برنامه ریزی تولید واحدهای تولید پراكنده در سیستم های قدرت هایبرید

جزئیات و دریافت

فرمت فایل:PDF

تعداد صفحه:171

پایانامه براي دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی برق- قدرت

فهرست مطالب :

چكيده....................................................................................... 18
مقدمه .................................................................................... 19
فصل اول: كليات
2-1 .اصول مطالعات شبيه سازي........................................................... 24
1-2-1 .تعريف مسئله.............................................................. 25
2-2-1 .تشكيل سناريو.................................................................... 25
3-2-1 .تشكيل داده هاي تصميم گيري............................................... 25
4-2-1 .تعيين طرحهاي قابل قبول.......................................................... 26
فصل دوم: انرژيهاي تجديدپذير
1-2 .مقدمه............................................................................... 27
2-2 .انرژيهاي موجود در طبيعت..................................................... 28
3-2 .انرژيهاي نو.......................................................................... 28
1-3-2 .انرژي خورشيدي....................................................................... 29
2-3-2 .انرژي بادي.................................................................... 29
3-3-2 .انرژي امواج درياها................................................................... 29
4-3-2 .انرژي جذر و مد درياها............................................. 29
5-3-2 .انرژي بيوماس.......................................................................... 30
6-3-2 .انرژي زمين گرمائي............................................................... 30
4-2 .معرفي انرژي خورشيدي............................................................. 31
1-4-2 .طبيعت انرژي خورشيدي........................................................ 31
2-4-2 .كاربرد انرژي خورشيدي................................................................ 31
3-4-2 .مشخصات انرژي خورشيدي..................................................... 32
4-4-2 .سلولهاي فتوولتائيك............................................................................... 33
2-5 .انرژي بادي.......................................................................................... 33
1-5-2 .بادها..................................................................................... 34
2-5-2 .بادهاي ايران....................................................................... 35
3-5-2 .خلاصه دومطالعه.................................................................... 35
4-5-2 .توليد برق از انرژي باد............................................................... 36
6-2 .توليد پراكنده.......................................................................................... 36
38 ...................................................................DG 7-2 .مزاياي
42 .......................................................................DG 8-2 .محدوديتهاي بكارگيري
فصل سوم: بارهاي الكتريكي
1-3 .مصرف انرژي الكتريكي........................................................................ 44
2-3 .منحني تداوم بار .......................................................................... 47
3-3 .رفتار همزماني منحني بار ............................................................. 49
4-3 .جمع آوري اطلاعات منحني بار.............................................................................. 52
5-3 .روشهاي مدلسازي بار............................................................................... 53
فصل چهارم: اصول بهره برداري در حضور منابع تجديدپذير
1-4 .مقدمه......................................................................................... 57
2-4 .سيستم قدرت............................................................................................. 58
3-4 .بارهاي الكتريكي.................................................................................... 59
1-3-4 .بارهاي اصلي.................................................................................. 60
2-3-4 .بارهاي تعويق پذير............................................................ 61
4-4 .منابع توليد انرژي الكتريكي....................................................................... 61
1-4-4 .انرژي بادي.......................................................................... 61
1-1-4-4 .ارتفاع بادسنج............................................................................... 61
2-1-4-4 .چگالي هوا.......................................................................... 64
3-1-4-4 .نحوه محاسبه داد ههاي سرعت باد................................................................. 66
4-1-4-4 .محاسبه توان خروجي توربين بادي.............................................................. 70
2-4-4 .سلول خورشيدي .................................................................................. 71
1-2-4-4 .پارمترهاي ورودي در محاسبه انرژي خورشيدي..................................... 72
2-2-4-4 .محاسبه ميزان تابش خورشيد..................................................................... 74
3-2-4-4 .حاسبه توان خروجي سلولهاي خورشيدي................................................ 76
٩
5-4 .ديزل ژنراتور و ميكروتوربين............................................................. 81
1-5-4 .محاسبه آلودگي..................................................................... 82
6-4 .مدل جنبشي باتري................................................................... 83
1-6-4 .حداكثر توان شارژ باتري................................................... 85
2-6-4 .حداكثر توان دشارژ باتري.................................................... 86
7-4 .اصول كاركرد مبدل قدرت....................................................................... 87
1-7-4 .توان انتقالي بين باسها........................................................... 88
2-7-4 .ميزان مجاز توان در مبدل.................................................................... 89
3-7-4 .بار خالص در باسها پس از انتقال توان........................................... 89
8-4 .استراتژيهاي پخش بار............................................................ 90
1-8-4 .استراتژي تعقيب بار................................................................ 91
2-8-4 .استراتژي سيكل شارژ.................................................. 91
فصل پنجم: مدل اقتصادي
1-5 .تئوري مدل اقتصادي............................................................... 92
1-1-5 .تحليل گردش مالي.............................................................. 93
2-1-5 .هزينه سرمايه گذاري و نصب تجهيزات.................................................... 93
3-1-5 .هزينه هاي سوخت....................................................................... 95
4-1-5 .هزينه هاي نگهداري و بهره برداري............................................ 96
5-1-5 .هزينه هاي تعويض تجهيزات..................................................... 98
6-1-5 .كل هزينه هاي سيستم......................................................... 99
7-1-5 .ارزش فعلي سيستم......................................................................... 100
8-1-5 .هزينه تراز......................................................................... 100
9-1-5 .هزينه انرژي.................................................................................... 101
فصل ششم:الگوريتم هاي تصميم گيري
1-6 .مقدمه................................................................ 102
2-6 .تصميم گيري در محيط نامطمئن.......................................................... 104
1-2-6 .آناليز سناريو......................................................................................... 104
2-2-6 .آناليز حساسيت.................................................................................. 105
3-2-6 .شبيه سازي احتمالاتي..................................................... 105
3-6 .تصميم گيري چندمعياره.............................................................. 106
4-6 .برنامه ريزي خطي..................................................................................... 106
5-6 .روند توسعه روشهاي تصميم گيري................................................................ 107
6-6 .مدلهاي تصميم گيري........................................................................................ 108
7-6 .مفهوم كارايي و انواع آن...................................................................................... 109
8-6 .مجموعه امكان پذير توليد................................................................................. 111
9-6 .محاسبه كارايي در مقياس ثابت و متغيير........................................................ 113
10-6 .رويكرد نهاده گرا و ستانده گرا....................................................................... 114
11-6 .تحليل پوششي داده ها.................................................... 115
115 ........................................................................ CCR 1-11-6 .مدل كلاسيك
115 ................................................................ CCR 1-1-11-6 .مدل نسبت
118 .................................................... CCR-I 2-1-11-6 .مدل مضربي نهاده گر ا
119 ............................................................ CCR-I 3-1-11-6 .مدل پوششي نهاده گرا
119 ............................................... CCR-O 4-1-11-6 .مدل مضربي ستانده گرا
120 ............................................. CCR-O 5-1-11-6 .مدل پوششي ستانده گرا
12-6 .ساختن واحد مجازي................................................................ 121
13-6 .الگوريتم تصميم گيري با دو خروجي و يك ورودي..................................... 122
126 .................................................................................... DEA 14-6 .قابليتهاي
15-6 .نرمال سازي داده ها.................................................................................... 127
فصل هفتم:مطالعه موردي شبكه هايبريد مجزا از شبكه
1-7 .بار الكتريكي............................................................................................... 129
2-7 .تكنولوژي مورد مطالعه................................................................. 130
3-7 .هدف................................................................................................... 131
4-7 .روش تحليل و تصميم گيري.................................................................... 131
5-7 .ملاحظات فني موجود در شبكه..................................................... 132
6-7 .فرضيات انجام گرفته در مدل اقتصادي................................................... 133
7-7 .انرژيهاي تجديدپذير............................................................................................. 133
1-7-7 .تجهيزات مورداستفاده............................................................................ 134
١٢
8-7 .نتايج تحليل شبكه مورد مطالعه................................................................ 137
1-8-7 .سال اول................................................................................. 138
2-8-7 .سال دوم........................................................................................... 140
3-8-7 .سال سوم................................................................................. 141
4-8-7 .سال چهارم................................................................................... 142
5-8-7 .سال پنجم.................................................................................. 143
فصل هشتم:مطالعه موردي شبكه هايبريد متصل به شبكه تجديد ساختار شده
1-8 .تجهيزات مورد استفاده........................................................................ 146
2-8 .نتايج تحليل مورد مطالعه........................................................ 146
1-2-8 .سال اول............................................................................... 146
2-2-8 .سال دوم......................................................................................... 148
3-2-8 .سال سوم..................................................................................... 149
4-2-8 .سال چهارم.............................................................................. 149
5-2-8 .سال پنجم...................................................................................... 149
فصل نهم:نتيجه گيري و پيشنهادات
1-9 .نتيجه گيري................................................................................. 151
2-9 .پيشنهادات.......................................................................................... 153
3-9 .پيوست ها............................................................................... 153
فهرست منابع فارسي ...................................................................................... 167
فهرست منابع غيرفارسي................................................................................. 168
فهرست نام ها................................................................................ 171
چكيده انگليسي...................................................................... 172

چکیده :

با توجه به روند توسعه سيستمهاي توليد انرژي الكتريكي و تجديد ساختار در سيستمهاي قدرت و سرمايه گذاري و اقبال جوامع و بر استفاده از انرژيهاي تجديد پذير به سبب ايجاد آلودگي كمتر استفاده از سيستمهاي تركيبي افزايش چشمگيري داشته است. لذا بدليل تغيير شرايط حاكم بر سيستمهاي قدرت روند برنامه ريزي اين سيستمها نيز تغيير نموده به نحوي كه اهداف جديدي را محقق نمايد. در شرايط جديد، نه تنها كاهش هزينه انرژي الكتريكي، بلكه كاهش آلودگي نيز جز اهداف موردنظر مي باشد.

در اين پايان نامه، ابتدا به معرفي سيستمهاي توليد با استفاده از انرژي هاي تجديدپذير پرداخته و مشخصات اصلي آنها كه در برنامه ريزي بصورت توليد پراكنده ميتوانند موثر باشند معرفي شده اند و سپس نحوه مدلسازي سيستمهاي توليد انرژي الكتريكي با استفاده از انرژيهاي تجديدپذير بيان شده و پارامترهاي هزينه و آلودگي بعنوان پارامترهاي تصميم گيري در انتخاب بهترين طرحها مطرح شده اند و مدل تحليل پوششي داده ها بهنوان روشي جهت تصميم گيري در انتخاب طرحهاي برتر در تامين انرژي الكتريكي پيشنهاد شده كه مي تواند با توجه به عدم قطعيت در محيط برنامه ريزي طرح برتري كه در تمامي شرايط كارايي بالايي دارد انتخاب نمايد.

سپس كارايي روش فوق در مورد يك ناحيه مصرفي كوچك شامل بارهاي مسكوني در منطقه اي در شمال ايران در حالت متصل به شبكه و مجزا از شبكه انجام شده و تاثير تغييرات پارمترهاي محيطي در انتخاب آلترناتيوهاي برتر مورد بررسي و بحث قرار گرفته است.

در صنعت برق و مسئله تجديد ساختار در سيستمهاي قدرت استفاده از انرژيهاي نو مورد توجه قرار گرفته است. از طرف ديگر مسئله انتقال انرژي الكتريكي و مسايل مرتبط با آن باعث شده كه در برخي موارد توليد انرژي الكتريكي در محل مصرف آن صرفه اقتصادي بيشتري داشته و مورد توجه قرار گيرد. اين موضوع در مواردي كه مصرف كنندگان در مناطق دور دست قرار دارند و امكان انتقال انرژي وجود نداشته يا صرفه اقتصادي ندارد اهميت بيشتري پيدا مي كند. جنبه ديگر اين مسئله استفاده از انواع ديگر انرژي مي باشد كه در كنار توليد انرژي الكتريكي توليد مي شوند. يكي از مهمترين نوع اين انرژيها گرماست كه مي تواند بصورت مجزا براي مصارف ديگر از جمله مصارف خانگي استفاده گردد. بنابراين استفاده از انرژيهاي تجديد شونده در محل مصرف و توليد انرژي الكتريكي بصورت توليد پراكنده با استفاده از انرژيهاي نو بعنوان طرحي مناسب براي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است. اما در اين طرح مشكلات زيادي نيز وجود دارد. مهمترين مسئله تامين انرژي كافي براي مصرف كنندگان مي باشد. همان طور كه مي دانيم الگوي انرژيهاي تجديد پذير كه مهمترين آنها انرژي باد و انرژي خورشيدي مي باشند قابل پيش بيني نمي باشند و بنابراين نمي توان با تكيه بر اين انرژيها بار الكتريكي را تامين نمود. يكي از بهترين گزينه ها براي تامين انرژي الكتريكي استفاده از سيستمهاي تركيبي يا هايبريد است كه در آن از منابع مختلف انرژي و ذخيره كننده ها براي تامين انرژي الكتريكي استفاده مي كنند. در اين سيستمها معمولا از چندين منبع توليد انرژي الكتريكي استفاده مي شود كه از جمله آنها مي توان به توليد كنندگان انرژي با سوختهاي فسيلي مانند ديزل ژنراتورها و ميكروتوربينها، منابع توليد انرژي با استفاده از انرژيهاي تجديد پذير مانند توربينهاي بادي و سلولهاي خورشيدي و ذخيره كنندگان انرژي الكتريكي اشاره نمود.

فصل اول

كليات

سيستمهاي هايبريد مي توانند انرژي الكتريكي را به نحو مطلوبي براي بارهاي الكتريكي تامين نموده و از انرژيهاي پاك و قابل دسترس و ارزان جهت توليد انرژي الكتريكي استفاده نمايند. اما اين سيستمها داراي معايبي نيز هستند كه در ذيل بدانها اشاره مي شود:

– سيستمهاي هايبريد معمولا از منابع توليد انرژي الكتريكي با استفاده از سوختهاي فسيلي استفاده مي كنند كه اين مسئله باعث توليد گازهاي آلوده كننده محيط زيست از جمله دي اكسيد كربن مي شود. بنابراين مسئله ايجاد آلودگي در اين سيستمها از اهميت ويژه اي برخوردار است.

– عليرغم پيشرفت تكنولوژي و ارزانتر شدن واحدهاي مبدل انرژي الكتريكي و همچنين واحدهاي توليد انرژي الكتريكي با استفاده از انرژيهاي تجديد پذير، هزينه ساخت سيستمهاي هايبريد به دليل وجود اين تجهيزات بسيار بالا مي باشد و به همين دليل هزينه برق توليدي آنها نيز نسبت به هزينه برق در شبكه هاي الكتريكي معمول بيشتر مي باشد. بنابراين توجه به مسئله هزينه انرژي الكتريكي بسيار مهم مي باشد.

– مسايل فني ديگري نيز در اين سيستمها مطرح است كه از آن جمله مي توان به مسايل حفاظت، قابليت اطمينان، تنظيم ولتاژ، پايداري و… اشاره نمود.

با توجه به مسايل ذكر شده، برنامه ريزي واحدهاي توليد انرژي الكتريكي در اين سيستمها متفاوت با برنامه ريزي در سيستمهاي قديمي توليد انرژي الكتريكي مي باشد. استفاده از منابع توليد انرژي با بازدهي بالاتر، توجه به مسايل زيست محيطي و پارامترهاي ديگر از قبيل عدم قطعيت در افزايش يا كاهش تقاضاي انرژي در آينده، دسترس پذيري منابع انرژي و شرايط اقتصادي از جمله مواردي است كه نحوه برنامه ريزي را تحت تاثير قرار مي دهد. با توجه به اينكه يكي از مهمترين دلاليل استفاده از سيستمهاي هايبريد در توليد انرژي الكتريكي كاهش آلودگي توليد انرژي الكتريكي و استفاده بيشتر از انرژيهاي تجديد پذير بعنوان انرژيهاي پاك مي باشد ميزان آلودگي توليد شده در اين سيستمها يكي از مهمترين فاكتورهايي است كه بايد در برنامه ريزي اين واحدها مورد توجه قرار گيرد. مسئله ديگر مسئله هزينه انرژي الكتريكي در اين سيستمها است كه بدليل استفاده از واحدهاي گرانقيمت، نسبت به هزينه انرژي الكتريكي در سيستمهاي قديمي افزايش چشم گيري دارد. بنابراين صرف بدست آوردن طرحي كه حداقل هزينه را با توجه به محدوديت هاي خاص فني مد نظر قرار دهد كافي بنظر نمي رسد و جنبه هاي ديگري از جمله آلودگي و اثرات زيست محيطي نيز بايد بعنوان هدف در برنامه ريزي در نظر گرفته شود. علاوه بر اين، تاثير پارامترهاي نامشخص ديگر نيز بايد در روند برنامه ريزي درنظر گرفته شود زيرا تغييرات اين پارامترها ممكن است فرايند برنامه ريزي را تغيير داده و تاثير زيادي بر روي طرح انتخاب شده داشته باشد لذا طرح انتخاب شده بايد نسبت به تغييرات پارامترهاي محيطي از ثبات خوبي برخوردار باشد. بطور كلي روند زير در برنامه ريزي سيستمهاي هايبريد بكار گرفته ميشود:

– بدست آوردن منابع با تكنولوژي هاي مختلف جهت توليد انرژي الكتريكي

– برآورده ساختن اهداف سيستم كه شامل كاهش همزمان هزينه و اثرات محيطي است

– پيش بيني شرايط آينده

– بررسي اثر پارامترهاي نامشخص بر روي تصميم گيري نهايي

با توجه به دو مسئله مهم آلودگي و هزينه انرژي الكتريكي، هدف در برنامه ريزي اين واحدها علاوه بر هزينه توليد انرژي الكتريكي مسئله آلودگي توليد شده ناشي از توليد انرژي الكتريكي نيز مي باشد. بر اين اساس روشهاي مختلفي براي برنامه ريزي و تامين اين دو هدف وجود دارند. يكي از روش هاي ارائه شده در اين زمينه، روش تصميم گيري چند معياره است كه نه تنها نوعي بهينه سازي در سيستم م يباشد بلكه برمبناي اهداف تعيين شده، گزينه هايي را براي سيستم ارائه مي دهد كه با توجه به شرائط نامطمئن حاكم بر فضاي برنامه ريزي و با توجه به شاخص هاي مختلف، گزينه هاي بهينه را بدست ميدهد.

و...