پروژه تولیدات پراکنده نیروگاه های (DG)
مهندسی برق – قدرت
*آپدیت جدید و رایگان
چکیده:
تولید پراکنده گرایش جدیدی در تولید توان
الکتریکی است این ایده به مصرف کننده های الکتریسیته که الکتریسیته مورد
نیازشان را خودشان تولید می کنند این اجازه را می دهد که اضافه توان
الکتریکی شان را به شبکه توان بفرستند بسیاری از کارخانجات ادارات و
خصوصا" بیمارستانها نیاز به منابعی با قابلیت اطمینان بالا برای تولید
الکتریسیته و سیستمهای گرمایی هواساز و آبگرم دارند برای بالا بردن اطمینان
منابع تغذیه و کاهش هزینه ها برخی ادارات و کارخانجات از تولید ترکیبی یا
کارخانجات انرژی کلی استفاده می کنند که اغلب از مواد اضافی نظیر آشغال چوب
یا گرمای اضافی حاصل از یک فرآیند صنعتی برای تولید الکتریسیته استفاده می
کنند در برخی موارد الکتریسیته از یک سوخت تغذیه شده به صورت محلی مانند
گاز طبیعی یا گازوئیل تولید می شود وسپس از گرمایی اضافی منبع انرژی گرمایی
ژنراتور برای فراهم آوردن آب داغ و نیز گرمایش صنعتی استفاده می کنند
هنگامی که یک فرآیند صنعتی نیازمند مقادیر زیادی گرمایی است که از منابع
غیر الکتریکی نظیر سوختهای فسیلی تامین می شود استفاده از یک کارخانه تولید
ترکیبی مقرون به صرفه است
تاکنون مسایل نظارتی وتکنولوژیکی بدین
مفهوم بوده است که الکتریسیته تولید شده توسط مصرف کننده های خانگی را نمی
توان به راحتی و بدون خطر با تغذیه توان ورودی همراه کرد شرکتهای الکتریکی
بایستی توانایی جداسازی بخش های شبکه برق را داشته باشند وقتی یک خط از کار
می افتد کارگران بایستی از قطع بودن برق قبل از کار روی آن مطمئن باشند
آنها همچنین وقت زیادی را صرف می کنند تا کیفیت برق را در شبکه شان حفظ
کنند تاسیسات پراکنده برق هم می تواند کنترل این موارد را مشکلتر می کند با
ظهور تجهیزات الکترونیک قدرت با قابلیت اطمینان بالا نصب تجهیزات تولید
ترکیبی حتی با اندازه های خانگی اقتصادی و بی خطر شده است این تاسیسات می
توانند آب داغ خانگی الکتریسیته و گرمایش خانگی را تولید کنند و انرژی
اضافی را به شرکت برق بفروشند پیشرفت در الکترونیک موجب ساده شدن دسترسی به
مسایل امنیتی و کیفی شرکتهای الکتریکی شده است
واژه های کلیدی :
تولید پراکنده
پیل سوختی
توربین بادی
توربین گازی
انرژی گرمایی
بیوماس
میکروتوربین
رله های جریان
سیستم کنترل
مقدمه
در سیستمهای بهم پیوسته برق، با توجه به
صرفه‌جویی‌های مقیاس ، تولید انرژی الکتریکی بصورت مرکزی و توسط
نیروگاههای بزرگ صورت می‌گیرد. در سال‌های اولیه پیدایش سیستمهای بهم
پیوسته، معمولاً سیستم با رشد سالانه حدود 6 الی 7 درصدی در مصرف انرژی
الکتریکی مواجه بود. در دهه 1970 مباحثی از قبیل بحران نفتی و مسائل
زیست‌محیطی مشکلات جدیدی را برای صنعت برق مطرح نمودند، به‌گونه‌ای که در
دهه 1980 این فاکتورها و تغییرات اقتصادی، منجر به کاهش رشد بار به حدود
6/1 الی 3 درصد در سال شدند. در همین زمان هزینه انتقال و توزیع انرژی
الکتریکی نیز به طرز قابل توجهی افزایش یافت. لذا تولید مرکزی توسط
نیروگاههای بزرگ، اغلب به دلیل کاهش رشد بار، افزایش هزینه انتقال و
توزیع، حاد شدن مسائل زیست محیطی و تغییرات تکنولوژیکی و قانون‌گذاری‌های
مختلف غیر عملی شدند.
در دهه‌های اخیر، تجدید ساختار صنعت برق و
همچنین خصوصی‌سازی این صنعت، مطرح و در برخی کشورها اعمال گشته است. طی این
مدت، به خاطر بالا بردن بازده بهرهبرداری و تشویق سرمایه‌گذاران، صنعت
برق دستخوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوریکه
برای ایجاد فضای رقابتی مناسب، بخش‌های مختلف آن از جمله تولید، انتقال و
توزیع از هم مستقل گردیده‌اند. در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق،
متقاعد نمودن بازیگران بازار به سرمایه‌گذاری در پروژه‌های چندین میلیارد
دلاری تولید و انتقال توان آسان نیست.
این تغییر و تحولات از یک طرف و همان‌طور
که قبلاً نیز اشاره شد، عواملی همچون آلودگی محیط‌زیست، مشکلات احداث خطوط
انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی
در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر، باعث افزایش
استفاده از واحدهای تولیدی کوچک تحت عنوان "تولیدات پراکنده " که به طور
عمده به شبکه‌های توزیع متصل شده و نیازی به خطوط انتقال ندارند، گردیده
است .
اکثر تکنولوژی‌های تولید پراکنده در جنبه
های متعدد مانند عملکرد، اندازه و قابلیت گسترش، انعطاف پذیر هستند. ضمن
اینکه استفاده از تولید پراکنده باعث یک عکس‌العمل قابل انعطاف به مقداردهی
قیمت برق می گردد.
شبکه‌های توزیع معمولاً به صورت شعاعی
طراحی می‌شوند که هیچ ژنراتوری در سمت بار وجود ندارد. بنابراین وجود
ژنراتور در شبکه توزیع روی توان جاری شده و شرایط ولتاژ بار و تجهیزات شبکه
الکتریکی تأثیر می گذارد و این می‌تواند روی پارامترهای عملکردی سیستم،
تأثیر مثبت یا منفی داشته باشد .
انرژی الکتریکی تولیدی توسط تولیدات
پراکنده در اکثر کشورهای پیشرفته، تحول عظیمی در سیستمهای تولید و انتقال
انرژی بوجود آورده که تمام نیازها و مزایای پایه تولید و انتقال در موارد
فنی، آکادمیک و بازرگانی را برآورده می‌کند.
تولید پراکنده انرژی اصطلاح جدیدی نیست. از
آغازین روزهایی که بشر برای رفع نیاز خود، به انواع مختلف انرژی نیاز
داشت، تولید پراکنده شکل گرفته است، چرا که این انرژی عملاً در نزدیکی محل
مصرف آن تولید می‌شود. تولیدات پراکنده به صورت محلی مورد استفاده قرار
می‌گیرند. با توجه به اینکه این تولیدات نزدیک به مراکز مصرف می‌باشند،
نیازی به انتقال انرژی الکتریکی خروجی آنها در مسافت‌های طولانی وجود
ندارد. هرچه مصرف‌کننده به تولیدکننده نزدیک‌تر باشد، هزینه تأمین انرژی
الکتریکی نیز کاهش خواهد یافت.
این مباحث و مسائل باعث شده است که تولید پراکنده به عنوان یک انتخاب مناسب جهت تولید و پاسخگویی به افزایش تقاضای مصرف مطرح گردد.
تحقیقات انجام شده توسط مراکز تحقیقاتی
بیانگر استفاده بیش از 25 درصد انرژی الکتریکی تولیدی توسط تولیدات پراکنده
تا سال 2010 می باشد. همچنین این رقم طبق تحقیقات NGF تا 30 درصد نیز پیش‌بینی شده است .
در آمریکا و اروپا تولید پراکنده به یک
راه‌حل ممکن فنی و مالی، برای مصرف‌کنندگان و تولیدکنندگان تبدیل شده و
اعتبار و اطمینان تهیه برق را بسیار بهبود بخشیده است. در اکثر کشورها،
تولید پراکنده حدود 10 درصد ظرفیت نصب شده تولید را تشکیل می‌دهد، اما در
کشورهایی نظیر هلند و دانمارک این روش بیش از 30 تا 40 درصد ظرفیت نصب شده
را شامل می‌شود. در برخی کشورها نیز مانند استرالیا، پیش‌بینی می‌گردد تا
سال 2010 حدود 78 درصد برق این کشور بر اساس انرژی تولیدی توسط این سیستم
نوین باشد .
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول 1
معرفی سیستمهای (تولید پراکنده ( 1
1-1 تعریف تولید پراکنده 2
1-2 اهداف استفاده از تولیدات پراکنده 3
1-3 علل رویکرد به منابع تولید پراکنده 4
1-4 علل رویکرد به منابع تولید پراکنده در ایران 5
1-5 مزایای استفاده از تولید پراکنده 5
1-5-1 مزایای اقتصادی تولید پراکنده از دید مشترکین 6
1-5-2 مزایای اقتصادی تولید پراکنده از دید شرکت توزیع الکتریکی 7
1-6 معایب استفاده از تولیدات پراکنده 7
1-7ساختار تولید پراکنده 8
1-8 اثرات زیست محیطی استفاده از منابع تولید پراکنده 9
فصل دوم 13
مروری بر انواع سیستمهای 13
تولید پراکنده 13
2-1 معرفی انواع تولید پراکنده 14
2-1-1 ماشین حرارتی داخلی 14
2-1-2 توربین احتراقی یا گازی 15
2-1-3 میکروتوربین 15
2-1-4 پیل سوختی 16
2-1-5 توربین بادی 19
2-1-5-1 مزایای بهرهبرداری از انرژی باد 21
2-1-6 فتوولتائیک 22
2-1-7 انرژی گرمایی خورشیدی 24
2-1-8 زمین گرمایی 24
2-1-8-1 فرآیند تولید برق در نیروگاه زمین گرمایی 25
2-1-9 چرخ لنگر 27
2-1-10 واحدهای آبی کوچک 27
2-1-11 بیوماس 28
2-2 جایگاه انرژی‌های مختلف در جهان 29
2-3 پتانسیل منابع تولید پراکنده در ایران 33
فصل سوم 34
بررسی پایداری سیستم های قدرت ( از دید:کلی، فرکانس،ولتاژ) 34
3-1 انواع پدیده گذرا در سیستم های قدرت 35
3-2 دسته بندی حالتهای گذرا 36
3-3 پایداری دینامیکی سیستم های قدرت 38
3-3-1 معادلات اساسی 41
3-3-2 روشهای حل عددی 42
3-3-2-1 اعمال قاعده انتگرال گیری برای سلف و خازن 42
3-3-2-2 تفسیر مدل الکتریکی برای روش انتگرال گیری عددی 43
3-4 بررسی دقت روشهای عددی به منظور انتخاب روش مناسب 45
3-4-1 روش پاسخ فرکانسی 45
3-5 کنترل توان راکتیو 50
3-6 انتقال توان الکتریکی 51
3-7 ورودی شبکه 51
3-8 تلفات 51
3-9 خروجی شبکه 52
3-10 نگرانی های سلامتی 52
3-11 مقدمه ای بر سیستمهای کنترل در نیروگاهها 52
3-11-1 فیلدباس 53
3-11-2 سیستم کنترل توزیع یافته (DCS) 58
3-12نگاهی کلی بر تجهیزات حفاظتی 60
3-12-1 خطاهای اتصال کوتاه 60
3-13 انواع رله های حفاظتی 61
3-13-1 رله های اضافه جریان 61
3-13-1-1 رله های اضافه جریان- اتصال کوتاه 62
3-13-1-2 مشخصه قطع رله های اضافه جریان 62
3-13-1-3 هماهنگ کردن رله های اضافه جریان 63
3-13-1-4 رله های حفاظت اتصال زمین 64
3-13-2 حفاظت دیستانس 64
3-13-2-1 اساس عمل کرد حفاظت دیستانس 64
3-13-2-2 روش دیگری برای تنظیم رله های دیستانس 66
3-13-2-3 برخی مشکلات و محدودیت های حفاظت دیستانس 67
3-13-2-4 نگاه کلی به انواع رله های دیستانس 67
3-13-2-5 تشخیص نوسان 69
3-13-2-6 اصول حفاظت پشتیبان رله دیستانس 71
3-13-2-7 مشکلات رله دیستانس 73
3-13-2-7-1 تزریق جریان 73
3-13-2-7-2 خروج جریان 74
3-13-2-7-3 خطهای دو مداره 75
3-13-2-7-4 یک مثال کوتاه 76
3-13-3 رله های اضافه بار حرارتی 76
3-13-4 رله های اضافه-کاهش فرکانس 78
3-13-5 رله های حفاظت اضافه-کاهش ولتاژ 79
3-13-6 حفاظت دیفرانسیل 79
3-14 سیستمهای اندازه گیری ماهواره ای 79
3-14-1 سیستم اندازه گیر فازور (PMU) 80
3-14-2 سیستم حفاظتی در سطح وسیع 82
فصل چهارم 84
بهبود ساختار شبکه برق با استفاده از قابلیت‌های تولید پراکنده و امکان‌سنجی نصب این منابع در ایران 84
4-1 مقدمه 85
4-2 تعریف منابع تولید پراکنده در کشورهای مختلف جهان: 86
4-3 موانع و مشکلات توسعه منابع تولید پراکنده در دنیا 87
4-3-1 موانع وراهکارها 88
4-3-1-1 راهکارهای کاهش موانع فنی 91
4-3-2 راهکارهای کاهش موانع تجاری 91
4-3-3 راهکارهای کاهش موانع قانونی 92
4-4 مطالعات ابتدایی تولید پراکنده در ایران 92
4-5 دلایل رویکرد به منابع تولید پراکنده در ایران: 93
4-6 ظرفیت های بالقوه منابع تولید پراکنده در ایران: 93
4-7 نتیجهگیری 94
فصل پنجم 96
طرح توجیهی فنی – اقتصادی یک مولد تولید پراکنده DG 96
5-1 مقدمه 97
5-2 بررسی بازار 98
5-3 توجیه اقتصادی و فنی سرمایه گذاری در تولیدات پراکنده 98
5-4 انواع مولدهای گازسوز 101
5-4-1 موتورهای رفت و برگشتی 101
5- 4-2 مکانیزم 102
5-4-3 انواع موتورهای رفت و برگشتی 103
5-4-4 آلایندگی در موتورهای رفت و برگشتی 105
5-5 مطالعات مالی، اقتصادی طرح 107
5-5-1محصولات 107
5-5-2 محاسبه در آمد های سالیانه 108
5-5-3 محاسبه هزینه ها 110
5-5-3-1 زمین 110
5-5-3-2 عملیات ساختمانی 110
5-5-3-3 تاسیسات 111
5-5-3-4 ماشین آلات 112
5-5-3-5 هزینه های قبل از بهره برداری 113
5-5-3-6 برآورد کل هزینه های سرمایه گذاری اولیه 114
5-5-3-7 محاسبه هزینه مواد اولیه 114
5-5-3-8 هزینه تعمیرات و نگهداری و قطعات یدکی 116
5-5-3-9 هزینه پرسنلی 117
5-5-3-10 استهلاک 117
5-5-3-11 هزینه های سالانه بهره برداری 119
5-5-4 سرمایه در گردش 119
5-5-5 هزینه های سرمایه گذاری و راه اندازی طرح 120
5-5-6 منابع تامین وجوه 121
5-5-7 جدول تخصیص منابع 121
5-5-8 تسهیلات 123
5-6 پیش بینی سود و زیان سنواتی 124
5-7 پیش بینی تراز نامه 125
5-8 پیش بینی صورت جریان وجوه نقدی 126
5-9 خلاصه نتایج مطالعات طرح 127
منابع وماخذ 128
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1 تعاریف منابع تولید پراکنده در کشورهای مختلف جهان 2
جدول 1-2 سهم تولید پراکنده از تولید برق در جهان 3
جدول 1-3 درصد گازهای متصاعد شده از دفن زباله‌ها 10
جدول 1-4 غلظت گازهای خروجی از دودکش نیروگاهها 11
جدول 1-5 کشورهای استفاده کننده از منابع تولید پراکنده و سیاست مربوط به کاربرد آن 12
جدول 2-1 منابع عمده تأمین انرژی و میزان مصرف آنها در جهان 29
جدول 2-2 سوختهای فسیلی و میزان مصرف آنها در جهان 29
جدول 2-3 انرژی‌های نو و میزان مصرف آنها در جهان 29
جدول 2-4 فناوری‌های بکار رفته در تولیدات پراکنده 30
جدول 2-5 حداکثر توان تولید شده توسط تولیدات پراکنده در کشورهای مختلف 31
جدول 2-6 پتانسیل های موجود در کشور 33
جدول3- 1معادلات دیفرانس حاکم بر یک سلف در روشهای مختلف انتگرال گیری 43
جدول3- 2 معادلات دیفرانس حاکم بر یک خازن در روشهای مختلف انتگرال گیری 43
جدول 4-1 93
جدول 5-1میزان انتشار NOx از موتورهای رفت و برگشتی 106
جدول شماره5-2معرفی محصولات طرح 108
جدول شماره 5-3 محاسبه درآمدهای سالیانه 109
جدول شماره 5-4محاسبه هزینه خرید زمین 110
جدول شماره 5-5 عملیات ساختمانی 110
جدول شماره 5-6 تاسیسات 111
جدول شماره 5-7 عملیات ساختمانی و تاسیسات عمومی 111
جدول شماره 5-8ماشین آلات 112
جدول شماره 5-9 هزینه های قبل از بهره برداری 113
جدول شماره 5-10 برآورد هزینه های سرمایه گذاری 114
جدول شماره 5-11 محاسبه هزینه تامین مواد اولیه 115
جدول شماره 5-12 هزینه تعمیرات و نگهداری و قطعات یدکی 116
جدول شماره 5-13 هزینه بهره برداری 116
جدول شماره5-14هزینه پرسنلی 117
جدول شماره 5-15 استهلاک 118
جدول شماره 5-16 هزینه های سالانه بهره برداری 119
جدول شماره 5-17 سرمایه در گردش 120
جدول شماره 5-18 هزینه های سرمایه گذاری و راه اندازی طرح 120
جدول شماره 5-19 منابع تامین وجوه 121
جدول شماره 5-20 تخصیص منابع 122
جدول شماره5-21 تسهیلات 123
جدول شماره 5-22 پیش بینی سود و زیان سنواتی 124
جدول شماره 5-23 پیش بینی تراز نامه 125
جدول شماره 5-24 پیش بینی صورت جریان وجوه نقدی 126
جدول شماره 5-25 خلاصه نتایج مطالعات طرح 127
فهرست اشکال
عنوان صفحه
نمودار 1-1 تولید پراکنده 8
شکل 2-1 اجزاء میکروتوربین‌ها 16
شکل 2-3 پیل سوختی پلیمری 18
شکل 2-4 مقایسه انواع مختلف پیل سوختی و یون جابجا شونده 18
شکل 2-5 پیل سوختی در کاربری‌های خانگی 19
شکل 2-6 اجزاء توربین بادی 20
شکل 2-7 عملکرد سیستمهای فتوولتائیک 23
شکل 2-8 نرخ افزایش استحصال انرژی از باد و فتوولتائیک در جهان 24
شکل 2-9 نمونه‌ای از یک نیروگاه زمین گرمایی 25
شکل 2-10 نیروگاه زمین گرمایی دو فازی 26
شکل 2-11 نیروگاه زمین گرمایی با سیال تک فاز 26
شکل 2-12 یک نیروگاه زیست توده با سوخت زائدات کشاورزی 28
شکل 3-1مدل الکتریکی برای یک سلف 44
شکل 3- 2مدل الکتریکی برای یک خازن 44
شکل 3-3:پاسخ فرکانسی –مقدار 37
شکل 3-4:پاسخ فرکانسی –اندازه 48
شکل3-5 مفهوم مداری تابع امپدانس یک اندکتانس را نشان می دهد. 48
شکل 3-6 62
شکل 3-7 63
شکل 3 -8:نمودار نحوه عملکرد رله دیستانس 64
شکل 3-9 اساس حفاظت دیستانس 66
شکل 3-10 68
شکل 3-11 69
شکل 3-12اساس تشخیص نوسان(سیستم انداره گیری فازوری) 71
شکل 3-13 روش اتصال رله دیستانس 72
شکل 3-14 تزریق جریان 74
شکل 3-15جریان خروجی. 74
شکل 3-16 خطهای دو مداره 75
شکل 3-17 PSGuard 80
شکل3-18 بلوک دیاگرام سیستم اندازه گیری فازور (PMU) 81
شکل 3-19 نمای کلی از سیستم های حفاظتی به کمک ماهواره 82
شکل 4-1 87
شکل5-1شماتیک یک مولد برق با موتور رفت و برگشتی اشتعال جرقه‌ای 103
