منابع پایان نامه ارشد درباره فتوولتائیک، انرژی باد، توسعه فناوری، مقیاس تولید

دانلود پایان نامه ارشد

توده)
تکنولوژیهایی که براساس ذخیرهسازی انرژی استوارند (باتریها و چرخهای طیار)
میکروتوربینها
تکنولوژی بکار رفته در میکروتوربینها44 از سیستمهای تغذیه داخلی فضاپیما، توربو شارژرهای موتور دیزل و طرحهای اتومبیلگرفته شده است. در حال حاضر تعدادی از کمپانیهای تولیدی مشغول امتحان و آزمایش مدلهای آزمایشگاهی این واحدها در شبکههای بسیار کوچک توزیع در حد 30 تا 500 کیلو واتی هستند یک میکروتوربین ساده شامل یک کمپرسور، محفظه احتراق توربین و ژنراتور است. اغلب طرحهای موجود در این زمینه از نوع تک محور هستند که از یک ژنراتور آهنربای دائم با دور زیاد جهت تولید برق متناوب با فرکانس متغیر استفاده میکند. از یک اینورتر برای تولید فرکانس 50 یا 60 هرتز استفاده میشود.

شکل 6مراحل عملکرد میکروتوربین‌ها

پیل سوختی45
پیل سوختی وسیلهای است که برای تولید توان الکتریکی و تأمین انرژی حرارتی از طریق جریانهای الکتروشیمیایی استفاده میشود. پیل سوختی را می توان به عنوان یک باطری تأمین کننده انرژی الکتریکی تصور کرد که تا زمانیکه سوخت آن تأمین شود می تواند انرژی الکتریکی تولید نماید.
بر خلاف باطریها، FC ها تا زمانیکه مواد سوختی آنها به طور پیوسته تأمین شود نیازی به شارژ شدن در طول فرآیند الکتروشیمیایی ندارند. ظرفیت پیلهای سوختی از کیلووات تا مگاوات برای دستگاههای قابل حمل و ثابت تغییر میکند.
پیل سوختی با سوختهای گازی و مایع قادر به تولید توان پاک و گرما برای کاربردهای متعدد میباشد.  عملکرد یک پیل سوختی که دارای دو الکترود اکسید کننده که به وسیله یک الکترولیت از هم جدا شدهاند میباشد، نشان داده میشود.
اکسیژن به عنوان یک اکسیدکننده از طریق یک الکترود (کاتد) عبور میکند. هیدروژن به عنوان سوخت از طریق الکترود دیگر (آند) عبور میکند. تکنولوژی FC مبتنی بر یک پروسه الکتروشیمیایی است که در آن اکسیژن و هیدروژن بدون احتراق باهم ترکیب شده و برق تولید میکنند. البته برق تولیدی توسط پیلهای سوختی نیز مانند فتوولتائیک dc میباشد و برای اتصال به شبکه باید به برق ac تبدیل شود.
از معایب سلولهای سوختی می توان به زمان استارت بالای آنها اشاره کرد.یکی از علل عمده استفاده از این نوع به دلیل تولید هیدروژن در فرآیند میباشد که این عمل برای جلوگیری از آلودگی بسیار موثر است.

شکل 7نمونهصنعتييكپيلسوختي
منابع تجدیدشدنی46
منابع تجدیدشدنی میتوانند در ریزشبکهها استفاده شوند مثل سیستم های PV یا توربینهای بادی. میکروتوربینهای سوختزیستی نیز یک احتمال بشمار میآیند، از نظر محیطی، سلولهای سوختی و بیشتر منابع قابل تجدید یک پیشرفت اساسی نسبت به موتورهای احتراق معمولی دارند.
فتوولتائیک(PV47)
انرژی نور خورشید الکترونهای سلولهای فتوولتائیک 48را وادار به حرکت میکند. هر سلول، 2 تا 4 آمپر را با توجه به اندازه سلول 49با ولتاژ خروجی 0.5 ولت تامین میکند. البته محدودیتهای فتوولتائیک بیشتر از سایر مولدهاست.
توان خروجی نسبتاً پایین، قیمت بالای سلولهای فتوولتائیک، مشخصات جغرافیایی و آبوهوایی خاص برای تولید توان از جملهی این محدودیتها میباشند. با این حال با توجه به پاکی انرژی تولیدی، تولید برق توسط فتوولتائیک مورد توجه است.در فناوری فتوولتائیک، از سلولهای نیمههادی که هر کدام از یک دیودP-N بزرگ تشکیل شدهاند،استفاده میشود.
به این صورت که با تابش نوربر روی هر سلول،ولتاژ و جریان DG تولید میشود.چندین سلول با هم ترکیب شده و یک ماژول را برای تولید جریان و ولتاژ موردنظر ایجاد میکند.جریان خروجی تابعی از تابش،دما،سرعت بادوضرایب مخصوص برای فناوری سلولها‌است.امروزه اینگونه سلولها عموما از ماده سیلسیم تهیه میشوند و سلسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه میشود.
این سیستمها به طور کلی به سه بخش تقسیم میشوند.
پنلهای خورشیدی
تولید توان مطلوب یا بخش کنترل
مصرف کننده یا بار الکتریکی

شکل 8 نحوه عملکرد سیستم‌های فتوولتایئک

نیروگاه بادی50
انرژی باد از جمله انرژیهای متغیر با زمان و مکان است. چگالی توان تولیدی بر حسب وات بر واحد سطح، یک تابع درجه سوم از سرعت باد است. در اینصورت یک افزایش کوچک در سرعت باد، افزایش زیادی در انرژی آنرا در برخواهد داشت. بادها به دستههای خوب، عالی و شدید تقسیمبندی میشوند که معادل با سرعت های 16،13 و19 مایل بر ساعت است.
توسط توربینهای بادی (ایرو توربین) حرکت رانشی باد به انرژی مکانیکی دورانی تبدیل میشود که آن نیز به نوبه خود توسط یک ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد.
مزایای توربینهای بادی 51
به پاکیزگی هوا ( بدون هیچ آلودگی ) کمک میکنند. برخلاف سوختهای فسیلی که موجب بارانهای اسیدی (از دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن ایجاد میشوند) و گرم شدن زمین ( از گاز کربنیک بوجود میآید ) میشوند.
برخلاف برق هستهای (از لحاظ زبالههای رادیواکتیو ) انرژی باد به ایمنی عمومی کمک میکند.
یک سوخت پایانناپذیر است.
هزینه سوختهای سنتی با گذشت زمان افزایش مییابد، ولی هزینه بهرهبرداری از انرژی بادی با مرور زمان کاهش مییابد.
اگرچه انرژی باد به انرژی برق اثرات زیستمحیطی حداقل دارد ولی ساختارهای بزرگ انها مقداری نیز تولید نموده و از لحاظ زیباسازی هم مشکلساز خواهد بود. با مکانیابی سیستم های باد، تا حد امکان دور از مراکز مسکونی، این اثرات حداقل میگردد.

شکل 9 اجزای توربین بادی

تکنولوژیهای ذخیرهسازی52
این وسایل با ذخیره انرژی در ساعات خاصوسپس پسدادن انرژی در ساعات تعیین شده به عنوان منبع توان تولید پراکنده در شبکه توزیع شناخته شدهاند. وسایل ذخیره انرژی شامل باتری، سوپر خازن ها، سدهای ذخیره آب میباشند. این وسایل معمولا با انواع دیگر تولید پراکنده ترکیب میشوند تا در زمان پیک بار مورد استفاده قرارگیرند.
بکارگیری این وسایل مزایا ومعایبی دارد که در زیر شرح دادهشدهاند
مزایا
اصلاح کیفیت توان و قابلیت اطمینان
کاهش اندازه تولیدات پراکنده
صرفهجویی انرژی/تقاضا از تقسیمبندی بار
کاهش دادن احداث تجهیزات جدید در شبکه انتقال و توزیع

معایب
1- هزینه بالای سیستم ذخیره در مدت طولانی
2- تلفات توان کنار سایت جهت حفظ انرژی شارژ شده
3- نرخ تعمیرات بالا
با بکارگیری وسایل ذخیره انرژی میتوان از اضافه توان شبکه،در زمان پیک بار استفاده نمود و شبکهای با قابلیت مانور بالا ایجاد نمود.
تکنولوژی بازیافت گرمایی
تکنولوژی بازیافتگرماییCHP برای استفاده در سیستمهای جهت سوددهی میکروشبکه ضروری هستند که در بخش بعدی توضیح داده میشوند. بسیاری از این تکنولوژیها نسبتا توسعه یافته هستند و مشابه بقیه مثل چیلرهای جذبی شناخته شده هستند ولی کاربرد گستردهای ندارند.
ترکیب گرما و نیروی برق(CHCP)
بخش بزرگی از کل گرمای اتلافی حاصل از فرآیند تولید برق را میتوان توسط مبدلهای گرمایی بازیافت کرد تا برای مصارف تامین گرمایش فضا، آبگرم مصرفی، بخار مورد نیاز فرایندهای کارخانهها و… بکاربرد. با استفاده از یک چیلر جذبی می توان از بخشی از گرمای بازیافت شده برای تولید سرما بهره گرفت. در نتیجه بطور همزمان می توان هر سه نوع انرژی الکتریکی، گرمایی و سرمایی را تولید کرد که این پدیده بنام تولید همزمان برق گرما و سرما شناخته میشود. از یک بویلر کمکی نیز میتوان برای جبران کمبود گرمای مورد نیاز بارهای گرمایی و از یک منبع ذخیره گرما برای ذخیره گرما در مواقعی که بار گرمایی از میزان خروجی گرما کمتراست استفاده کرد.
تولید متداول قدرت به طور میانگین تنها 35 درصد بازده دارد،تا حدود 65 درصد ظرفیت انرژی بصورت گرمای اتلافی آزاد میشود. جدیدترین تولید سیکل ترکیبی میتواند این بازده را صرفنظر از اتلاف انتقال و توزیع برق، تا 55 درصد بهبود بخشد. تولید همزمان، این اتلاف را با استفاده گرما در بخشهای صنعت، تجارت و گرمایش و سرمایش منزل کاهش میدهد.
یک مزیت بالقوه مهم میکروشبکهها وجود یک فرصت مناسب گرمای اضافی از تبدیل سوخت اولیه به برق میباشد، بخاطر اینکه تقریبا نصف تا سه چهارم انرژی اولیه مصرفی در تولید برق نهایتا وارد محیط آزاد می شود.
هدف از افزایش بازده سه مورد است :
هزینههای سوخت کاهش خواهند یافت.
انتشارات کربنی کاهش خواهندیافت.
مشکل انتشار گرمای اضافی به محیط برطرف میشود.
ظهور و بکارگیری تکنولوژیها برای تسهیل استفاده از گرمای اضافی از مزایای مهم میکروشبکهها میباشد.
تولید همزمان عبارت است از تولید گرما و برق که هر دوی آنها مورد استفاده قرار میگیرند. این تولید شامل گسترهای از فناوریها است، ولی معمولا شامل یک مولد برق و یک سیستم بازیافت گرمایی است. تولید همزمان نیز به عنوان ” ترکیب برق و گرما (CHP)” و ” انرژی کل ” شناخته میشوند.
در تولید متداول برق، تلفات بیشتر در حدود 5 تا 10 درصد ناشی از انتقال و توزیع از نیروگاههای نسبتا دورافتاده تا شبکه برق است.هنگامی که برق به کوچکترین مشتریان تحویل داده میشود این تلفات بیشترین مقدار است .
با بهرهبرداری از گرما، بازده دستگاه تولید همزمان میتواند به 90% یا بیشتر برسد بعلاوه، برق تولید شده توسط دستگاه تولید همزمان53 معمولا به طور محلی استفاده میشود و تلفات انتقال و توزیع قابل صرفنظر خواهد بود. بنابراین صرفهجویی پیشنهادی توسط تولید همزمان در مقایسه با تامین برق و گرما توسط نیروگاهها و بویلرهای متداول، در حدود 15 تا 40% خواهد بود.
از انجایی که انتقال برق در مسیرهای طولانی آسانتر و ارزانتر از انتقال گرماست،دستگاه تولید همزمان معمولا هرچه نزدیکتر به محل مصرف گرما نصب شده میشود و در حالت ایدهال ظرفیت آنها را بگونهای درنظر میگیرند که تامینکننده نیازهای گرمایی محل باشد. در غیر این صورت یک بویلر اضافی مورد نیاز است و در نتیجه بخشی از مزایای زیست محیطی برآورده نخواهد شد. این بنیادیترین اصل تولید همزمان میباشد.
هنگامی که برق کمتر از حد نیاز تولید شود، لازم است تا باقیمانده ان را خریداری کرد. با این وجود هنگامی که ظرفیت دستگاه بر مبنای نیاز گرمایی است، معمولا برق بیشتری نسبت به نیاز تولید میشود، برق اضافی را میتوان به شبکه برق فروخت یا از راه شبکه توزیع، به مشتری دیگری تحویل داد.

برخلاف الکتریسته، گرما، بصورت بخار یا آب گرم را نمی توان براحتی یا بصورت اقتصادی در مساحت های طولانی انتقال داد،لذا سیستم های CHP در واقع گرما را برای فرایندهای صنعتی، گرمای محل، گرم کردن ناحیهای در شبکه، یا برای گرم کردن آب یا سترونسازی فراهم میکند. برای ایجاد سیستمهای CHP مناسب، با تقاضای کافی برای استفاده از آن در یک محل بطور متمرکز وجود داشته باشد تا این سیستم از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد. استفاده از CHP در میکروشبکهها را به همراه دارد :
تولید گرما می تواند نزدیک به محل مصرف باشد. در یک مثال وسیع،سلولهای سوختی میتوانند در هر طبقه بیمارستان جهت نیازهای آبگرم هر طبقه قرار گیرند. بخاطر اینکه برق نسبت به گرما راحتتر منتقل میشود، تولید گرما نزدیک به محل بار گرمایی معمولا ملموستر نسبت به تولید گرمای نزدیک به بار، برق ایجاد خواهدشد و ریزشبکه اجازه قرار گرفتن بهینه در رابطه با بارهای گرمایی را مییابد.
مقیاس تولید گرما برای واحدهای انفرادی کوچک است و لذا انعطافپذیری بیشتری را در جفت شدن با نیازهای گرمایی ارائه میدهد. یک میکروشبکه را میتوان از ترکیب اقتصادیترین ژنراتورهای تولید گرمای اضافی و ژنراتورهای تولید گرمایی معمولی ساخت به طوریکه تولید الکتریسته و گرمای ترکیبی بهینه باشد.

ریزشبکه‌ها
با افزایش روز افزون مصرف برق و کمبود توان تولیدی نیروگاه‌های سنتی و افزایش گازهای گلخانه‌ای از یکسو و توسعه فناوری نیروگاهی از سوی دیگر، موجب گردیده تا منابع انرژی توزیع شده54(DER) به جایگزینی مناسب برای نیروگاه‌های سنتی بدل شوند. زیرا می‌توانند توان مورد نیاز مصرف‌کنندگان را تامین کرده و میزان آلایندگی کمتری نسبت به نیروگاه‌های سنتی ایجاد می‌کنند. منابع تولیدپراکنده شامل فناوری‌هایی نظیر موتورهای دیزل، توربین‌های کوچک55

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد درباره قابلیت اطمینان، بازار برق، مصرف کننده، مصرف کنندگان Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره شهر هوشمند، اتحادیه اروپا، سلسله مراتبی، توسعه فناوری