يكپارچگي بهينه ي انرژي خورشيدي در شبكه ي گرمايش يك ناحيه

چكيده 

كلمات كليدي

1- مقدمه  

2- مدل كلكتور خورشيدي 

3- بهينه سازي تعهد واحد 

1.3 بررسي موردي 

2.3 تابع هزينه

شكل 1- صفحه آرايي مولفه ها درون بررسي موردي

 3.3 مدل مدول ها

1.3.3 CHP 

2.3.3 بويلر 

3.3.3 ذخيره ي انرژي گرمايي 

4.3 معادلات مدل

 5.3 تكنيك بهينه سازي 

معادلات تعادل؛ 

معادلات ساختاري محدوديت ها و واحدهاي توليد توان. 

4- تحليل بررسي موردي در شمال ايتاليا 

شكل 2- فلوچارت شيوه ي بهينه سازي ايجادشده

1.4 داده هاي ورودي 

2.4 نتايج بهينه سازي 

جدول 1- ساختار موارد تست

شكل 3- پروفايل زمان گرمايش خورشيدي در 3 هفته ي ذكرشده در كل متن

شكل 4- پروفايل زمان قيمت هاي فروش برق در 3 هفته ي ذكرشده دركل متن

شكل 5- تقاضاي گرمايي كاربر درطي 3 هفته ي ذكرشده دركل متن

شكل 6- پروفايل هاي بهينه: ، بويلر Bt1، Psh1 گرمايش خورشيدي، Ut بار گرمايي.

شكل 7- پروفايل هاي بهينه: Pt1 CHP، بويلر Bt1، Psh1 گرمايش خورشيدي، Psttin1، Psttout1 ورودي ذخيره و توان خروجي، بار گرمايي Ut.

شكل 8- پروفايل هاي بهينه: Pt1 CHP، Bt1 بويلر، Psh1 گرمايش خورشيدي، پراكندگي Dt1، بار گرمايي Ut

شكل 9- پروفايل هاي بهينه، Pt1 CHP، بويلر Bt1، Psh1 گرمايش خورشيدي، Psttin1، Psttout1 ورودي ذخيره و توان خروجي، بار گرمايي Ut.

شكل 10- پروفايل هاي بهينه: Pt1 CHP، Bt1 بويلر، Psh1 گرمايش خورشيدي، Dt1 پراكندگي، Ut بار گرمايي.

شكل 11- پروفايل هاي بهينه: Pt1 CHP، Bt1 بويلر، Psh1 گرمايش خورشيدي، Dt1 پراكندگي، Ut بار گرمايي.

5- نتيجه گيري ها

اجراي بخشنامه ي اروپايي 2012/27 مستلزم وجود سهم تجديدپذير داخل سرمايش و گرمايش مكفي ناحيه است. انرژي گرمايي خورشيدي مي تواند سهم قابل رشدي را براي اين منظور داشته باشد اما به يكپارچگي درون سيستم هاي گرمايش ناحيه توجه ويژه اي بايد داشت. درواقع، ماهيت متغير و غيرقابل كنترل گرمايش تجديدپذير بايد بواسطه ي برآوردشدن تقاضاي كاربران و هماهنگي خروجي اش با ساير منابع قابل كنترل رسيدگي شود. ذخيره ي انرژي گرمايي غالباً براي بهره برداري از منابع تجديدپذير در بهترين حالت شان ضروري است. روش بهينه سازي براي يافتن ارسال انرژي به منابع مختلف انرژي موجود در شبكه ايجادشده است. روش بهينه سازي مي تواند در سطح برنامه ريزي براي يافتن بهترين نسبت هاي اندازه ي منابع متداول و خورشيدي و تعيين ظرفيت بهينه ي ذخيره استفاده شود. يك مورد تست پس از تشريح مختصر شيوه ي بهينه سازي و مدول هاي شبيه سازي اش ارائه مي شود و نتايج پيرامون مزاياي گرمايش خورشيدي بحث مي شوند.

افزايش سهم منابع انرژي تجديدپذير (RES) در مصرف انرژي مستلزم بهره برداري بزرگتر از تجديدپذيرها هم در فرم الكتريكي و هم فرم گرمايي شان است. مي دانيم كه شبكه ي سرمايش و گرمايش ناحيه (DHC) در ارتقاي بهره برداري RES در بخش گرمايي نقش دارد. كنش متقابل اكيد بين فرم الكتريكي و گرمايي انرژي در چند دهه‌ي اخير بوسيله‌ي شبكه ي گرمايش ناحيه و كارخانجات همزايش بهره برداري شده است. همزايش بهره برداري از سوخت اوليه را افزايش مي دهد كه به راندمان بيشتر و انتشار كمتر گاز گلخانه اي نسبت به توليد مجزاي برق و گرما منجرمي شود. باتوجه به اينكه اين موضوع به فرم تكنولوژيكي بالغ نرسيده است، اروپا بخشنامه ي 2012/27 را درمورد راندمان انرژي اعلام كرد كه مستلزم وجود سهم تجديدپذير درون باصطلاح سرمايش و گرمايش موثر ناحيه اي است. سهم تجديدپذير در گرمايش ناحيه مي تواند بواسطه ي ورودي هاي مختلف رخ دهد: احتراق سوخت تجديدپذير با كاربرد منبع زمين گرمايي، استفاده از انرژي الكتريكي تجديدپذير و تبديل آن به گرما ازطريق پمپ- گرمايي برگشت پذير يا جاي دادن سهم گرمايش خورشيدي به شبكه ي گرمايش. بهرحال، بخشنامه ي اروپايي عنوان مي كند: سرمايش و گرمايش موثر ناحيه به معني سيستم گرمايش يا سرمايش ناحيه با استفاده از حداقل 50 درصد انرژي تجديدپذير، 50 درصد گرماي مازاد، 75 درصد گرمايش همزايشي يا 50 درصد تركيب چنين انرژي و گرما است. در اين ديدگاه، ارزيابي عملكردهاي كارخانجات گرمايش ناحيه اي جديد يا نوسازي قديمي ها مستلزم تحليل سهم موثر شيوه هاي مختلف انرژي در تامين كاربر نهايي بادرنظرگرفتن دسترس پذيري به منبع تجديدپذير و تقاضاهاي كاربر نهايي درطي فصول مختلف سال و در يك قالب زماني سازگار با چرخه ي كاري تجديدپذير يعني يك روز درصورت درنظرگرفته شدن ورودي خورشيدي است. ورود يك منبع تجديدپذير به يك كارخانه ي همزايش درواقع مستلزم بازتعريف استراتژي مديريت اش است. معمولاً ارزيابي توليد توان با 2 مولفه انجام مي شود: توان و گرماي تركيبي گاز سوخته شده (CHP) و يك بويلر. آنها معمولاً تحت يك لوپ كنترلي ساده بكارانداخته مي شوند كه نقطه ي كاري كارخانه را براي برآورده كردن تقاضاهاي گرمايي كاربر (باتوجه به اينكه غالباً بعنوان طرح تعقيب بار گرمايي شناخته مي شود) جلومي برد كه درآن CHP بار پايه را تامين مي كند و بويلر بارهاي پيك را پوشش مي دهد. اگر چندين منبع توان موجود باشند، يكپارچگي شان بايد ازپس خصوصيات مختلف، هزينه هاي علياتي و محدوديت هاي تخصصي برآيد، براي مثال [3] را مشاهده كنيد. درنتيجه، تعريف اجراي استراتژي مديريت كارخانه در حداقل هزينه اش يا استفاده از بيشترين سهم محتمل تجديدپذير با تعداد محدود مولفه ها كار آساني نيست. اگر منابع تجديدپذير غيرقابل كنترل و نوبتي بكارگرفته شوند، عدم پيش بيني پذيري شان چالش هاي جديدي را براي مديريت كارخانه بهمراه دارد. راه حل مشكل منابع غيرقابل تجديدپذير همانند خورشيد يا باد كاربرد ذخيره ي انرژي است. اگر عناصر ذخيره براي همواركردن سطوح توليد تجديدپذيرها مفيد باشند، ماهيت يكپارچه شان مستلزم آن است كه مديريت انرژي نه تنها درجهت كمينه سازي هزينه ها براي يك لحظه ي زماني بلكه نسبت به يك بازه ي زماني تلاش مي كند براي مثال، انرژي توليدشده توسط كارخانه ي خورشيد درطي روز مي تواند ذخيره و بعدها استفاده شود. علاوه بر يكپارچگي RES، موضوع بحراني ديگري كه امروزه غالباً در مديريت شبكه ي DHC يافت مي شود تعامل ميان توليدكنندگاني است كه مي توانند به سهم نقش گرمايي شان به شبكه بيفزايند. در اين صورت، گرما مي تواند از فرايندهاي مختلف ناشي شود و لذا پروفايل زماني خودش را دارد كه بايد با نيازهاي كلي كاربران نهايي تطابق داده شود. با شروع از ملاحظات قبلي، كاربرد يك ابزار بهينه سازي و شبيه سازي در ارزيابي شبكه ي DHC در فاز برنامه ريزي و در فاز زمان واقعي تعيين كننده است. در بيست سال گذشته، رويكردهاي مختلفي براي حل مشكل مديريت در حوزه هاي كاربردي مختلف از تعهد ايستگاه هاي توان تا مديريت كارخانه هاي CHP يا سيستم DHC مطرح شده اند. اخيراً مفهوم بهينه سازي براي مديريت سيستم هاي انرژي پيچيده با بيش از يك منبع انرژي اعمال شده است. رفرنس هاي [11-13] به بهينه سازي منابع انرژي تجديدپذير نزديك شده اند كه درآن مفاهيم مختلف يكپارچگي ساختمان هاي پراكنده و تعريف پتانسيل بسط راه حل تحليل شده اند. نقطه ي اصلي مقاله ي موجود در كاربرد يك شيوه ي مديريت انرژي بهينه براي ارزيابي عملكرد گرمايش ناحيه با سهم قابل توجه انرژي تجديدپذير است. روش مذكور درصورت اعمال در فاز برنامه ريزي كارخانه يا تازه سازي سهم قابل اطمينان منابع مختلف توان را ارائه مي كند كه امكان ارزيابي درجه ي انجام معيارهاي تعريف شده در دستور اروپايي مبني بر راندمان انرژي را ميسرمي كند. اين مقاله با تجربه ي بدست آمده در مديريت سيستم هاي كلاسيك DHC به موضوعات شبيه سازي و بهينه سازي مرتبط با جاي دادن RES در سيستم مي پردازد. در بخش بعدي، خلاصه اي از شبيه سازي سيستم گرمايي خورشيدي مطرح مي شود درحاليكه در بخش سوم، خصوصيات كلي شيوه ي بهينه سازي تشريح مي شود. در بخش چهارم، تشريح مورد تست همراه با بحث مهمترين نتايج ارائه مي شود. نهايتاً برخي نتيجه گيري ها و چشم اندازها ترسيم مي شوند.