کاربرد سیستم ژنراتور ترکیبی در شبکه توزیع هوشمند

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

2- سیستم ذخیره انرژی در شبکه توزیع هوشمند 

شکل 1 – شبکه هوشمند

شکل 2 – شبکه توزیع بسیار کوچک با خروجی سیستم ESS و PV و ژنراتور

3- توان کارکردی افزایش یافته برای ژنراتور دیزلی

4- حد مجاز ISO برای ژنراتور دیزلی

5-بهینه سازی سیستم ژنراتور با ESS

شکل 3 – سیستم ژنراتور ترکیبی به همراه ESS

شکل ۴ – نتایج بدست آمده از شبیه سازی

۶- تحلیل نمودار خصوصیات بار سیستم

شکل 5 – بار شبیه سازی شده بر روی ژنراتور دیزلی

شکل ۶ – بار شبیه سازی شده بر روی ژنراتور دیزلی با توزیع معمول  ‌ُ ،  

7- پیکربندی پیشنهادی برای سیستم

جدول 1 – پیکربندی سیستم برای چیدمان مختلف ژنراتور دیزلی

8- منحنی بهبود یافته توانایی ژنراتور جهت تأمین بار

شکل ۷ – نمودار توزیع معمول برای منحنی بار ژنراتور در (۱)   ،   ؛ (2)   ،   ؛ (3)   ،   و (۴)   ،  

۹-نفوذ بهبود یافته در صفحه خورشیدی

۱۰-نتیجه گیری

ژنراتورهای دیزلی جهت تأمین توان بارهای اضطراری در حین قطع برق پایدار شبکه توزیع استفاده می شوند، میزان بهره وری در طراحی این ژنراتورها به طور معمول در کمتر از 70 درصد ظرفیت مجاز به دلیل نیاز به تطابق با ملاحظات کارکردی از جمله تغییرات بار سیستمی، غیرخطی بودن بار و جهت ارضای عوامل کاهش دهنده آلودگی محیط زیست قرار داده می شود. اگر بتوان 30 درصد از انرژی بالقوه ذخیره شده را به صورت جزئی و یا کامل برای استفاده عملیاتی آزاد نمود، به یک توانایی قابل ملاحظه دست خواهیم یافت که موجب بهبود در استفاده از فضا و دارایی های موجود می گردد. از ذخیره انرژی به عنوان توانایی دستیابی به مزایای اقتصادی از جمله کاهش مصرف برق در زمان اوج مصرف و استفاده مؤثرتر و کارآمدتر از انرژی تعبیر می شود. این مقاله بررسی می نماید که چگونه سیستم ذخیره انرژی (ESS) با استفاده از یک مبدل (معکوس کننده) که به صورت موازی با یک ژنراتور دیزلی قرار داشته و به شکل یکپارچه در یک سیستم ترکیبی کار می کند، می تواند منجر به افزایش 28 درصدی در ظرفیت اصلی ژنراتور شده و به بهره وری بهتر از ظرفیت ژنراتور دیزلی منجر شود. پیشنهاد می شود تا سیستم ذخیره انرژی (ESS) را جهت پشتیبانی از تغییرات بار و اجازه دادن به ژنراتور دیزلی جهت کارکرد بیشتر در وضعیت توان ثابت پیکربندی نموده تا بنابراین بتوان ژنراتورها را از محدودیت و قیود متعاقب با بار رها ساخت. هنگامی که ژنراتور از تغییرات بار لحظه ای جدا شود، درجه آزادی مازاد بوجود آمده در سیستم به آن این اجازه را می دهد تا در ظرفیتی نزدیک به ظرفیت مجاز خود کار کند.

ژنراتورهای دیزلی به عنوان دارائی های مهمی در سیستم شبکه های توزیع کوچک در افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع توان قلمداد می شوند. در حالیکه منابع تجدید پذیر (از جمله خورشید و باد) به طور رو به رشدی در شبکه توزیع توان در حال یکپارچه شدن هستند، توان خروجی آنها منقطع بوده و به طور قابل توجهی تحت تأثیر آب و هوا و فصول سال قرار دارد و امکان دارد به طور ناگهانی و مداوم تغییر نماید. با کارکرد در حالت شبکه توزیعی کوچک مجزا، نیازهای چالش برانگیزی بر دوش ژنراتورهای دیزلی قرار داده شده است تا عملکرد پیچیده تأمین توان الکتریکی به منظور برقراری نیازهای بار متغیر را انجام دهد و در همین حین قابلیت اطمینان و پایداری شبکه توزیع توان را نیز حفظ نماید [1]، از جمله کنترل و تنظیم ولتاژ و فرکانس. ژنراتورهای دیزلی دارای قطعات مکانیکی هستند که در سرعت دورانی ثابت بر حسب دور بر دقیقه (rpm)، جریان هوای ثابت کار کرده و متعاقب آن نیاز به یک تأسیسات پایدارکننده بزرگ برای جریان هوای کمکی جهت تبادل حرارتی دارد. اگرچه ژنراتورهای دیزلی پیشرفته توان بیشتری داشته و از نظر مصرف انرژی نیز کارآمدتر می باشند. استفاده حقیقی از توان تولید شده توسط موتور دیزل به طور معمول کمتر از نقطه کارکرد بهینه آن به دلیل نیاز به حفظ مقدار قابل توجهی از ذخیره گردان جهت تحمل تغییرات بار از بار روی سیستم، بار غیرخطی و در حال حاضر منابع تجدید پذیر در حال گسترش با تولید توان منقطع می باشد. ژنراتورهای دیزلی باید بتوانند با ناپایداری های شدید و افت ها در بارگذاری الکتریکی به هنگام تنظیمات مربوط به بار که منجر به تنش های مکانیکی و حرارتی پرقدرتی می شوند، کنار بیایند. استفاده از ژنراتور دیزلی در مدت زمان کارکرد فعال آن، برحسب ضریب بار متوسط ژنراتور به طور معمول 70 درصد پایین تر از ظرفیت مجاز با توجه به اسب بخار (توان) موتور پیستونی (رفت و برگشتی) است. ماهیت نمودار مشخصه بار و جریان ناپایدار بارهای موتوری در تغییرات بار نقش داشته و از جمله عوامل اصلی جهت در نظر گرفتن در طراحی سیستم ژنراتور می باشند. به طور مرسوم، ژنراتورهای دیزلی با اندازه ای بزرگتر طراحی می شوند تا برای نیازهای بالای توان از جمله جریانهای استارت کننده موتور در مدت زمان کوتاهی پاسخگو باشند که عنایت به سرمایه گذاری ها در تجهیزات و تأسیسات متعادل کننده که متناظراً در حال رشد می باشند، ایده آل و مناسب نیست. با در نظر گرفتن شرایط طراحی، این ظرفیت 70 درصدی مجاز در محدوده فوقانی بارگذاری به عنوان بار کامل ژنراتور در نظر گرفته می شود. در نتیجه این مقدار انرژی بالای ذخیره شده، از منابع و سیستم ژنراتور دیزلی به میزان 20 الی 30 درصد کمتر از ظرفیت توانی که برای آنها در نظر گرفته شده، از جمله برای وضعیت شروع بار اولیه، بهره برداری گردیده است که به معنی هزینه هدر رفته بیشتری بر حسب کیلووات و کیلووات ساعت در عمر طراحی آن می شود. از آنجائیکه موتورهای دیزلی مجموعه های مکانیکی رفت و برگشتی (پیستونی) می باشند که به هنگام کارکرد آنها اصطکاک تولید می شود، مناسب نخواهد بود تا ماشین های پیستونی بزرگتری را برای تدارک توان ذخیره گردان در شبکه توزیعی کوچک به دلیل تلفات انرژی بالقوه موتور و مسائل مربوط به احتراق ناقص بکار گرفت. احتراق ناقص که در بارهای پایین رخ می دهد، پدیده ای در موتورهای دیزلی است که در آن موارد ضخیم و سیاه رنگی از لوله اگزوز که به عنوان رسوبات شناخته می شوند، خارج می گردد. روش طراحی مربوط به بارگذاری ژنراتور تا 70 درصد ظرفیت مجاز منجر به اثر رو به افزایش توان ذخیره گردان بلااستفاده در زمانی است که شبکه های توزیعی کوچک بزرگتری پیاده سازی شده و توانهای ذخیره شده کلی می توانند به سطح مگاوات برای شبکه توزیع توان با اندازه ای معقول برسد. بنابراین، ایده کلیدی و مهم بررسی روش های جایگزین جهت افزایش استفاده از هر دو تأسیسات ژنراتور دیزلی جدید و موجود به صورت همزمان می باشد. اگر ظرفیت مفید بهره وری از ژنراتور دیزلی را بتوان از 70 درصد به 90 درصد افزایش داد، احتمالاً می توان 28 درصد توان مازاد در ظرفیت اصلی ایجاد نمود. مطالعات بر روی سیستم های ذخیره انرژی (ESS) هوشمند توسط چیدمان باتری – مبدل (معکوس کننده) به صورت ارتباطی موازی با ژنراتور دیزلی جهت آزاد نمودن ظرفیت ذخیره بالقوه در حال انجام است. این سیستم (ESS) از تغییرات بار پشتیبانی می نماید زیرا نسبت به تغییرات ناگهانی بار عکس العمل نشان خواهد داد [2] تا به ژنراتور دیزلی اجازه دهد تا در وضعیت توان ثابت و در فرایند آزادسازی ژنراتورها از محدودیت مطابق با بار بیشتر کار کند. هنگامی که سیستم ژنراتور دیزلی از تغییرات بار لحظه ای جدا شود، درجه آزادی مازادی ایجاد شده و به آن اجازه می دهد تا در ظرفیت نزدیک به ظرفیت مجاز کار کند. در این حالت ژنراتور دیزلی بهینه سازی خواهد شد زیرا ظرفیت ذخیره شده را می توان هم اکنون آزاد نمود تا تولید توان را بدون اثر گذاشتن بر تأسیسات متعادل کننده از جمله ملاحظات ساختمانی برای جریان هوای سیستم، افزایش دهد.