجام این پایان نامه با توجه به حضور و عملکرد این منابع در شبکه های انرژی و پتانسیل های فنی و اقتصادی بالا در کشور عزیزمان امری ضروری به نظر می رسد. همچنین در این پایان نامه با تکیه بر برنامه های مدیریت انرژی نظیر برنامه های پاسخگویی، حضور منابع تولید پراکنده و ذخیره سازها در یک ریزشبکه مورد تحلیل و ارزیابی قرار می¬گیرد و راهکار بهره برداری مناسب از این منابع معرفی گردد. از مراجع زیر و مجموعه پایان نامه ها و رساله های مربوط به ویژگی های منابع تولید پراکنده به منظور پیشینه ی پژوهشی و گردآوری اطلاعات استفاده می شود .
معرفی تحلیل سیستم های چند حاملی انرژی
یک درگاه انرژی سیستمی متشکل از حاملهای انرژی است که بارهای مورد نیاز یک سیستم انرژی را توسط حاملهای ورودی و از طریق انتقال ، تبدیل و ذخیره سازی انرژی تامین می¬سازد ( بویله و همکاران، 2004). مفهوم درگاه انرژی زمانی که ضرورت اصلاح و طراحی و نیز افزایش بازده سیستمهای انرژی بیش¬تر مطرح شد، پدید آمده است. یک درگاه انرژی قابلیت نگاه کلی به تمامی حاملهای انرژی را فراهم می¬سازد و در واقع پیوستگی و درهم¬تنیدگی این حاملها را در جهت افزایش مطلوبیت انسان دنبال می¬کند. فراگیرشدن سیستمهای مختلف تامین انرژی، افزایش قیمت حاملهای انرژی و ضرورت افزونگی در تامین انرژی برای برخی سیستمها، موجب شده است که در سالهای اخیر تحقیقات گستردهای روی درگاههای انرژی صورت پذیرد ( محمدی و همکاران، 2017). علاوه بر آن در نظرگرفتن انرژیهای تجدید پذیر به عنوان یک عنصر مهم در تامین انرژی از طریق این سیستم¬ها یک مفهوم مهم ساخته است. در تحلیل و بررسی هر سیستم انرژی ظرفیت¬ها و قابلیت¬های بهینه¬سازی سیستم در با توجه به ساختار شبکه قابل تحلیل و بررسی است. پارامترهای نقش¬آفرین در یک سیستم انرژی در شکل زیر قابل مشاهده است
ویژگی های یک هاب انرژی
همانطور که بیان شد، به صورت کلی یک سیستم انرژی شامل حاملهای انرژی ورودی مانند گاز و برق، عناصر فیزیکی موجود در سیستم شامل مبدلها و ذخیره¬سازها و در نهایت بار مورد نیاز مصرف کننده مانند برق، سرمایش و گرمایش است. در شکل زیر یک درگاه انرژی به عنوان نمونه آورده شده است. همانطور که در این شکل نیز قابل مشاهده است، این درگاه انرژی از چندین حامل انرژی نظیر گاز، برق، آب گرم و ... به عنوان ورودی درگاه برخوردار است. همچنین تجهیزات داخلی هاب نیز شامل مبدل¬ها نظیر، میکرو توربین، تولید همزمان، چیلرجذبی، و منابع انرژی نظیر توربین و پنل فتوولتائیک و نهایتا ذخیره¬سازهای الکتریکی و حرارتی و سرمایشی تشکیل شده است. همچنین سمت خروجی این درگاه را انواع تقاضای انرژی شامل، برق، حرارت و سرمایش تشکیل می¬دهد.
منابع تولید انرژی الکتریکی
امروزه، منابع تولیدپراکنده چه از لحاظ تکنولوژی و چه از لحاظ ویژگی دارای تنوع بسیاری هستند. توجه به تنوع منابع تولیدپراکنده، چه از لحاظ نوع منبع، و چه از نظر ویژگی¬های آن اهمیت زیادی در مطالعات مربوط به انتخاب تکنولوژی دارد. همچنین توجه به ساختار شبکه¬ی مورد بهره¬برداری نیز با توجه به این تنوع اهمیت دارد. از اینرو پتانسیل¬سنجی فنی رشد و توسعه¬ی منابع تولید پراکنده در ساختار شبکه¬های انرژی امری ضروری است ( برانت و همکاران، 2017).
امروزه در سرتاسر دنیا از منابع انرژی¬تجدیدپذیر به صورت گسترده در ریزشبکه¬ها و شبکه¬های توزیع استفاده می¬شود. مطابق با آمار حدود 43 درصد از برق سراسری کشور دانمارک از طریق انرژی بادی تامین می¬گردد ( پترسن و همکاران، 2018 ). همچنین مطابق با پیش¬بینی¬های انجام شده تا سال 2050، همه¬ی تقاضای این کشور از طریق انرژی تجدیدپذیر تامین خواهد شد. مزرعه خورشیدی وویکویچ با که هزینه صندوق توسعه منطقه ای اتحادیه اروپا در لهستان شکل گرفت، نشان می دهد که لهستان باید تا سال ۲۰۲۰ میلادی، ۱۵ درصد انرژی خود را طریق از منابع انرژی تجدیدپذیر تامین خواهد نمود( منگاکی و همکاران، 2011). این میزان در سال ۲۰۱۶ میلادی حدود ۱۱.۳ درصد مصرف کل انرژی بود. مجموعه¬ی آمارها نشان از دو برابری استفاده از منابع تولیدپراکنده نسبت به 12 سال گذشته در قاره سبز دارد و این امر از گرایش بی¬سابقه¬ی کشورها جهت استفاده از منابع تجدید خبر می¬دهد. با این وجود، پیشبینی و اتخاذ تمهیدات فنی لازم جهت نفوذ و بکارگیری حداکثری این منابع بسیار ضروری است.
به تبع تغییرات جهانی، در کشور عزیزمان ایران نیز رشد و توسعه¬ی منابع تولیدپراکنده بالاخص تجدیدپذیر، سیر صعودی داشته¬ است.
منابع تولید پراکنده راحتی¬ می¬توانند بارضروری¬ محلی خود را تامین نموده و به عنوان یک پشتیبان خوب در سیستم قدرت در سطح توزیع عمل کنند. علاوه بر این تامین بار توسط این تامین کنندگان محلی از پرشدگی خطوط جلوگیری کرده و علاوه بر کاهش تلفات، قابلیت اطمینان سیستم را با دور نگه داشتن توان عبوری خط از توان نامی آن و همچنین کاهش مدت زمان خاموشی¬ها بهبود می¬بخشد ( پاترو و همکاران). ویژگی¬های ریزشبکه به ویژه توانایی عملکرد به صورت مجزا از شبکه توزیع می¬تواند شاخص¬های قابلیت اطمینان مصرف¬کنندگانی که به این ساختار تعلق دارند را بهبود ببخشد، همینطور شاخصهای قابلیت اطمینان برخی از مصرف¬کنندگان فشار ضعیف¬ و فشار متوسط را که به هیج ریزشبکهای تعلق ندارند نیز ارتقا می¬یابد. بنابراین استفاده از منابع تولید پراکنده علاوه بر مزایای اقتصادی مورد اشاره، مزایای فنی از قبیل ارتقای شاخص¬های قابلیت اطمینان، تاب¬آوری و راندمان شبکه می¬گردد ( دفتری و همکاران، 2015).
منابع تولید پراکنده¬ای که از طریق مصرف سوخت¬های فسیلی به تولید انرژی می¬پردازند را می¬توان در دسته منابع فسیلی قرار داد. با توجه به توضیحات مربوط به ویژگی منابع تولید پراکنده، این منابع دارای توان تولیدی کمتر نسبت به نیروگاه¬های فسیلی می¬باشند. دیزل¬ژنراتور، موتورهای درون سوز بنزینی و یا گازسوز، منابع تولید همزمان برق و حرارت، تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش و میکروتوربین¬ها و ... از جمله این منابع هستند.
تجدید ساختار و محیط رقابتی
در سیستم قدرت سنتی، شرکت¬ها به‌صورت عمودی بوده و مالکیت سیستم¬های تولید، انتقال و توزیع انحصاراً در اختیار یک شرکت خصوصی و یا دولتی است و کل سیستم توسط یک مدیریت یکپارچه اداره می¬گردد. شرکت¬ها توان تولیدی خود را به نرخ¬هایی که تحت نظارت سازمان¬های محلی تعیین می¬شود به مشتری تحویل می¬دهند ( جوسوتیس و همکاران،2007). در این ساختار، هدف اصلی، تأمین بار مصرفی شبکه است. در ساختار سیستم سنتی، بهره¬بردار شبکه با آگاهی از هزینه¬های حدی تولید، هزینه¬های راه¬اندازی و خاموش کردن واحدها و با در نظر گرفتن محدودیت¬های فیزیکی واحدهای تولیدی و ملاحظات امنیتی سیستم انتقال تلاش می¬کرد تا با حداقل هزینه، انرژی موردنیاز مصرف¬کنندگان را در زمان¬های مختلف شبانه¬روز تأمین نماید. در چنین ساختاری کلیه تولیدکنندگان انرژی موظف به اجرای دستورات بهره¬بردار شبکه بوده و همچنین حضور سرمایه¬گذاران بخش خصوصی با مشکلات عدیده¬ای همراه بود.
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1 مقدمه 3
1-2 بیان مسئله 3
1-3 اهمیت و ضرورت تحقیق 4
1-4 اهداف ها 4
1-5 فرضیه ها 5
فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق
مقدمه 7
2-1- معرفی تحلیل سیستمهای چند حاملی انرژی 8
2-2-ویژگیهای یک هاب انرژی 10
2-3 منابع تولید انرژی الکتریکی 14
2-3-1- منابع تولید پراکنده 15
2-3-2 منابع تولید پراکنده با زیر ساخت فسیلی 20
2-3-3 منابع تولید پراکنده مبتنی بر انرژیهای تجدیدپذیر 21
2-3-4 ذخیرهسازهای انرژی 22
2-4 اقتصاد سیستمهای انرژی تولید پراکنده 27
2-4-1- تجدید ساختار و محیط رقابتی 27
2-4-2- سرمایهگذاری در حوزهی انرژی 28
نتیجه گیری 30
فصل سوم: روش شناسی تحقیق
3-1-مقدمه 32
3-2 مدلسازی ریاضی 32
3-2-1- تابع هدف 32
3-2-2- مدلسازی منابع تولید پراکنده 36
3-2-4- مدلسازی هاب انرژی 46
3-3-جمع بندی 55
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها 56
4-1-مقدمه 57
4-2-هاب انرژی 57
4-3-اطلاعات بار شبکه 58
4-3-1- بار الکتریکی 58
4-3-2- بار حرارتی 60
4-3-3- گاز طبیعی 61
4-4-تجهیزات بکار رفته در شبکه 62
4-5-اطلاعات محیطی 63
4-6-ساختار مدلسازی 63
4-7-اجرای برنامه 65
4-8-نتایج مدلسازی 65
4-9-نتایج مربوط به میزان انتخاب ظرفیت منابع 66
فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
5-1-مقدمه 73
5-2-تحلیل نتایج 73
5-3-جمع بندی 74
5-4-تفاوت با کارهای گذشته 75
5-5-پیشنهادات 77
منابع و مراجع 80