مقدمه
امروزه گرمای جهانی بعلت اثر گازهای گلخانه ای به مسئله جدی تری تبدیل شده است. انتشار بعضی از گازهای گلخانه ای ناشی از فعالیت های انسان است. تولید و پردازش انرژی الکتریکی یکی از منابع اصلی گازهای گلخانه ای محسوب می شود. به طور مستقیم یا غیر مستقیم، نگرانی های زیست محیطی بر توسعه گسترش فن آوری های انرژی تجدیدپذیر حاکم است. انرژی تجدیدپذیر، انرژی تولید شده از منابع تجدیدپذیر طبیعی مانند نور خورشید، باد، اقیانوس، توان آبی، زیست توده، منابع زمین گرمایی، سوخت های زیستی و هیدروژن است.
منابع انرژی تجدیدپذیر ( RES ها) به تنوع نمونه منابع تأمین انرژی کمک می کنند و خطرات ناشی از ادامه / گسترش استفاده از سوخت های فسیلی و انرژی هسته ای را کاهش می دهند. امروزه توجه دولت ها و سازمان های عمومی معطوف به تولید انرژی با فناوری های تا حد ممکن تمیز می باشد. فن آوری های تولید انرژی بر اساس انرژی های آبی، بادی، خورشیدی و زمین گرمایی می توانند به عنوان جایگزین های تمیز و تجدیدپذیر در مقابل فن آوری های متعارف غیر تمیز بر پایه سوخت های فسیلی و هم جوشی هسته ای در نظر گرفته شوند. در این بین توربین بادی و فتوولتائیک (PV) در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشته اند.
ژنراتورهای توان بادی (WPGs) و ژنراتورهای توان خورشیدی (SPGs) قادر به تأمین توان الکتریکی برای یک بار شبکه می باشند. سیستم های تبدیل انرژی ارائه شده توسط توربین های بادی و PV می توانند به ترتیب با تنظیم سرعت چرخش توربین بادی و سطح مؤثر صفحه خورشیدی، حداکثر توان باد / خورشید را استخراج کنند. توان الکتریکی بدست آمده باید قبل از ارسال به شبکه تطبیق داده شود. بنابراین در حالی که WPG ها / SPG ها در حالت ردیابی نقطه توان ماکزیمم (MPPT) کار می کنند، باید از راه کارهای متعادل سازی مؤثر توان مربوط به شبکه استفاده شود.
برای کاهش تغییرات توان RES، سیستم های ذخیره ساز انرژی (ESS ها) مثل باتری ها می توانند برای ایجاد یک سیستم توان ترکیبی (HPS) استفاده شوند. این موضوع شناخته شده است که HPS ها به عنوان یک میکروگرید (MG) می توانند یک راه حل مناسب برای یکپارچه سازی RES های توزیع شده در شبکه توان باشند.
میکرو گرید چیست؟
در جهان امروز تولید مرکزی برق هنوز عمده تولید برق را در بر می گیرد که علت آن موضوعات زیادی مثل اقتصاد مقیاسی، بازده، ظرفیت سوخت و طول عمر می باشد. به هر حال مزیت اقتصادی تولید مرکزی مقیاسی در حال کاهش است زیرا سوخت های فسیلی که از نظر اقتصادی برای تولید مرکزی مناسب هستند، برای قرن آینده (بدون عرضه ثابت یا قیمت ثابت) به اندازه کافی فراوان نیستند.
اخیراً جهان توجه و اشتیاق خود را برای یکپارچه سازی RES ها و ژنراتورهای توزیع شده (DG ها) در شبکه انتقال و توزیع (شبکه الکتریکی) نشان داده که علت آن مزایای بسیار آن می باشد. بعلاوه، RES ها / DG ها می توانند بازده کلی سوخت سیستم را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهند زیرا گرما می تواند به صورت محلی مورد استفاده قرار گیرد. از طرفی سیستم های کوچک و هوشمند انرژی برای یکپارچه سازی منابع انبوه تجدید پذیر، میکرو ژنراتورها و سیستم های ذخیره ساز انرژی (ESS ها) کوچک همچنین بارهای بحرانی و غیر بحرانی در سیستم کنترل شبکه ها در حال توسعه پیوسته هستند. این سیستم های انرژی شبکه، سیستم های انرژی ترکیبی یا میکروگریدها (MGs) نامیده می شوند.
میکروگریدها، در واقع سیستم های توزیع الکتریکی کوچک هستند که چندین مصرف کننده را به چندین منبع توزیع شده تولیدی و ذخیره ساز متصل می کنند. میکروگریدها معمولاً بوسیله خدمات برق چند منظوره به جوامعی که از طریق شبکه های ولتاژ پایین به یکدیگر متصل هستند، مشخص می شوند. بسیار جالب است که این سیستم های قدرت ترکیبی پتانسیل تأمین منبع تغذیه قابل اعتماد برای جوامع از راه دور را دارند که اتصال به منبع انتقال آنها امری غیر اقتصادی است.
فواید میکروگرید
مفهوم میکروگرید یک راه حل مناسب را برای ادغام هر چه بیشتر RES ها در شبکه های توزیع موجود تأمین می کند. میکروگریدها شامل منابع انرژی پراکنده (مانند توربینهای بادی (WTs)، پنل های PV ، سلولهای سوختی، توربین های میکروگازی (MGT ها) )، وسایل ذخیره سازی (مثل Flywheelها، ابرخازن ها و باتری ها) و بارهای قابل کنترل هستند تا بتوانند قابلیت های کنترل قابل توجهی را برای عملکرد شبکه محلی بوجود آورند. این سیستم ها به شبکه توزیع ولتاژ پایین متصل هستند اما در صورت بروز خطا در شبکه بالادست، می توانند در حالت جزیره ای نیز بکار گرفته شوند. از دید مشتری، MG ها هر دو منبع گرمایی و الکتریکی را تأمین می کنند همچنین قابلیت اطمینان محلی را افزایش می دهند، انتشارات را کاهش می دهند، با پشتیبانی از ولتاژ و کاهش افت های ولتاژی کیفیت توان را بهبود می بخشند و به طور بالقوه هزینه های تأمین انرژی را کاهش می دهند. همچنین میکروگریدها می توانند بارهای محلی و حساس را تأمین کنند و سپس این ویژگی همراه با ظرفیت عملکرد در هر دو مد مجزا و متصل شده، قابلیت اطمینان شبکه توان از دید بارها/مصرف کنندگان را افزایش می دهد.
مدهای کاری و نحوه عملکرد میکروگرید
MG می تواند در هر دو مدل متصل با شبکه توزیع و مد جزیره ای عمل کند. کنترل مرکزی میکروگرید (MGCC) عملکرد MG را از طریق کنترل کننده های ژنراتور محلی کنترل می کند (شکل 1).
در مد عملکردی متصل شده، یک برنامه ریزی زمانی توان بین اپراتورهای سیستم توزیع (DSO) و MGCC ایجاد می شود. MGCC مرجع توان بعضی DG ها (مثل میکروتوربین گازی و دیزل ژنراتور) را به منظور تحقق این کنترات تطبیق می دهد. در مد عملکرد جزیره ای MG باید تأمین برق محلی و امنیت انرژی را تضمین کند.
شکل 1) مثالی از میکروگرید
بیشتر منابع انرژی توزیع شده (DER ها) / DG ها که می توانند در یک میکروگرید نصب شوند، برای اتصال داخلی به شبکه برق مناسب نیستند که علت آن مشخصات انرژی تولیدی می باشد. بنابراین واسطه های الکترونیکی توان (DC/AC یا AC/DC/AC) مورد نیاز هستند. کنترل اینورتر بنابراین یک موضوع مهم در عملکرد MG می باشد. زمانی که تعداد کل MG ها در ایستگاه های فرعی به یک سطح بالای قابل توجه می رسد، فواید فنی مشابه می تواند در شبکه های بالادستی به عنوان نتیجه ای از عملکرد چند MG مورد انتظار باشد. شبکه MG اساسی فرض می شود که با چندی فیدر و یک مجموعه از بارها باشد که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2) معماری اساسی MG با یک MGCC