تولید پراکنده برق

توليد پراکنده گرايش جديدي در توليد توان الکتريکي است. اين ايده به مصرف کننده هاي الکتريسيته که الکتريسيته مورد نيازشان را خودشان توليد مي‌کنند، اين اجازه را مي‌دهد که اضافه توان الکتريکي‌شان را به شبکه توان بفرستند.

توليد
بسياري از کارخانجات، ادارات و خصوصاً بيمارستان‌ها نياز به منابعي با قابليت اطمينان بالا براي توليد الکتريسيته و سيستم‌هاي گرمايي هواساز و آب گرم دارند. براي بالا بردن قابليت اطمينان منابع تغذيه و کاهش هزينه‌ها، برخي از ادارات و کارخانجات، از توليد ترکيبي يا کارخانجات انرژي کلي استفاده مي‌کنند که اغلب از مواد اضافي نظير آشغال چوب يا گرماي اضافي حاصل از يک فرايند صنعتي، براي توليد الکتريسيته استفاده مي‌کنند. در برخي موارد، الکتريسيته از يک سوخت تغذيه شده به صورت محلي مانند گاز طبيعي يا گازوئيل توليد مي‌شود و سپس از گرماي اضافي منبع انرژي گرمايي ژنراتور براي فراهم آوردن آب داغ و نيز گرمايش صنعتي استفاده مي‌کنند. هنگامي که يک فرايند صنعتي نيازمند مقادير زياد گرمايي است که از منابع غير الکتريکي نظير سوخت‌هاي فسيلي يا زيست جرمي تامين مي‌شود، استفاده از يک کارخانه توليد ترکيبي مقرون به صرفه است.
مسائل نظارتي و تکنولوژيکي
تاکنون مسايل نظارتي و تکنولوژيکي بدين مفهوم بوده است که الکتريسيته توليد شده توسط مصرف کننده‌هاي خانگي را نمي‌توان به راحتي و بدون خطر با تغذيه توان ورودي همراه کرد. شرکت‌هاي الکتريکي بايستي توانايي جداسازي بخش‌هاي شبکه برق را داشته باشند، وقتي که يک خط از کار مي‌افتد، کارگران بايستي از قطع بودن برق قبل از کار روي آن مطمئن باشند. آنها همچنين وقت زيادي را صرف مي‌کنند تا کيفيت برق را در شبکه‌شان حفظ کنند. تاسيسات پراکنده برق ه

م مي‌تواند کنترل اين موارد را مشکل‌تر کند.

با ظهور تجهيزات الکترونيک قدرت با قابليت اطمينان بالا، نصب تجهيزات توليد ترکيبي حتي با اندازه‌هاي خانگي، اقتصادي و بي‌خطر شده است. اين تاسيسات مي‌توانند آب داغ خانگي، الکتريسيته و گرمايش خانگي را توليد کنند و انرژي اضافي را به شرکت برق بفروشند. پيشرفت در الکترونيک موجب ساده شدن دسترسي به مسايل امنيتي و کيفي شرکت‌هاي الکتريکي شده است. براي برطرف کردن موانع رسيدن به افزايش سطوح توليد پراکنده، تنظيم کننده‌ها مي‌توانند توسط تضمين عملکرد توليد‌هاي متمرکز و پراکنده بر روي يک زمينه با سطح متغير، اقدام کنند.

در ايالات متحده، قانون فدرال از شرکت‌هاي الکتريکي مي‌خواهد که برق را از توليد کنندگان مستقل که تحت پوشش قوانين و بيمه هستند خريداري کنند.

توليد پراکنده به سوخت فسيلي محدود نشده است. برخي از کشورها و مناطق در حال حاضر داراي منبع انرژي تجديد پذير قابل توجهي در توربين‌هاي بادي و احتراق زيست جرمي هستند. افزايش توليد پراکنده نيازمند تغيير در فن‌آوري مورد نياز براي مديريت انتقال و توزيع الکتريسيته است. در اين صورت نياز فزاينده‌اي به اپراتورهاي شبکه براي مديريت شبکه‌ها به صورت فعال به جاي غير فعال وجود خواهد داشت. با افزايش مديرت فعال، مزاياي اضافي براي مصرف کننده‌ها به وجود خواهد آمد که اين مزايا به صورت معرفي با حق انتخاب‌هاي بيشتري به نسبت خدمات تغذيه ي انرژي و رقابت بيشتر خواهد بود. اما به هر حال رفتن به سوي مديريتي فعال‌تر، مي‌تواند مشکل

باشد. شبکه‌هاي توزيع الکتريسيته يک حق انحصار طبيعي هستند و بنابراين بشدت قانونمند شده‌اند تا هزينه زيادتري با کار مصرف کننده‌ها بدست نياورند. سرمايه گذاري شبکه‌ يک معيار کليدي براي تعيين هزينه‌هايي است که شبکه مي‌تواند به مصرف کننده‌ها بدهد.

شبکه‌ها سعي مي‌کنند تا مزاياي شان را در چارچوب کاري فراهم شده توسط قوانين شان، حداکثر کنند. در حال حاضر چنين قوانيني خيلي مناسب تشويق به انجام رفتارهاي ابداعي توسط شبکه‌ها نيستند. به نظر مي‌رسد که اين امر هم براي توسعه شبکه‌ها و هم براي زياد شدن

سطح توليد پراکنده که به شبکه‌ها اضافه مي‌شود، مانع ايجاد کند. اما نشانه‌هايي وجود دارد که مقامات نظارتي در حال آشنا شدن هر چه بيشتر با موانع بالقوه هستند و در حال ارائه قوانين هزينه‌هاي اتصال و شرايطي براي فعال کردن توليد کننده‌هاي پراکنده براي شرکت در بازار الکتريسيته هستند. اوفجم، تنظيم کننده گاز و الکتريسيته در بريتانيا، براي اپراتورهايي از شبکه توزيع الکتريسيته

(DNOها) که روي تحقيق و توسعه راه‌ حل‌هاي ابداعي شبکه براي سازگار کردن توليد پراکنده سرمايه گذاري مي‌کنند، تسهيلاتي فراهم کرده است.

علي رغم وجود پتانسيل توليد، بخش عظيمي از تغذيه برق از طريق منابع انرژي غير متمرکز، اعتبارات انرژي، کنترل جمعيت و پايداري سيستم کماکان موارد مهمي‌اند که گسترش اين فن‌آوري را محدود مي‌کنند. براي حفظ کنترل و پايداري سيستم قدرت در برخي از شبکه‌ها، مصرف کننده‌هاي همسايه بايستي تمامي توان الکتريکي‌اي را که ممکن است يک مصرف‌ کننده (که توليد کننده هم هست) توليد کند، استفاده کنند. اين امر تضمين مي‌کند که يک جريان توان الکتريکي خالص از ژنراتور به مصرف کننده در شبکه توزيع وجود دارد، حتي اگر در توزيع محلي يک برون ريزي محلي وجود داشته باشد.

معرفي يك سيستم سوئيچينگ پيشرفته جهت بازار توليد غير متمركز برق
انستيتو تكنولوژي گاز GTI و مؤسسه GE Zenith با همكاري هم يك سيستم پيشرفته سوئيچينگ (PSG) با هدف توسعه و رونق بازار توليد غير متمركز (DG) را ارائه دادند. سيستم فوق، توانائي اتصال راحت و سريع ژنراتورها به شبكه و كنترل آنها حتي از طريق اينترنت را مي دهد.
در آوريل ۲۰۰۰، مؤسسه تكنولوژي گاز شيكاگو(GTI) و مؤسسه GE Zenithاعلام كردند يك همكاري تحقيقاتي را جهت ايجاد و توسعه يك سيستم پيشرفته سوئيچينگ جهت تبادل توان با شبكه براي بازار پر رونق توليد غير متمركز در دست انجام دارند و در كمتر از يك سال بعد در فوريه ۲۰۰۱ دو مؤسسه فوق اولين نسخه از آنرا ارائه دادند. هدف اصلي از توليد اين محصول، كاهش هزينه جهت ترغيب توليدكنندگان بالقوه براي تسخير بازار اقتصادي خوبي كه توليد غيرمتمركز درشبكه هاي برق رساني ايجاد خواهدكرد، بود.
PSG در واقع مغز سيستم توليد انرژي الكتريكي مي باشد كه وظيفه كنترل سرعت مولد جهت سنكرونيزاسيون آن با ديگر مولدها و شبكه را بعهده دارد. همچنين پس از سنكرون كردن ژنراتور، عمليات كنترلي جهت كنترل بار را نيز انجام مي دهد. سيستم هاي PSG معمولا” با ژنراتورهاي ۸۰۰ تا ۲۰۰۰ كيلوواتي استفاده مي شوند و در حال حاضر با توجه به رشدسريع استفاده ازسيستم هاي غير متمركز در آمريكاي شمالي وسراسرجهان ارزش بازار اين سيستم درحدود ۴۰۰ ميليون دلارتخمين زده ميشود.
يك بازار جذاب : DG عبارتست از واحدهاي كوچك و متمركز توليد انرژي الكتريكي در نقطه مص

رف كه ميتواند براي مصرف كننده يا توليد كننده و حتي هردوي آنها سودمند باشد. ۳ روند مستقل، تجديد ساختار مؤسسات برق، نياز به افزايش ظرفيت سيستم و پيشرفتهاي تكنولوژيكي، زمينه ساز توسعه روز افزون استفاده از DGخواهد بود. لذا انتظار مي رود بازار توليد غير متمركز در آينده نزديك رشد سريعي داشته باشد. براي همين GTI و مؤسسه GE Zenith بازار خوبي براي محصول PSG توليدي خود مي بينند. البته بازار تكنولوژي فوق مستقيما” به مقبوليت و رشد استفاده از انرژي باد، ميكروتوربين ها، سلولهاي سوختي و سلولهاي خورشيدي وابستگي دارد، چرا كه در ساختمان تجهيزات فوق از ادوات الكترونيك قدرت استفاده مي شود كه بسيار مناسبتر از تكنولوژي P

 

SG مي باشند كه از وسايل مكانيكي جهت سوئيچينگ درآنها استفاده مي شود. توجه به چشم اندازروشن، نياز به استفاده ازتوليد غيرمتمركز و الزام شركتها به استفاده ازگازطبيعي،GTI را متقاعد كرد كه منابع مالي زيادي را براي توسعه تكنولوژي موتورهاي گازي جهت استفاده ازآنها درسيستم هاي فوق قراردهد.
بخشي از اين كار معطوف به مشاركت با توليد كنندگان بزرگ موتورهاي گازي همچون cooper,caterpillar و waukesha براي يافتن راهي جهت كاهش هزينه بركيلووات ماشينهاي گازي جهت كاربرد آنها در سيستم هاي توليد انرژي الكتريكي بود. از آنجا كه هزينه بر كيلووات موتورهاي گازي از موتورهاي ديزلي بيشتر است، GTI احساس كرد كه اگر دوره برگشت سرمايه براي تكنولوژي موتورهاي گازي را بتوان به ۳ تا ۵ سال كاهش داد، اين موتورها مي توانند انتخاب مناسبي براي سيستم هاي DGباشند لذا طرحهايي جهت كاهش هزينه با توجه به افزايش ظرفيت موتور گازي به كمك زياد كردن سرعت آنها ارائه گرديد. GTI همچنين باور داشت كه جهت رسيدن به هدف كاهش هزينه، قسمت هاي ديگر واحد قدرت همچون PSG نيز بايد تغيير داده شود. لذاGTI با مؤسسهGE Zenithمشاوره هايي جهت كاهش هزينه سرمايه گذاري واحدهاي PSGتا ۵۰% را انجام داد. در آغاز اين پروژه، اهداف عبارت بودند از:
۱- كاهش هزينه هاي سرمايه گذاري
۲- سادگي نصب و راه اندازي جهت كاهش پرسنل و زمان نصب
۳- تركيب شدن با توليد كننده هاي موتورهاي گازي و مجموعه توربين- ژنراتور
۴- مطابقت سيستم با الزامات اساسي شركتهاي برق رساني درتبادل انرژي و قابليت منظور نمودن حفاظت و رلياژ پيشرفته براي مجموعه بهم پيوسته ژنراتور و سيستم
۵- امكان نظارت، ايجاد ارتباط و كنترل از راه دور
يك نسل جديد: كمتر از يك سال بعد، در نتيجه فعاليت مشترك دو شركت فوق، آنها نتايج اولين نسل فعاليت خود را تحت عنوان (EE) ”Entellisys Express” معرفي كردند. EE يك سيستم سوئيچينگ پيشرفته است كه مي توان از طريق اينترنت آنرا تحت نظارت و كنترل داشت. اينترفيس هاي EE امكان كنترل قدرت خروجي انواع مختلف موتور- ژنراتورها را دارا مي باشد. در سيستم EE توابع كنترلي معمول موتور_ ژنراتورها تركيب شده و علاوه برآن امكان نظارت بر قدرت خروجي، حفاظت سيستم، اندازه گيري پارامترهاي سيستم وثبت وقايع و هشدارها وجود دارد و انجام تمام اين اعمال از طريق سيستم web جهاني امكان پذير ميباشد.

EE به كاربرامكان انتخابهاي بيشتري را ازهر سيستم ديگرجهت دريافت وآناليز اطلاعات ميدهد با كمك كار مشترك ده ماهه هردوكمپاني توانستند به اهداف اوليه پروژه دست پيدا كنند. اهداف فوق به شرح زيربودند :
كاهش هزينه سرمايه اي : با تركيب سيستم مولد و سيستم سوئيچينگ، هزينه ها بين ۴۰ تا ۶۰ دلار بر kwh كاهش يافته كه يك كاهش ۵۰ درصدي در زمينه سيستم هاي فوق را نتيجه ميدهد . هزينه ها بر اساس چندين عامل كاهش يافتند، مقداري از آنها در اثر طراحي فشرده سيستم سوئيچينگ انجام گرفت. همچنين استفاده از يك سيستم ميكروپروسسوري جهت بهره برداري، اينترفيس هاي كنترل و سيستم حفاظتي رله اي، هزينه هاي توليد و نصب را به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش داد.