مدلسازی و شبیه‌سازی یک سیستم تولید توان پراکنده با ذخیره‌ بادی برای تامین تقاضای پویای برق خانگی

چکیده

مقدمه

2.سیستم تولید توان پراکنده‌ی ارائه شده به همراه ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی

1.2.  مصرف توان الکتریکی خانگی و پروفیل بار معمولی

2.2.سیستم تولید توان پراکنده‌ ارائه شده به همراه یک واحد ذخیره ساز انرژی

3.مدلسازی سیستم توزیع توان پراکنده به همراه ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی

1.3. مدل پیل سوختی

پارامترهای پیل سوختی به کار رفته در شبیه‌سازی [6]. 

2.3. مدل و ظرفیت باتری اسید- سرب

 1.2.3. مدل باتری اسید- سرب

جدول 2 : پارامترهای Yuasa NP 18-12

2.2.3. ظرفیت باتری اسید- سرب

3.3. مدل و اندازه ابرخازن

1.3.3. مدل ابرخازن

2.3.3. اندازه‌ی ابرخازن

4.3. شارژ و تخلیه‌ی سیستم ذخیره‌ساز انرژی

1.4.3. کنترل شارژ و تخلیه‌ی باتری

جدول 3 : راهبرد شارژ باتری

2.4.3. کنترل شارژ و تخلیه‌ی ابرخازن

5.3. کانورتر باک

6.3. یکسوساز

   4.نتایج و بحث‌ها

5.نتیجه‌گیری

ترجمه زیرنویس شکل‌ها:

شکل1. پروفیل بار یک خانه‌ی معمولی در بریتانیا.

شکل2. پیکربندی سیستم ارائه شده.

شکل3. پیاده‌سازی مدل پیل سوختی در نرم‌افزار Dymola.

شکل4. مدل دینامیکی غییرخطی باتری اسید- سرب.

شکل5. پیاده‌سازی مدل باتری.

شکل6. مدل ابرخازن [10].

شکل7. پیاده‌سازی مدل ابرخازن (الف) و (ب)

شکل8. مدار کانورتر باک.

شکل9. پیاده‌سازی کانورتر باک در نرم‌افزار Dyloma.

شکل10. پیاده‌سازی پیکربندی 1 و 2 سیستم در نرم‌افزار Dyloma.

شکل11. نتایج شبیه‌سازی پیکربندی1 سیستم.

شکل12. جریان شارژ باتری و ابرخازن برای پیکربندی1 سیستم پس از 06:00 am.

شکل13. وضعیت شارژ باتری در ناحیه 2 برای پیکربندی 1 سیستم (06:00-10:00).

شکل14. نتایج شبیه‌سازی پیکربندی 2 سیستم.

شکل15. جریان شارژ باتری و ابرخازن برای پیکربندی 2 سیستم در 06:00 am.

مصرف الکتریکی یک خانه پایدار نبوده و در طول روز در کل سال متغیر است. این مصرف به آب و هوا، فصل‌ها و نوع مصرف‌کننده‌ها بستگی دارد. همین ویژگی تقاضا، یعنی متغیر بودن آن در طول زمان، طراحی و ساخت یک سیستم تولید توان پراکنده (DPGS) جهت تامین نیازهای خانگی را دشوار می‌کند. به همین دلیل، لازم است یک سیستم تولید توان پراکنده‌ی خودکفا به دقت طراحی شود تا نه تنها تقاضای پویای برق خانگی را تامین کند، بلکه از لحاظ هزینه مقرون به صرفه هم باشد. لذا برای یک DPGS، استفاده از واحد ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی (EES) به منظور ذخیره‌ی انرژی اضافی در اوقات غیرپیک مصرف یک ضرورت به شمار می‌آید؛ EES قادر است در طی دوره‌ی پیک مصرف، انرژی ذخیره شده‌ی خود را به بار تزریق کند. این مطالعه یک سیستم تولید توان پراکنده به همراه یک واحد ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی را بررسی می‌کند که هدف آن تامین تقاضای پویای برق خانگی است. این سیستم شامل یک دیزل ژنراتور (DG) است که با زیست‌سوخت کار می‌کند؛ و یک پیل سوختی؛ که با یک واحد ذخیره‌ساز انرژی شامل یک ابَرخازن و گروهی از باتری‌ها ترکیب می‌شود. مدل‌ها در نرم‌افزار Dymola ایجاد و در پیکربندی‌های مختلف سیستم ارائه و شبیه‌سازی شده‌اند. مشخصات سیستم DPGS-EES ارائه و بحث می‌شود. نتایج حاکی از آن است که هر دو پیکربندی به خوبی از پس تقاضای دریافتی بر می‌آیند.

الکتریسیته (برق) یکی از اشکال بسیار رایج انرژی در زندگی روزمره‌ی ماست. برای تسهیل تامین برق، در حال حاضر سیستم‌های تولید متمرکز به صورت گسترده جهت فراهم کردن برق ملی یا بین‌المللی در سراسر جهان کاربرد دارند. حدود یک سوم انرژی اولیه‌ی مصرف شده‌ی جهان برای تولید برق به کار می‌رود؛ 3/81% برق از طریق انرژی تجدیدناپذیر [1] تولید می‌شود و راندمان متوسط تولید برق از زغال تنها 36% و از گاز 48% در سال 2008 است [2]؛ و حدود 5/23% برق توسط بخش مسکونی در جهان مصرف می‌شود [3]. بنابراین، به منظور کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق و تامین نیاز بخش مسکونی با راندمان بالا اهمیت زیادی دارد. با این حال، منابع انرژی تجدیدپذیر اغلب حالت نوسانی و بینابین دارند. همین موضوع باعث می‌شود تامین پیوسته و مداوم توان توسط سیستم‌های تجدیدپذیر غیرممکن شود. با ترکیب منابع تجدیدپذیرِ بیشتر در کنار منابع تجدیدناپذیر و/ یا تجهیزات ذخیره‌ساز جهت تشکیل یک سیستم تولید توان پراکنده‌ی ترکیبی (DPGS) می‌توان بر این نقص غلبه کرد [4-7]. از سوی دیگر، بار الکتریکی مسکونی مقداری ثابت نداشته و حالتی متغیر و پویا دارد. این بار مسکونی ممکن است در طی شب در حد چند صد وات و در زمان صبح و عصر حدود چند کیلووات و یا بیشتر باشد [8-11]. این یکی از ویژگی‌های خاص مصرف برق خانگی بوده و با دیگر مصارف تفاوت بسیاری دارد. بنابراین، نیازمند ان است که سیستم‌های DPGS به کار رفته برای مصارف خانگی قادر به تامین توان کافی و رفع مدام تقاضای بار در طول روز باشند؛ بدون توجه به اینکه ساعات پیک است یا خیر. هر چند از لحاظ فنی داشتن یک سیستم DPGS برای یک خانه طبق حداکثر بار الکتریکی آن میسر است، اما به عنوان یک راهکار اقتصادی محسوب نمی‌شود، چون بار پیک فقط در چندین ساعت از روز برای یک خانه رخ می‌دهد. بنابراین، لازم است برای یافتن راهکاری جهت تطبیق ظرفیت DPGS با تقاضای نوسانی توان الکتریکی خانگی در یک راندمان بالا و هزینه‌ی پایین، مطالعه‌ای صورت بگیرد. سیستم‌های DPGS به منظور تاین توان الکتریکی نواحی دوردست ارائه و طی سال‌های متمادی به کار رفته‌اند [12-14]. این سیستم‌ها را می‌توان در چند دسته جای داد: سیستم‌های مبتنی بر منابع تجدیدناپذیر به همراه باتری؛ سیستم‌های مبتنی بر منابع تجدیدپذیر (مثل PV خورشیدی و توربین بادی) بانک‌های بزرگ باتری برای ذخیره‌سازی، و ژنراتور موتوزی (engine) به عنوان پشتیبان [12]؛ و اخیرا ابَرخازن‌ها برای ذخیره‌سازی در کنار باتری‌ها ارائه شده‌اند [14]. برای گسترش کاربرد فناوری‌های PV خورشیدی و توربین بادی، نیاز به تحقیق و توسعه‌ی بیشتر در این زمینه است که نهایتا می‌توانند هزینه‌ی سیستم ترکیبی را کاهش دهند [15]. اغلب کارهای تحقیقاتی روی عملکرد کلی سیستم جهت تامین کل تقاضای مصرف‌کنندگان متمرکز هستند