شکل۲-۳: نیروگاه عظیم خورشیدی سویل در اسپانیا
۲-۵-۲-۲ کاربردهای سلولهای فتوولتائیک
از جمله موارد کاربرد سلولهای فتوولتائیک عبارتند از:[۳۵]،[۳۸]
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
۲-۵-۲-۳ مزایا و معایب استفاده از سیستمهای فتوولتائیک
برخی از مزایای استفاده از این سیستم عبارتند از [۳۸]:
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 می کنند.
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[۳۸]:
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 نمی باشد 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
۲-۵-۲-۴ مشکلات نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه
امروزه تقاضا برای انرژیهای تجدیدپذیر رو به افزایش است و در میان آنها سیستمهای فتوولتائیک نقش اساسی ایفا می کنند. 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 [۵۰] .
حتی در گرمترین نقاط روی زمین میزان شار تشعشعی خورشید به ندرت از مقدار ۱۰۰۰ w/m2 تجاوز می کند 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 می کند 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.
۲-۶ سیستمهای ترکیبی در شبکه های 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[۴۳].
ترکیب توربین بادی با سایر منابع انرژی می تواند 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 می شود ولی برای ذخیره سازی در بلند مدت قابل استفاده نمی باشد[۱۳].
یک سیستم دیزل- باد هیبریدی نیز بسیار مطمئن خواهد بود زیرا دیزل همچون محافظتی جهت تغییر سرعت باد عمل می کند و همیشه به حفظ نیروی متوسط برابر با نقطه شروع کم می کند[۳۹]. طرحهای کنترل شده هم به تقویت پایداری در سیستم باد- دیزل هیبرید کمک می کنند و توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفته است[۳]. به دلیل اینکه تولیدات بادی به طور کامل به سرعت طبیعی باد بستگی دارند توان خروجی را نمی توان کنترل کرد و نوسان برق ایجاد شده توسط مشخصه خروجی ممکن است که سبب ایجاد مساله فرکانس در کل سیستم قدرت شود[۳۶]. 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 مطالعات انجام شده بر اساس داده های خروجی محل اندازه گیری شده، ظرفیت انرژی و قدرت بهینه شده سیستم ذخیرهسازی انرژی با ظرفیت بالا و سیستم ذخیرهسازی انرژی چرخ طیار را مشخص کردند[۵]. در سیستم ترکیبی توربین بادی- باتری زمانی که سرعت باد منطقه بین سرعت قطع ورودی و قطع خروجی باشد توربین بادی توان الکتریکی تولید می کند. بخشی از توان که مورد نیاز تقاضا باشد به مصرف کننده تحویل داده می شود و مازاد آن به منظور ذخیره سازی وارد باتری می شود. کمبود انرژی در زمانهایی که توان تولیدی توسط توربین بادی قادر به تامین تقاضا نیست، توسط انرژی ذخیره شده باتری فراهم میگردد. لازم به ذکر است که کاربرد این سیستم بیشتر در مناطقی است که وزش باد موسمی نباشد. در مناطق با توزیع باد موسمی، سیستم ذخیره سازی باتری به دلیل کم بودن زمان شارژ ودشارژ باتری قابل استفاده نمی باشد. استفاد ه از توربینهای بادی در این مناطق با سیستم پیل سوختی به عنوان سیستم پشتیبان همراه است. در سیستمهای ترکیبی بادی- پیل سوختی ابتدا توان مورد نیاز توسط توربین بادی تامین می شود سپس مازاد توان تولیدی وارد الکترولایزر شده و پس از تولید هیدروژن در مخازن ذخیره هیدروژن ذخیره سازی می کند. زمانهایی که توربین بادی قادر به تامین تقاضا نباشد، پیل وارد مدار شده و توان مورد تقاضا را تامین می کند. سوخت مورد نیاز پیل سوختی از هیدروژن ذخیره شده در مرحله قبل فراهم میگردد. در مرجع [۴۸] یک سیستم تولید هیبریدی مستقل برای تولید برق نشان داده می شود که شامل ژنراتورهای توربین بادی، ژنراتورهای موتور دیزل، پیل سوختی، سیستم ذخیره انرژی باتری و یک الکترولیز کننده آبی میباشد. هیدروژن تولید شده بوسیله الکترولیز کننده آبی به عنوان سوخت برای سوخت پیل بکار میرود وانحراف فرکانس سیستم برق برای ایجاد تغییرات ناگهانی در بار و تولید میباشد. برق خروجی از ژنراتور موتور دیزل، پیل سوختی، سیستم ذخیره انرژی باتری و برق دریافتی از الکترولیز کننده آبی با بهره گرفتن از کنترل کننده تنظیم می شود به طوری که فرکانس سیستم قابل کنترل باشد. شکل (۲-۴) یک شبکه ترکیبی را به نمایش می گذارد که از یک واحد بادی و یک واحد خورشیدی به همراه چند ذخیره کننده انرژی تشکیل شده است.
شکل۲-۴: نمونه ای از یک شبکه ترکیبی
۲-۷ نیروگاه آبی
این نیروگاه انرژی ذخیره شده آب در ارتفاع بالا را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند (با بهره گرفتن از توربینهای آبی) در این نیروگاهها تبدیلات مکانیکی انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی و سپس به انرژی الکتریکی انجام می شود. شکل (۲-۵) نمایی از سد بتنی کارون ۴ میباشد که بلندترین سد بتنی کشور با ارتفاع ۲۳۰ متر از پی و با ظرفیت ۲.۲ میلیارد لیتر آب در تراز نرمال میباشد.
شکل ۲-۵ : سد بتنی کارون ۴
۲-۷-۱ مزایای نیروگاههای آبی
ساختمان آن ساده و مقاوم بوده و نیاز به نگهداری کمتری دارد.
نسبت به تغییرات بار پاسخ مناسبی میدهد.
سریعا وارد مدار می شود.
دارای تلفات stand-by نیستند.
برای ساخت آن نیاز به متخصصین زیادی است اما در نگه داری آن تعداد بسیار کمی لازم است.
سوختی لازم ندارد.
راندمان آن نسبت به زمان کاهش نمییابد.
از لحاظ محیطی آلودگی ندارد.
آب پس از راه انداختن توربین در مصارف دیگر استفاده می شود.
۲-۷-۲ معایب نیروگاههای آبی
هزینه ساختمان و نیروگاه آن بالاست.
هزینه خطوط انتقال در آن زیاد است.
در فصول خشک مدت خروجی آن تحت تاثیر قرار میگیرد.
تغییرات محسوسی در تبدیلات اکولوژی سیستم در ایجاد دریاچه مصنوعی پشت سد مشاهده می شود.
۲-۸ نیروگاههای دیزلی:
از آنجایی که شبکه برق رسانی در نواحی صعب العبور جغرافیایی با مشکلات عدیدهای روبه رو است، لذا نیروگاههای دیزلی محلی جایگزین مناسبی برای تامین برق این نواحی به شمار میرود. این نیروگاههای کوچک که ظرفیت آنها از ۵ مگا ولت آمپر نیز تجاوز می کند، جایگاه ویژهای در کشورهایی که دارای مناطق کویری و کوهستانی هستند پیدا کرده اند. یک نیروگاه دیزلی، عبارتند از (معمولا) چند دیزل ژنراتور که به صورت موازی(سنکرون) با هم کار کرده و برق نیروگاه را تامین می کنند. یک دیزل ژنراتور، عبارتست از یک موتور دیزل و یک ژنراتور که بعد از کوپله شدن و نصب ادوات کنترل، شکل دیزل ژنراتور را پیدا خواهد کرد. تمامی مسائلی که در مورد نیروگاه مطرح است (از حفاظتهای لازم، بازدید دورهای، سنکرون شدن دو ژنراتور، کنترل آسان و ….) در این نوع از نیروگاهها نیز صدق می کند. اصولا دیزل ژنراتورها تا قدرت ۲ الی ۳ مگاوات و به خصوص به عنوان دیزل ژنراتورهای اضطراری بیمارستانها، هتلها و مناطقی که دارای مصارف محدود میباشند کاربرد گسترده دارد. کلیه دیزلها از دیدگاه سرعت به سه دسته تقسیم میشوند. دسته اول دیزلهای پر سرعت که دور در دقیقه آنها معمولا از ۷۵۰ تا ۱۵۰۰ متغیر است. نسبت وزن به قدرت این نوع دیزلها در قیاس با سایر گروههایی که متعاقبا معرفی میشوند کوچک است و قیمت آنها نیز نسبت به سایر انواع کمتر است. سرعت راه اندازی و بارگیری این نوع دیزلها از سایر انواع به مراتب بیشتر است. گروه دوم دیزلهای سرعت متوسط هستند که سرعت آنها حدودا ۴۵۰ دور در دقیقه است. گروه سوم نیز دیزلهای سرعت پایین میباشند که دور آنها معمولا ۴۰۰ دور در دقیقه کمتر است. قانون کلی حاکم بر دیزلها این گونه است که هر چه دور دیزل کمتر باشد نسبت واحد وزن آن بیشتر، قیمت آن بالاتر، مدت زمان رسیدن به بار کامل بیشتر و قدرت آن افزایش مییابد.
مصرف دیزل در تامین انرژی الکتریکی از گستردگی نسبتا خوبی برخوردار است. موارد به کار گیری دیزل ژنراتورها متناسب با نیاز تغییر می کند. دیزل ژنراتورهای دور بالا به عنوان واحدهای تولید کننده بار اضطراری و به صورت آماده به خدمت عمل می کند و دیزل در ژنراتورهای دور پایین تامین کننده بار پایه هستند[۴۹].
۲-۹ کنترل فرکانس شبکه
|
[پنجشنبه 1400-07-29] [ 05:51:00 ب.ظ ]
|
