چکیده
با توجه به روند توسعه سیستمهای تولید انرژی الکتریکی و تجدید ساختار در سیستمهای قدرت و سرمایه گذاری و اقبال جوامع و بر استفاده از انرژیهای تجدید پذیر به سبب ایجاد آلودگی کمتر استفاده از سیستمهای ترکیبی افزایش چشمگیری داشته است. لذا بدلیل تغییر شرایط حاکم بر سیستمهای قدرت روند برنامه ریزی این سیستمها نیز تغییر نموده به نحوی که اهداف جدیدی را محقق نماید. در شرایط جدید، نه تنها کاهش هزینه انرژی الکتریکی، بلکه کاهش آلودگی نیز جز اهداف موردنظر می باشد.
در این پایان نامه، ابتدا به معرفی سیستمهای تولید با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر پرداخته و مشخصات اصلی آنها که در برنامه ریزی بصورت تولید پراکنده میتوانند موثر باشند معرفی شده اند و سپس نحوه مدلسازی سیستمهای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر بیان شده و پارامترهای هزینه و آلودگی بعنوان پارامترهای تصمیم گیری در انتخاب بهترین طرحها مطرح شده اند و مدل تحلیل پوششی داده ها بهنوان روشی جهت تصمیم گیری در انتخاب طرحهای برتر در تامین انرژی الکتریکی پیشنهاد شده که می تواند با توجه به عدم قطعیت در محیط برنامه ریزی طرح برتری که در تمامی شرایط کارایی بالایی دارد انتخاب نماید.
سپس کارایی روش فوق در مورد یک ناحیه مصرفی کوچک شامل بارهای مسکونی در منطقه ای در شمال ایران در حالت متصل به شبکه و مجزا از شبکه انجام شده و تاثیر تغییرات پارمترهای محیطی در انتخاب آلترناتیوهای برتر مورد بررسی و بحث قرار گرفته است.
مقدمه
در صنعت برق و مسئله تجدید ساختار در سیستمهای قدرت استفاده از انرژیهای نو مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر مسئله انتقال انرژی الکتریکی و مسایل مرتبط با آن باعث شده که در برخی موارد تولید انرژی الکتریکی در محل مصرف آن صرفه اقتصادی بیشتری داشته و مورد توجه قرار گیرد. این موضوع در مواردی که مصرف کنندگان در مناطق دور دست قرار دارند و امکان انتقال انرژی وجود نداشته یا صرفه اقتصادی ندارد اهمیت بیشتری پیدا می کند. جنبه دیگر این مسئله استفاده از انواع دیگر انرژی می باشد که در کنار تولید انرژی الکتریکی تولید می شوند. یکی از مهمترین نوع این انرژیها گرماست که می تواند بصورت مجزا برای مصارف دیگر از جمله مصارف خانگی استفاده گردد. بنابراین استفاده از انرژیهای تجدید شونده در محل مصرف و تولید انرژی الکتریکی بصورت تولید پراکنده با استفاده از انرژیهای نو بعنوان طرحی مناسب برای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است. اما در این طرح مشکلات زیادی نیز وجود دارد. مهمترین مسئله تامین انرژی کافی برای مصرف کنندگان می باشد. همان طور که می دانیم الگوی انرژیهای تجدید پذیر که مهمترین آنها انرژی باد و انرژی خورشیدی می باشند قابل پیش بینی نمی باشند و بنابراین نمی توان با تکیه بر این انرژیها بار الکتریکی را تامین نمود. یکی از بهترین گزینه ها برای تامین انرژی الکتریکی استفاده از سیستمهای ترکیبی یا هایبرید است که در آن از منابع مختلف انرژی و ذخیره کننده ها برای تامین انرژی الکتریکی استفاده می کنند. در این سیستمها معمولا از چندین منبع تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود که از جمله آنها می توان به تولید کنندگان انرژی با سوختهای فسیلی مانند دیزل ژنراتورها و میکروتوربینها، منابع تولید انرژی با استفاده از انرژیهای تجدید پذیر مانند توربینهای بادی و سلولهای خورشیدی و ذخیره کنندگان انرژی الکتریکی اشاره نمود.
فصل اول
کلیات
سیستمهای هایبرید می توانند انرژی الکتریکی را به نحو مطلوبی برای بارهای الکتریکی تامین نموده و از انرژیهای پاک و قابل دسترس و ارزان جهت تولید انرژی الکتریکی استفاده نمایند. اما این سیستمها دارای معایبی نیز هستند که در ذیل بدانها اشاره می شود:
– سیستمهای هایبرید معمولا از منابع تولید انرژی الکتریکی با استفاده از سوختهای فسیلی استفاده می کنند که این مسئله باعث تولید گازهای آلوده کننده محیط زیست از جمله دی اکسید کربن می شود. بنابراین مسئله ایجاد آلودگی در این سیستمها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
– علیرغم پیشرفت تکنولوژی و ارزانتر شدن واحدهای مبدل انرژی الکتریکی و همچنین واحدهای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژیهای تجدید پذیر، هزینه ساخت سیستمهای هایبرید به دلیل وجود این تجهیزات بسیار بالا می باشد و به همین دلیل هزینه برق تولیدی آنها نیز نسبت به هزینه برق در شبکه های الکتریکی معمول بیشتر می باشد. بنابراین توجه به مسئله هزینه انرژی الکتریکی بسیار مهم می باشد.
– مسایل فنی دیگری نیز در این سیستمها مطرح است که از آن جمله می توان به مسایل حفاظت، قابلیت اطمینان، تنظیم ولتاژ، پایداری و… اشاره نمود.
با توجه به مسایل ذکر شده، برنامه ریزی واحدهای تولید انرژی الکتریکی در این سیستمها متفاوت با برنامه ریزی در سیستمهای قدیمی تولید انرژی الکتریکی می باشد. استفاده از منابع تولید انرژی با بازدهی بالاتر، توجه به مسایل زیست محیطی و پارامترهای دیگر از قبیل عدم قطعیت در افزایش یا کاهش تقاضای انرژی در آینده، دسترس پذیری منابع انرژی و شرایط اقتصادی از جمله مواردی است که نحوه برنامه ریزی را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به اینکه یکی از مهمترین دلالیل استفاده از سیستمهای هایبرید در تولید انرژی الکتریکی کاهش آلودگی تولید انرژی الکتریکی و استفاده بیشتر از انرژیهای تجدید پذیر بعنوان انرژیهای پاک می باشد میزان آلودگی تولید شده در این سیستمها یکی از مهمترین فاکتورهایی است که باید در برنامه ریزی این واحدها مورد توجه قرار گیرد. مسئله دیگر مسئله هزینه انرژی الکتریکی در این سیستمها است که بدلیل استفاده از واحدهای گرانقیمت، نسبت به هزینه انرژی الکتریکی در سیستمهای قدیمی افزایش چشم گیری دارد. بنابراین صرف بدست آوردن طرحی که حداقل هزینه را با توجه به محدودیت های خاص فنی مد نظر قرار دهد کافی بنظر نمی رسد و جنبه های دیگری از جمله آلودگی و اثرات زیست محیطی نیز باید بعنوان هدف در برنامه ریزی در نظر گرفته شود. علاوه بر این، تاثیر پارامترهای نامشخص دیگر نیز باید در روند برنامه ریزی درنظر گرفته شود زیرا تغییرات این پارامترها ممکن است فرایند برنامه ریزی را تغییر داده و تاثیر زیادی بر روی طرح انتخاب شده داشته باشد لذا طرح انتخاب شده باید نسبت به تغییرات پارامترهای محیطی از ثبات خوبی برخوردار باشد. بطور کلی روند زیر در برنامه ریزی سیستمهای هایبرید بکار گرفته میشود:
– بدست آوردن منابع با تکنولوژی های مختلف جهت تولید انرژی الکتریکی
– برآورده ساختن اهداف سیستم که شامل کاهش همزمان هزینه و اثرات محیطی است
– پیش بینی شرایط آینده
– بررسی اثر پارامترهای نامشخص بر روی تصمیم گیری نهایی
با توجه به دو مسئله مهم آلودگی و هزینه انرژی الکتریکی، هدف در برنامه ریزی این واحدها علاوه بر هزینه تولید انرژی الکتریکی مسئله آلودگی تولید شده ناشی از تولید انرژی الکتریکی نیز می باشد. بر این اساس روشهای مختلفی برای برنامه ریزی و تامین این دو هدف وجود دارند. یکی از روش های ارائه شده در این زمینه، روش تصمیم گیری چند معیاره است که نه تنها نوعی بهینه سازی در سیستم م یباشد بلکه برمبنای اهداف تعیین شده، گزینه هایی را برای سیستم ارائه می دهد که با توجه به شرائط نامطمئن حاکم بر فضای برنامه ریزی و با توجه به شاخص های مختلف، گزینه های بهینه را بدست میدهد.
تعداد صفحه : 171
چکیده........................................................................................................................................... 18
مقدمه ............................................................................................................................................ 19
فصل اول: کلیات
2-1 .اصول مطالعات شبیه سازی................................................................................................ 24
1-2-1 .تعریف مسئله................................................................................................................... 25
2-2-1 .تشکیل سناریو................................................................................................................. 25
3-2-1 .تشکیل داده های تصمیم گیری..................................................................................... 25
4-2-1 .تعیین طرحهای قابل قبول........................................................................................... 26
فصل دوم: انرژیهای تجدیدپذیر
1-2 .مقدمه............................................................................................................................................. 27
2-2 .انرژیهای موجود در طبیعت....................................................................................................... 28
3-2 .انرژیهای نو............................................................................................................................... 28
1-3-2 .انرژی خورشیدی............................................................................................................. 29
2-3-2 .انرژی بادی....................................................................................................................... 29
3-3-2 .انرژی امواج دریاها......................................................................................................... 29
4-3-2 .انرژی جذر و مد دریاها.................................................................................................. 29
5-3-2 .انرژی بیوماس.................................................................................................................. 30
6-3-2 .انرژی زمین گرمائی........................................................................................................ 30
4-2 .معرفی انرژی خورشیدی............................................................................................................ 31
1-4-2 .طبیعت انرژی خورشیدی............................................................................................... 31
2-4-2 .کاربرد انرژی خورشیدی................................................................................................. 31
3-4-2 .مشخصات انرژی خورشیدی.......................................................................................... 32
4-4-2 .سلولهای فتوولتائیک....................................................................................................... 33
2-5 .انرژی بادی................................................................................................................................ 33
1-5-2 .بادها.................................................................................................................................. 34
2-5-2 .بادهای ایران.................................................................................................................... 35
3-5-2 .خلاصه دومطالعه.............................................................................................................. 35
4-5-2 .تولید برق از انرژی باد..................................................................................................... 36
6-2 .تولید پراکنده............................................................................................................................ 36
38 ...................................................................................................................................DG 7-2 .مزایای
42 ....................................................................................................DG 8-2 .محدودیتهای بکارگیری
فصل سوم: بارهای الکتریکی
1-3 .مصرف انرژی الکتریکی............................................................................................................... 44
2-3 .منحنی تداوم بار ........ .............................................................................................................. 47
3-3 .رفتار همزمانی منحنی بار ........................................................................................................ 49
4-3 .جمع آوری اطلاعات منحنی بار................................................................................................. 52
5-3 .روشهای مدلسازی بار................................................................................................................. 53
فصل چهارم: اصول بهره برداری در حضور منابع تجدیدپذیر
1-4 .مقدمه......................................................................................................................................... 57
2-4 .سیستم قدرت............................................................................................................................ 58
3-4 .بارهای الکتریکی......................................................................................................................... 59
1-3-4 .بارهای اصلی.................................................................................................................... 60
2-3-4 .بارهای تعویق پذیر........................................................................................................... 61
4-4 .منابع تولید انرژی الکتریکی....................................................................................................... 61
1-4-4 .انرژی بادی........................................................................................................................ 61
1-1-4-4 .ارتفاع بادسنج..................................................................................................... 61
2-1-4-4 .چگالی هوا........................................................................................................... 64
3-1-4-4 .نحوه محاسبه داد ههای سرعت باد................................................................. 66
4-1-4-4 .محاسبه توان خروجی توربین بادی.............................................................. 70
2-4-4 .سلول خورشیدی ........................................................................................................... 71
1-2-4-4 .پارمترهای ورودی در محاسبه انرژی خورشیدی..................................... 72
2-2-4-4 .محاسبه میزان تابش خورشید..................................................................... 74
3-2-4-4 .حاسبه توان خروجی سلولهای خورشیدی................................................ 76
5-4 .دیزل ژنراتور و میکروتوربین..................................................................................................... 81
1-5-4 .محاسبه آلودگی.............................................................................................................. 82
6-4 .مدل جنبشی باتری..................................................................................................................... 83
1-6-4 .حداکثر توان شارژ باتری............................................................................................... 85
2-6-4 .حداکثر توان دشارژ باتری............................................................................................. 86
7-4 .اصول کارکرد مبدل قدرت........................................................................................................ 87
1-7-4 .توان انتقالی بین باسها................................................................................................... 88
2-7-4 .میزان مجاز توان در مبدل............................................................................................ 89
3-7-4 .بار خالص در باسها پس از انتقال توان....................................................................... 89
8-4 .استراتژیهای پخش بار................................................................................................................ 90
1-8-4 .استراتژی تعقیب بار....................................................................................................... 91
2-8-4 .استراتژی سیکل شارژ.................................................................................................... 91
فصل پنجم: مدل اقتصادی
1-5 .تئوری مدل اقتصادی.................................................................................................................. 92
1-1-5 .تحلیل گردش مالی......................................................................................................... 93
2-1-5 .هزینه سرمایه گذاری و نصب تجهیزات........................................................................ 93
3-1-5 .هزینه های سوخت........................................................................................................... 95
4-1-5 .هزینه های نگهداری و بهره برداری................................................................................ 96
5-1-5 .هزینه های تعویض تجهیزات......................................................................................... 98
6-1-5 .کل هزینه های سیستم.................................................................................................... 99
7-1-5 .ارزش فعلی سیستم......................................................................................................... 100
8-1-5 .هزینه تراز.......................................................................................................................... 100
9-1-5 .هزینه انرژی....................................................................................................................... 101
فصل ششم:الگوریتم های تصمیم گیری
1-6 .مقدمه...................................................................................................................................... 102
2-6 .تصمیم گیری در محیط نامطمئن........................................................................................... 104
1-2-6 .آنالیز سناریو..................................................................................................................... 104
2-2-6 .آنالیز حساسیت............................................................................................................... 105
3-2-6 .شبیه سازی احتمالاتی.................................................................................................... 105
3-6 .تصمیم گیری چندمعیاره......................................................................................................... 106
4-6 .برنامه ریزی خطی..................................................................................................................... 106
5-6 .روند توسعه روشهای تصمیم گیری.......................................................................................... 107
6-6 .مدلهای تصمیم گیری............................................................................................................... 108
7-6 .مفهوم کارایی و انواع آن............................................................................................................ 109
8-6 .مجموعه امکان پذیر تولید....................................................................................................... 111
9-6 .محاسبه کارایی در مقیاس ثابت و متغییر.............................................................................. 113
10-6 .رویکرد نهاده گرا و ستانده گرا.............................................................................................. 114
11-6 .تحلیل پوششی داده ها....................................................................................................... 115
115 .............................................................................................. CCR 1-11-6 .مدل کلاسیک
115 .................................................................................. CCR 1-1-11-6 .مدل نسبت
118 ............................................................. CCR-I 2-1-11-6 .مدل مضربی نهاده گر ا
119 ............................................................ CCR-I 3-1-11-6 .مدل پوششی نهاده گرا
119 ........................................................ CCR-O 4-1-11-6 .مدل مضربی ستانده گرا
120 ....................................................... CCR-O 5-1-11-6 .مدل پوششی ستانده گرا
12-6 .ساختن واحد مجازی............................................................................................................. 121
13-6 .الگوریتم تصمیم گیری با دو خروجی و یک ورودی........................................................... 122
126 ....................................................................................................................... DEA 14-6 .قابلیتهای
15-6 .نرمال سازی داده ها............................................................................................................... 127
فصل هفتم:مطالعه موردی شبکه هایبرید مجزا از شبکه
1-7 .بار الکتریکی............................................................................................................................ 129
2-7 .تکنولوژی مورد مطالعه............................................................................................................ 130
3-7 .هدف........................................................................................................................................ 131
4-7 .روش تحلیل و تصمیم گیری................................................................................................... 131
5-7 .ملاحظات فنی موجود در شبکه............................................................................................... 132
6-7 .فرضیات انجام گرفته در مدل اقتصادی.................................................................................. 133
7-7 .انرژیهای تجدیدپذیر............................................................................................................... 133
1-7-7 .تجهیزات مورداستفاده................................................................................................... 134
8-7 .نتایج تحلیل شبکه 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 موردی شبکه هایبرید متصل به شبکه تجدید ساختار شده
1-8 .تجهیزات مورد استفاده.............................................................................................................. 146
2-8 .نتایج تحلیل 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:نتیجه گیری و پیشنهادات
1-9 .نتیجه گیری............................................................................................................................. 151
2-9 .پیشنهادات............................................................................................................................... 153
3-9 .پیوست ها................................................................................................................................ 154
٣
فهرست منابع فارسی ....................................................................................................................... 167
فهرست منابع غیرفارسی.................................................................................................................... 168
فهرست نام ها.....................................................................................................................................
چکیده انگلیسی.
