نیروگاه های برق آبی تلمبه ذخیره ای و مزارع بادی

نیروگاه های برق آبی تلمبه ذخیره ای و مزارع بادی

نیروگاه های برق آبی تلمبه ذخیره ای و مزارع بادی

نیروگاه­ های برق آبی تلمبه ذخیره­ای و مزارع بادی

3-1- مقدمه نیروگاه های برق آبی …………………………………………………………………………………………………………………………..

3-2- بهره­بردار مستقل سیستم و انواع بازارهای برق …………………………………………………………………..

3-2-1- برنامه­ريزي بهره­برداري سیستم قدرت ………………………………………………………………………….

3-2-2- خريد خدمات جانبي بمنظور حفظ قابلیت اطمینان ………………………………………………………..

جهت مشاهده و دانلود قابلیت اطمینان در سیستم های قدرت  کلیک کنید .

3-3- شبكه انتقال و قابليت انتقال توان الكتريكي ……………………………………………………………………….

3-4- نیروگاه­های برق آبی تلمبه- ذخیره­ای PSHPPs…………………………………………………………………

3-4-1- ظرفیت نصب ……………………………………………………………………………………………………………

3-4-2- ارتفاع پمپاژ هد و آبدهی ……………………………………………………………………………………………

3-4-3- حجم مفید و مرده ……………………………………………………………………………………………………..

3-4-4- ارتفاع سدها- تراز حداقل و حداکثر بهره­برداری ……………………………………………………………

3-4-5- خطوط انتقال انرژی …………………………………………………………………………………………………..

3-4-6- تعداد ساعات عملکرد و زمان پاسخ نیروگاه ………………………………………………………………….

3-4-7- پمپ و توربین ………………………………………………………………………………………………………….

جهت مشاهده و دانلود انواع توربین ها  کلیک کنید .

3-4-8- عملکرد فنی نیروگاه های برق آبی تلمبه  ذخیره ­ای ………………………………………………………………

3-5- مزارع بادی …………………………………………………………………………………………………………………

3-6- پيشينه مطالعات انجام شده در زمینه برنامه­ریزی اشتراک واحدهای نیروگاهی UC در حضور  نیروگاه های برق آبی تلمبه- ذخیره­ای و مزارع بادی …………………………………………………………………..

3-6-1- بهره­برداري يكپارچه نيروگاه بادي و تلمبه ذخيره­اي براي شركت در بازار برق …………………..

3-6-2- برنامه­ريزي بهره برداري بهينه از منابع توليد بادی و تلمبه ذخيره­اي درسيستم قدرت تجديد ساختار شده با استفاده از مدل سازي فازي ……………………………………………………………………………………………

3-6-3- برنامه­ريزي و هماهنگي نيروگاه­هاي تلمبه-ذخيره­اي و بادي با در نظر گرفتن عدم قطعيت در پيشبيني بار و توان باد ……………………………………………………………………………………………………………..

3-6-4- برنامه­ریزی بهره­برداری بهینه نیروگاه های برق آبی تلمبه ذخیره­ای در سیستم قدرت با نفوذ زیاد تولید فتوولتاییک توسط الگوریتم ژنتیک ……………………………………………………………………………………

3-6-5- برنامه­ریزی ظرفیت تلمبه ذخیره­ای برای یکپارچه سازی با قدرت باد ………………………………

3-6-6- برنامه­ریزی اشتراک واحدهای نیروگاهی با حضور نیروگاه­های بادی و آبی تلمبه ذخیره­ای …

3-6-7- رهیافت برنامه­ریزی پیچیده- صحیح خطی MILP برای بهره­برداری کوتاه مدت نیروگاه آبی و برنامه­ریزی اشتراکی ورود و خروج واحد وابسته به هد مخزن ……………………………………………………..

3-7- نتیجه ­گیری …………………………………………………………………………………………………………………..

منابع نیروگاه های برق آبی

نیروگاه های برق آبی

مقدمه نیروگاه های برق آبی

در گذشته ساختار سيستم هاي قدرت سنتي در كشور هاي دنيا به ويژه امريكا به صورت VIU^[1] بود. بگونه اي كه مالكان به صورت همزمان سيستم هاي توليد، انتقال و توزيع را در اختيار داشته و توان توليدي را در نرخ هاي تنظيم شده، تحت نظارت سازمان هاي محلي به مشتري مي دادند. سیستمهای قدرت با ساختار VIU معمولاَ توسط تعدادي خطوط ارتباطي به VIU هاي مجاور مرتبط بودند و مي توانستند به دلخواه به خريد و فروش توان بپردازند.

برق هاي منطقه اي براي هماهنگي بهره برداري و برنامه ريزي توليد و انتقال ، اقدام به تاسيس مراكزي تحت عنوان pp در نواحي خود كرده بودند كه اين مراكز، بازده اقتصادي و فني بهره برداري از سيستم تحت كنترل خود را با انتخاب تركيبي، با كمترين هزينه از ظرفيت توليد و انتقال، هماهنگي تعميرات واحدهاي توليدي، خطوط انتقال و تقسيم ذخيره مورد نياز بين واحد ها بهبود مي داد و در نهايت هزينه مصرف انرژي را در مشتريان كاهش مي داد.

عليرغم پيشرفت فناوري و رشد تعداد توليدكنندگان كه باعث بروز رقابت بيشتر بين توليدكنندگان گرديد، دسترسي به سيستم انتقال، محدود ماند به طوري كه VIUها اجازه دسترسي ديگران به شبكه انتقال خود را نمي دادند. از اين رو كار PP ها مشكل شد و اين موضوع سبب شد تا دست اندركاران سيستم هاي قدرت همانند سيستم هاي مخابرات، هواپيمايي، راه آهن دست به تجديد ساختار^[2] بزنند. در اين راستا سيستمهاي توليد، انتقال و توزيع از يكديگر جدا شدند^[3] و به مصرف كنندگان اجازه داده شد تا از امكانات سيستم انتقال به طور آزاد و عادلانه استفاده كنند.

اجازه دسترسي عادلانه و بدون تبعيض به شبكه انتقال و خدمات آن، بدون ممانعت مالكان انتقال، دسترسي آزاد^[4] نام گرفت و تغيير مقررات و نظام حاكم^[5]، (كه در سيستم هاي سنتي، قيمت فروش برق را براي VIU ها از طريق قيمت گذاران دولتي مستقر در نواحي مختلف تعيين مي كرد) بر سيستم هاي جديد (كه منجر به برچيده شدن قيمت گذارها^[6] گرديد) تحت عنوان مقررات زدايي^[7] مطرح شد. اما در ساختار جديد باز هم مالكيت و كنترل شبكه انتقال در اختيار افراد بود و موجب برخي تجربيات تبعيض آميز از جانب مالكان شبكه انتقال مي شد، در اين راستا يك شركت منطقه اي تاسيس

شد كه كنترل برخي يا همه ژنراتورها و كنترل همه تسهيلات انتقال را بر عهده بگيرد. اين مسئله زمينه ساز پيدايش سازماني شد كه امروزه به آن ISO يعني نهادي كه به طور مستقل (عدم مالكيت) بهره برداري و كنترل سيستم قدرت را بر عهده دارد، گفته مي شود.

[1]    Vertically Integrated Utility

[2]    Restructuring

[3]    Vertically Unbundling

[4]    Open Access

[5]   Regulatory

[6]   Regulators

[7]   Deregulation

عملکرد فنی نیروگاه های برق آبی تلمبه- ذخیره­ای

نیروگاه تلمبه ذخیره­ای بعنوان کندانسور سنکرون به منظور آماده کردن توان راکتیو برای تقویت و تنظیم ولتاژ استفاده می­شود. آنها همچنین می­توانند به منظور آماده کردن بارگیری متقابل و تنظیم ولتاژ استفاده می­شود. آنها همچنین می­توانند به منظور آماده کردن بارگیری متقابل سریع برای تقویت و حمایت احتیاجات بار سیستم بکار روند. برای انجام این کار، ماشین­ها باید بتوانند به سرعت از عملکرد کندانسور سنکرون به عملکرد ژنراتوری تغییر یابد. در حالیکه تغییر از حالت کندانسور سنکرون به عملکرد ژنراتوری در توانایی تکنولوژی موجود صورت می­گیرد، مشکل جاری شدن نیروی معکوس وجود دارد که می­تواند در طول مدت تغییر (عملیات) با سیستم فرکانس تماس داشته باشد. وقتی که ماشین به عنوان کندانسور در مسیر ژنراتور در حال کار است، دریچه بسته است و اطاق متحرک با هوای بسیار گرم پر شده است.

آب در زمان خالی شدن هوا و باز شدن دریچه، آماده ورود به اطاق متحرک می­باشد. لحظه­ای که مقدار اضافه آب به اطاق متحرک سرازیر می­شود و دریچه­ها باز می­باشند، اولین موج آب با توربین متحرک برخورده کرده و مانند طوق چنبره­ای روی توربین/پمپ وارد شده که سرعت دستگاه را می­کاهد، باعث تغییر زاویه بار الکتریکی می­شود. برای جبران این تغییر در زاویه بار، یک جریان نیروی معکوس از سیستم به ماشین وارد می­شود و ماشین به مدت کوتاه مانند موتور رانده می­شود. وقتی که ماشین همانند یک کندانسور سنکرون در حال کار است در سرعت سنکرون، یک نیرویی از سیستم برای جبران نیروی از دست رفته گرفته می­شود.

در لحظه­ ای که دریچه­ ها شروع به باز شدن می­کنند طوق چنبره­ای کاهنده سرعت در توربین باعث می­شود که ماشین بعنوان یک موتور کار می­کند و در نتیجه از شبکه نیروی بیشتری مطالبه می­کند. بعد از اینکه دریچه­ها کاملا باز می­شوند طوق چنبره­ای کاهنده سرعت بوسیله نیروی آب داخل دریچه­ها متعادل می­شود. و نیروی واحد واقعا به صفر می­رسد. از این زمان واحد با روش معمولی تا نهایت ظرفیت پر می­شود. در نیروگاه تلمبه ذخیره­ای مدت زمان جریان این نیروی معکوس (t2-t1) در موتور- ژنراتورهای 330 مگا ولت آمپری تقریبا 7/2 ثانیه با نهایت بزرگی تقریبا 40 مگاوات دیده شده است. در سیستم با توان بالا با خاصیت اینرسی بزرگ، حالت گذرا، عقب کشیدن جدی محسوب نمی­شود.

نیروگاه­های برق آبی تلمبه- ذخیره­ای (PSHPPs)

از دیدگاه اقتصادی، عملکرد موتوری نیروگاه با تولید بیشتر نیروگاه­های دیگر (خصوصا نیروگاه­های حرارتی) همراه خواهد بود که مصرف سوخت و سایر هزینه­های مربوطه را به همراه دارد. از آنجاییکه این عملکرد در ساعات کم باری رخ می­دهد. نیروگاه­های پایه با هزینه تولید برق کم بطور عمده تامین کننده برق مصرفی فوق خواهند بود و از سوی دیگر تولید برق در ساعات پیک سیستم، جایگزین نیروگاه­های تولید کننده برق پیک که بطور معمول هزینه تولید برق بالاتری دارند، خواهد گردید. اگر چه مقایسه اقتصادی با انجام فرضیاتی برای نیروگاه­های تامین کننده برق مصرفی و نیروگاه جایگزین در پیک امکان پذیر می­باشد اما در یک بررسی دقیق بایستی جایگاه نیروگاه تلمبه ذخیره­ای در شرایط پمپاژ و تولید برق در سیستم تولید برق مشخص گردد تا بتوان با اطمینان کامل ارزیابی اقتصادی را انجام داد. کاربرد نیروگاه تلمبه- ذخیره­ای مزایای مختلفی دارد که به شرح زیر می­باشد: تاثیر آن بر عملکرد سیستم یا شبکه برق، فواید آن در تنظیم انرژی، فراهم سازی خدمات جانبی، فواید زیست محیطی و مزایای اقتصادی. عملکرد نیروگاه تلمبه- ذخیره­ای قابلیت اطمینان و دسترسی در شبکه را بالا می­برد و برای مشترکین برق تسهیلاتی را فرآهم می­کند. برخی از این خدمات و فواید عبارتند از:

(1) انرژی اضافی موجود در شبکه را جهت انجام عمل پمپاژ جذب کرده و با ذخیره کردن آن در مخزن بالا دست به ذخیره­سازی انرژی برای مواقع مصرف می­پردازد.

(2) عملکرد این نیروگاه­ها دارای توانایی اصلاح منحنی بار (load shaping) در شبکه برق می­باشد.

(3) فرآهم آوردن بازار پایدار برای قدرت غیر پیک

(4) تاثیر احداث این نیروگاه­ها در کاهش ساخت و ساز نیروگاه­های سوخت فسیلی و هسته­ای

(5) فراهم سازی استفاده روزانه کارآمد از خطوط انتقال نیرو در نتیجه انرژی بیشتر که از نیروگاه حاصل می­شود.

(6) فرآهم سازی امکان پایدارسازی جریانات غیر عادی برق که در شبکه ممکن است پدیدار شود به عنوان مثال وقتی یک واحد انرژی تولید می­کند و واحد دیگر آب را تلمبه می­کند، واحدی که در حال تلمبه کردن آب است انرژی قابل دسترس را استفاده می­کند در حالیکه واحد در حال تولید، تثبیت ولتاژ شبکه را فرآهم می­سازد. این نیروگاه­ها به هنگام وقوع ایراد و خطای گسترده در شبکه برق به راحتی امکان تامین قدرت اضطراری روی شبکه را دارا هستند.

(7) این نیروگاه­ها باعث بالا رفتن راندمان نیروگاه­های سوخت فسیلی و افزایش قابلیت انعطاف پذیری آنها در چرخه کاری و بهبود کیفیت گازهای آلاینده از این نیروگاه­ها می­شوند.

(8) عملکرد این نیروگاه­ها باعث بالا رفتن راندمان شبکه برق می­شود. در طول شبانه روز دو نوع تقاضا برای برق وجود دارد: تقاضای زیاد در ساعات کاری و غروب (اوج مصرف) و تقاضای کم در زمان نیمه شب. نیروگاه­های بزرگ به راحتی نمی توانند برای این چرخه کاری تنظیم شوند بنابراین قسمت اعظمی از برق در طول شب بدون استفاده می­شود. نیروگاه­های تلمبه- ذخیره­ای این برق نیمه شب را که از قیمت کمتری نیز برخوردار است جذب کرده و باعث افزایش تقاضا در این زمان می­شود که می­تواند مجددا این برق را در ساعات روز با قیمت و ارزش بالاتری در معرض استفاده قرار دهد.

نیروگاه های برق آبی

جهت مشاهده نمونه های دیگر از پایان نامه رشته مهندسی برق کلیک کنید.

عملکرد فنی نیروگاه برق آبی تلمبه- ذخیره­ای

نیروگاه تلمبه ذخیره­ای بعنوان کندانسور سنکرون به منظور آماده کردن توان راکتیو برای تقویت و تنظیم ولتاژ استفاده می­شود. آنها همچنین می­توانند به منظور آماده کردن بارگیری متقابل و تنظیم ولتاژ استفاده می­شود. آنها همچنین می­توانند به منظور آماده کردن بارگیری متقابل سریع برای تقویت و حمایت احتیاجات بار سیستم بکار روند. برای انجام این کار، ماشین­ها باید بتوانند به سرعت از عملکرد کندانسور سنکرون به عملکرد ژنراتوری تغییر یابد.

در حالیکه تغییر از حالت کندانسور سنکرون به عملکرد ژنراتوری در توانایی تکنولوژی موجود صورت می­گیرد، مشکل جاری شدن نیروی معکوس وجود دارد که می­تواند در طول مدت تغییر (عملیات) با سیستم فرکانس تماس داشته باشد. وقتی که ماشین به عنوان کندانسور در مسیر ژنراتور در حال کار است، دریچه بسته است و اطاق متحرک با هوای بسیار گرم پر شده است. آب در زمان خالی شدن هوا و باز شدن دریچه، آماده ورود به اطاق متحرک می­باشد.

لحظه­ای که مقدار اضافه آب به اطاق متحرک سرازیر می­شود و دریچه­ها باز می­باشند، اولین موج آب با توربین متحرک برخورده کرده و مانند طوق چنبره­ای روی توربین/پمپ وارد شده که سرعت دستگاه را می­کاهد، باعث تغییر زاویه بار الکتریکی می­شود.

برای جبران این تغییر در زاویه بار، یک جریان نیروی معکوس از سیستم به ماشین وارد می­شود و ماشین به مدت کوتاه مانند موتور رانده می­شود. وقتی که ماشین همانند یک کندانسور سنکرون در حال کار است در سرعت سنکرون، یک نیرویی از سیستم برای جبران نیروی از دست رفته گرفته می­شود.

نیروگاه های برق آبی

مزارع بادی

توربين­هاي بادي كه به منظور توليد توان باد استفاده مي­شود شامل سه پره متصل به يك محور اصلي روتور است. كه سبب به حركت در آوردن روتور ژنراتور كه در بالاي برج قرار دارد، ميگردد. توليد باد تابعي از سرعت باد است، بنابراين تغييرات سرعت باد ممكن است سبب تغييرات زيادي در خروجي توان باد داشته باشد. به رغم اين حقيقت كه معمولا، پيش­بيني ها در مورد سرعت باد انجام مي­گيرد، ما به طور مستقيم انرژي باد را براي هر سناريو مدل خواهيم كرد. توليد باد واقعي در هر سناريو با اين پيش­بيني ها محدود مي­گردد. آزادسازي بازار برق در مناطق مختلف جهان در حال گسترش است. اگرچه درجة آزادسازي در كشورهاي مختلف، متفاوت است اما همة كشورها، شركت منابع انرژي نو و خصوصاً انرژي باد را در بازار برق در دستور كار خود قرار داده اند .

استفاده از نيروگاه­هاي بادي براي توليد برق، هزينة سرمايه گذاری بالايي دارد، ولي هزينه بهره برداري آن بسيار پايين است. اگرچه استفاده از منابع بادي مزاياي فراواني دارد، اما موانعي براي بهره­برداري آنها در سيستم قدرت تجديد ساختار يافته وجود دارد. شركت منابع بادي در بازار اشاره به پيشنهاد توليد و تعهد به تحويل توان پيشنهادي در زمان بهره­برداري دارد. به علت طبيعت تغييرپذيري توليد نيروگاه­هاي بادي، ممكن است شركت مستقيم اين نيروگاه­ها در بازار برق، درآمد كافي براي آنها به همراه نداشته باشد و اين خود باعث كاهش سرمايه گذاري در اين بخش شود.

• در بعضي از كشورها، منابع بادي بدون در نظر گرفتن جريمة نامتعادلي، در بازارهاي انرژي روزانه و ساعتي شركت مي كنند. جريمة نامتعادلي براي امنيت و بهره برداري مناسب سيستم و جلوگيري از بازيچه شدن بازار بكار مي­رود.
• در بعضي از بازارهاي برق، به منابع بادي اجازة پيشنهاددهي در بازار داده نمي­شود و توان آنها در سيستم، به عنوان يك توان در دسترس مورد استفاده قرار مي گيرد. به طور معمول، قيمت انرژي واقعي به اضافة يك مبلغ ثابت اضافي به منابع بادي پرداخت مي­شود.
• در بعضي از بازارهاي برق نيز به منابع بادي اجازه پيشنهاددهي انرژي در بازار داده مي شود ولي براي افزايش درآمد آنها از برخي روشهاي حمايتي استفاده مي شود. اين روشهاي حمايتي به طور معمول باعث افزايش نامتعادلي توان در لحظة بهره برداري شده و در نتيجه براي سيستم افزايش هزينه را به دنبال خواهد داشت. از طرفي با حذف حمايت از منابع بادي ممكن است درآمد كافي براي اين توليدكنندگان وجود نداشته باشد و با توجه به هزينه هاي سرمايه گذاري بالا براي ساخت نيروگاه هاي بادي، انگيز­ه­اي براي توسعة انرژي باد به وجود نيايد.

نیروگاه های برق آبی

• References – Used Paper for CHAPTER 2 (In Text
• Billinton, R. and Allan, R.N.,“Reliability Evaluation of Power Systems” 1^st Edition, Plenum Press, New York, 1984.
• Billinton, R. and Allan, R.N,“Reliability Evaluation of Power Systems” 2^nd Edition Plenum Press, New York, 1996.
• Reliability Concepts,“North American Electric Reliability Corporation ” Version 1.0.2 − Format repairs, December 19, 2007.
• Allen J Wood and Bruce F Wollenberg,“Power Generation, Operation and Control,” 2^nd edition, Wiley Interscience, 1996.

2005. Rebours and D. Kirschen, “A Survey of Definitions and Specifications of Reserve Services”, Release 1, the University of Manchester, the 19^th of September 2005.

• Rebours, Y .and Kirschen, D.S. (2005b) What is spinning reserve?, 2005 UMIST, Manchester.

2009. Aminifar, M. Fotuhi-Firuzabad and M. Shahidehpour,“Unit Commitment With Probabilistic Spinning Reserve and Interruptible Load Considerations ,” IEEE Transactions on Power Systems, VOL. 24, NO. 1, February 2009.
2010. A.Ortega-Vazquez, D. S., Kirschen,“ Optimizing the spinning reserve requirements using a cost/benefit analysis ,” IEEE Trans.Power Syst.,vol. 22, no. 1, pp. 24-33,Feb.2007.

• M.A. Ortega-Vazquez and D.S. Kirschen, “Optimising the spinning Reserve requirements considering failures to synchronise, ” IET Generation, Tran. & Dist., vol. 2, no. 5, pp. 655-665,  2008.
• Roy Billinton, Adarsh V. Jain,“The Effect of Rapid Start and Hot Reserve Units In Spining Reserve Studies , ” IEEE Trans. Power Syst , February1971.

2009. K. Toh, H. B. Gooi, “Cost/Benefit and Reliability Studies on Rapid-Start Units for Energy/Reserve Contributions, ” , January 2009.

• Lovleen Gupta, Mr. Nitin Narang,“Composite System Reliability Evaluation, ”  June 2009.
• References – Used Paper for CHAPTER 3 (In Text)
•  
• IESO: ‘The independent electricity system operator of Ontario electrical     system’, 2004, [online]
• CAISO: ‘The California ISO’, in ‘Spinning reserve requirements’, 2005, [online]
• NYISO: ‘The New York independent system operator’, 2007, [online]
• Auction of Bilateral Contracts for Regulated Supply, 2008, [Online Available]: http://www.subastascesur.omel.es.

https://scholarcommons.sc.edu/elct_etd/