نام شهر بینالود را با حضور نیروگاه بادی بینالود و با در نظر گرفتن شرایط جوی، مورد ارزیابی قرار دهد و این پیش فرض ها را مد نظر قرار می دهد که قابلیت اعتماد شبکه توزیع در حضور نیروگاه بادی افزایش می یابد و همچنین در نظر گرفتن شرایط جوی منجر به کاهش شاخص های قابلیت اطمینان می گردد.

کلمات کلیدی:قابلیت اطمینان- نیروگاه بادی بینالود- شرایط جوی- شبیه سازی مونت کارلو

فهـرسـت مطالب

فصل اول:تولید پراکنده و قابلیت اطمینان در سیستم قدرت

1-1 ویژگی های اصلی منابع پراکنده……………………………………………………………………………………………..11                 1-1-1 مشخصات منابع پراکنده…………………………………………………………………………………………………..11                   2-1-1 مزایای بکارگیری منابع پراکنده…………………………………………………………………………………………11                  3-1-1 مشکلات بکارگیری منابع پراکنده…………………………………………………………………………………….12               2-1 تعریف قابلیت اطمینان……………………………………………………………………………………………………….12                3-1 مطالعات و اهداف…………………………………………………………………………………………………………….13                 4-1 روش های ارزیابی……………………………………………………………………………………………………………14             5-1 مدل سازی اثر تولید پراکنده روی قابلیت اطمینان…………………………………………………………………15

6-1 در نظر گرفتن امکان عدم دسترسی به واحد های تولید پراکنده……………………………………………..17             7-1 مقایسه قابلیت اطمینان بین دو محیط سنتی و تجدید ساختار شده………………………………………18

فصل دوم:مفاهیم و ساختار توربین بادی                                                                                 1-2 کلیات و مفاهیم انرژی باد………………………………………………………………………………………………..22               1-1-2 منشا انرژی باد………………………………………………………………………………………………………….22               2-1-2 پیش بینی پذیری……………………………………………………………………………………………………..22               3-1-2 استفاده از زمین……………………………………………………………………………………………………….23             4-1-2 توزیع سرعت باد……………………………………………………………………………………………………..23

5-1-2 ضریب ظرفیت………………………………………………………………………………………………….. 23
 

6-1-2 محدودیت های ادواری و نفوذ…………………………………………………………………………………24            7-1-2 آثار زیست محیطی……………………………………………………………………………………………………24         8-1-2 جاگذاری توربین………………………………………………………………………………………………………25            9-1-2 اندازه گیری سرعت باد………………………………………………………………………………………………25         10-1-2 تغییرات سرعت باد…………………………………………………………………………………………………25         11-1-2 انواع باد ها…………………………………………………………………………………………………………….26           2-2 انواع توربین بادی از لحاظ ظرفیت…………………………………………………………………………………..27         3-2 برق بادی در مقیاس های کوچک…………………………………………………………………………………….27

4-2 نیروگاه بادی …………………………………………………………………………………………………….28

5-2 انواع توربین بادی………………………………………………………………………………………………..29

6-2 اجزای توربین بادی ……………………………………………………………………………………………31

7-2 نواحی کاری توربین بادی……………………………………………………………………………………33

8-2 اصول عملکرد توربین بادی ………………………………………………………………………………..34

9-2 بهره برداری از برق بادی ……………………………………………………………………………………38

10-2 استاندارد ها و تاییدیه های مربوط به توربین های بادی…………………………………………….39

1-10-2 تاییدیه فنی ………………………………………………………………………………………………40                        2-10-2 تاییدیه نوع ……………………………………………………………………………………………….41              3-10-2 استاندارد های توربین های بادی …………………………………………………………………………41            فصل سوم: تاثیر شرایط آب و هوایی بر قابلیت اطمینان                                                                   1-3 اثر آب و هوا بر قابلیت اطمینان ………………………………………………………………………………..45           2-3 مدل ترکیب کننده ……………………………………………………………………………………………………46            3-3 محاسبه احتمال تولید انرژی الکتریکی توربین بادی ………………………………………………………47             4-3 تغییرات سرعت باد و توان خروجی در فصول مختلف ………………………………………………….49              5-3 روش شبیه سازی   …………………………………………………………………………………………………….50

فصل چهارم: ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم مورد مطالعه                                                                    1-4 نیروگاه بینالود…………………………………………………………………………………………………….53                   2-4 سیستم مورد مطالعه…………………………………………………………………………………………………..53             3-4 ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان…………………………………………………………………………….55             1-3-4 ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان بدون در نظر گرفتن تولید پراکنده و اثر آب و هوا……56            2-3-4 ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن تولید پراکنده و عدم اثر آب وهوا……56           3-3-4 ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن تولید پراکنده و اثر آب وهوا……………57      4-3-4 مقایسه حالت های ارزیابی شاخص های قابلیت اطمینان…………………………………………………57

فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات                                                                                       1-5 نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………61

2-5 پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………62            منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………………63

فهرست اشکال، نمودارها و جداول

شکل(1-1): فیدر توزیع نمونه به همراه یک واحد تولید پراکنده…………………………………………………………..17                                                      شکل (2-1): نمایش انواع نیروهای تولید شده توسط باد ها………………………………………………………………….27                   شکل(2-2):توربین بادی با محور چرخش عمودی…………………………………………………………………………….30                   شکل(2-3):توربین بادی با محور چرخش افقی…………………………………………………………………………………31               شکل(2-4): اجزای تشکیل دهنده توربین بادی……………………………………………………………………………………34               شکل(2-5): نمایش کارکرد توربین بادی با توجه به سرعت باد……………………………………………………………..35                 شکل(2-6): نحوه عملکرد توربین بادی……………………………………………………………………………………………..36             جدول(2-1): رتبه بندی 10 کشور برتر تولید کننده انرژی باد تا سال2011…………………………………………..40

شکل(3-1): نرخ خرابی یک جزء در یک دوره تناوب با در نظر گرفتن شرایط جوی………………………………46     شکل(3-2) ضریب ساعتی زمان تعمیر در طول یک روز……………………………………………………………………..48      جدول(3-1): COPT یک توربین 660 کیلو واتی در منطقه منجیل………………………………………………………49                    شکل(3-3):احتمال خروج از ظرفیت یک توربین بادی 660 کیلو واتی در منجیل………………………………….49                 جدول(3-2): مقادیر محاسبه شده متوسط سرعت باد برای فصول مختلف…………………………………………….50                 شکل (3-4): احتمال سرعت باد در فصول پاییز،تابستان و سالانه در منطقه منجیل…………………………………50              شکل (3-5): احتمال خروج از ظرفیت توربین بادی 660 در فصول پاییز،تابستان و سالانه در منجیل………51            جدول(4-1): مقادیر محاسبه شده متوسط سرعت باد برای فصول مختلف……………………………………………54

جدول(4-2): شبکه توزیع فشار متوسط در منطقه بینالود…………………………………………………………………….55                     جدول(4-3): اطلاعات فیدر های سیستم مورد مطالعه……………………………………………………………………….55              جدول(4-4): شاخص های قابلیت اطمینان سیستم بدون در نظر DG………………………………………………….57             جدول(4-5): شاخص های قابلیت اطمینان سیستم با در نظر DG……………………………………………………….58             جدول(4-6): شاخص های قابلیت اطمینان سیستم با در نظر DG و تاثیر آب و هوا………………………………58           جدول(4-7): مقایسه شاخص های قابلیت اطمینان سیستم با در نظر گرفتن DG وتاثیر آب و هوا…………59           شکل(4-1): مقایسه شاخص SAIFI در سه حالت……………………………………………………………………………60

شکل(4-2): مقایسه شاخص SAIDI در سه حالت……………………………………………………………………………60

شکل(4-3): مقایسه شاخص CAIDI در سه حالت…………………………………………………………………………..61

پیشگفتار

اواخر قرن18 میلادی با دستیابی انسان به منابع زغال سنگ و بهره برداری از معادن ، که مقدمه ای برای آغاز انقلاب صنعتی بود، فن آوری های جدیدی پا به عرصه وجود گذاشتند وانسان توانست با بهره گرفتن از انرژی های فسیلی، شرایط لازم را برای توسعه صنعت وبهره برداری بهتر از انرژی بدست آورده و به موفقیت های چشمگیری دست یابد. از چند دهه گذشته بخش عمده ای از توان مورد نیاز جهان از منابع فسیلی مانند نفت وگاز و انرژی هسته ای تامین می گردد و پس از تحریم نفتی درسال 1973 میلادی، به طور وسیعی به منابع انرژی تجدید پذیر به عنوان منابع تامین کننده نیاز انرژی جوامع ، پرداخته شد]1[.

بعلاوه مشکلات استفاده از انرژی های فسیلی آسیب رساندن آنها به محیط زیست ومحدود بودن و پایان پذیر بودن منابع فسیلی می باشد. منابع انرژی تجدید پذیر از قبیل انرژی های خورشیدی وبادی، پاک، تجدید پذیر در دسترس و دوستدار محیط زیست هستند. تولیدات پراکنده یک انتخاب عالی برای تأمین تغذیه قدرت سیستم مجزای کوچک و هم چـنین روستاها و مناطق دور دسـتی کـه طبـق قاعده شبکه نمی تواند از لحاظ تـکنیکی و اقتصادی برق آن ناحیه را تأمین کند می باشد. اما مقدار انرژی در دسترس از این منابع به عوامل زیر بستگی دارد :

موقعیت جغرافیایی
نوع زمین
ارتفاع
شرایط آب و هوایی
بنابراین تأمین انرژی الکتریکی توسط این نوع منابع با نوسان همراه خواهد بود .

اما باد به عنوان یکی از قدیمی ترین منابع انرژی از دیرباز مورد توجه انسان بوده است. سابقه استفاده از باد به عنوان منبع انرژی به حدود هزار سال قبل در ایران می رسد. اولین توربین بادی با محور افقی در سال های645 بعد از میلاد در ایران استفاده می شده و یک نمونه کامل دستگاه مبدل انرژی باد به شمار می­رفته است و تا قرن 12 میلادی یعنی تا زمان ظهور آسیاب­های بادی در هلند و فرانسه و انگلستان بدون تغییر به کار خود ادامه داده است ]2[.

نیروگاه­های بادی از محسنات زیادی نسبت به نیروگاه­های معمول، برخوردار می باشند، که از آن جمله رایگان، تمام نشدنی و تجدیدپذیر بودن انرژی باد، عدم آلایندگی محیط زیست، ارزان تر بودن آن نسبت به نیروگاه­های اتمی و دیزلی و خالی از خطر بودن آن را می توان ذکر کرد]3[.

در این پایان نامه با روش شبیه سازی ترتیبی مونت کارلو و با بهره گرفتن از نرم افزار MATLAB قابلیت اطمینان شبکه توزیع شهر بینالود در پنج فصل بشرح زیر ارائه می گردد:

فصل اول تولید پراکنده و قابلیت اطمینان سیستم قدرت را بررسی می کند و بدین منظور ابتدا ویژگی های تولید پراکنده و سپس تعریف قابلیت اطمینان و در ادامه روش های ارزیابی آن بیان می گردد.

فصل دوم ساختار توربین­های بادی را توضیح می دهد و در ابتدا به بیان کلیات و مفاهیم انرژی باد می پردازد و سپس اجزای توربین­های بادی، استانداردها و تاییدیه های مربوط به توربین­ها را به بحث می گذارد.

فصل سوم، تاثیر شرایط آب و هوایی بر قابلیت اطمینان را بررسی می کند و بدین منظور در ابتدا به نحوه عملکرد توربین بادی می پردازد و در ادامه تاثیرات آب و هوا بر نرخ خرابی و زمان تعمیرقطعات را بررسی می کند وبه صورت جدول تغییرات سرعت باد را در فصول مختلف سال نمایش می دهد.

در فصل چهارم سیستم مورد مطالعه ارزیابی می گردد و شاخص­های قابلیت اطمینان در سه حالت:1-عدم حضور DG[1] وعدم تاثیر شرایط جوی 2- با وجود DG و عدم تاثیر آب وهوا 3- با وجود DG و با تاثیر شرایط جوی مطالعه و ارزیابی می گیرند.

فصل پنجم شامل نتیجه گیری و پیشنهادات می شود.

فصل اول

تولید پراکنده وقابلیت اطمینان در سیستم قدرت

تولید پراکنده معمولاً به واحدهای تولیدی گفته می شود که از فرمان دیسپاچینگ خارج اند ودر قبال تولید انرژی پول دریافت می کنند.معمولا ظرفیت های پایین دارند ولی ضرورتا این طور نیست. تکنولوژی های مختلفی از جمله سلول های خورشیدی، توربین های بادی، پیل های سوختی، توربین های گازی کوچک و … در واحدهای تولید پراکنده مورد استفاده قرارمی گیرد،تجدید پذیر بودن جز ذات آن نیست.
به عنوان مثال کارخانجاتی که منبع تولید انرژی دیزل دارند ولی چون کنتور یکطرفه دارند و برای انتقال برق به شبکه پول دریافت نمی کنند تولید پراکنده نیستند. با توجه به ایجاد رقابت و تجدید ساختار در سیستم های قدرت انتظار می رود واحدهای تولیدی کوچک (تولید پراکنده) نقش فزاینده ای در آینده ی این سیستم ها داشته باشند [5].

عوامل محرک فراوانی باعث افزایش تمایل به بکارگیری سیستم های تولید پراکنده شده است . به طور کلی این عوامل را می توان در پنج گروه به شرح زیر تقسیم بندی نمود [6].

پیشرفت های صنعتی چشم گیر در ساخت و بکارگیری تکنولوژی های مرتبط
محدودیت های موجود در احداث خطوط انتقال نیرو
ورود بحث بازار برق و مسائل مرتبط با آن در سیستم قدرت
افزایش تقاضای مشترکین برای سرویس با قابلیت اطمینان بالا
حساسیت بالا در خصوص آلودگی های محیط زیست
 

1-1 ویژگی های اصلی منابع پراکنده

تولیدات پراکنده دارای ویژگی هایی می باشند که در ذیل مورد بررسی قرار می گیرند [7].

1–1–1 مشخصات منابع پراکنده

1-ظرفیت کم

2- پراکندگی از نظرجغرافیایی

3 – تجدید پذیربودن منبع اصلی

4- غیر متمرکز بودن بهره برداری ازآنها

2-1-1مزایای بکارگیری منابع پراکنده  

1-کمک به ژنراتورهای اصلی در بار پیک

2-کاهش نیاز وجود ژنراتورهای رزرو

3-افزایش ظرفیت شبکه در مدت کمتر با هزینه کمتر

6-افزا یش قابلیت اطمینان

7-کاهش قطعی برق برای مصرف کنندگان حساس

8-بهبود کیفیت برق برای مصرف کنندگان حساس

9-استفاده مفید تر از سوخت

10-کاهش هزینه سرویس انتقال

11-مطرح شدن مفهوم میکروگرید

تمامی مزایای گفته شده مزایای بالقوه هستند.برای رسیدن به منافع بالفعل DG باید:

قابل اطمینان
قابلیت دیسپاچینگ[2]
در مکان درست نصب گردد
3-1-1 مشکلات بکار گیری منابع پراکنده

1-فلیکر ولتاژ(ولتاژ در محدوده 2تا 25 هرتز تغییر میکند و بدترین حالت در فرکانس 18 هرتز است)

2-تغییرات پله ای در خروجیDG

3-تغییرات شدید نور خورشید یا باد

4-رفتار دینامیکی ماشین ها و عمل متقابل آن ها با رگولاتور ولتاژ

5-تولید هارمونیک

6-تغییر جریان های اتصال کوتاه.