تازه‌هائی در صنعت برق

● راه‌حل EPRI برای حل بحران شبكه قدرت غرب
موسسه تحقیقاتی EPRI با انتشار مقاله‌ای، به ارایه پیشنهاداتی برای حل بحران شبكه غرب پرداخت. این بحران از سال گذشته در كالیفرنیا شروع شد و هم‌اینك شبكه ۱۱ ایالت غرب را تحت تاثیر خود قرار داده و انتظار می‌رود در آینده نیز گسترش یابد. این پیشنهادات از طرف چندین سرمایه‌گذار از كالیفرنیا و دیگر ایالات غربی در همایش EPRI كه در اوایل ماه ژوئن برگزار شد مورد حمایت قرار گرفت.
برخی از این پیشنهادات به این شرح است:
بهسازی نیروگاههای موجود جهت افزایش ۵ درصدی ظرفیتشان از طریق سرویس و نگهداری بهتر، اقدامات پیشگیرانه و جایگزینی‌های باصرفه اقتصادی
ترمیم بازار فروش عمده انرژی الكتریكی
توسعه قابلیت سیستم انتقال موجود برای بیشتر ساختن ظرفیت انتقالی
متعادلسازی سهام جهت جلوگیری از توجه صرف به سوخت گاز طبیعی برای واحدهای تولید
شتاب‌دهی به اتصال واحدهای تولید گسترده جهت ایجاد تولید پشتیبان
ایجاد ساختاری جامع به عنوان پایه سیستم تامین توان برای پیش بینی نیازهای رو به رشد جامعه امروز
در مقاله مذكور، ۱۸ پیشنهاد برای حل بحران جاری در شبكه ایالات غربی ارایه شده است. برای عملی شدن این پیشنهادها، علاوه بر تغییر وضعیت روال موجود، نیازمند بكارگیری فناوری‌های جدید هستند.
Kurt Yeager، مدیر EPRI و CEO در این باره می‌گوید: بحران كالیفرنیا تنها یك بخش قابل مشاهده از بحرانی بزرگ و رو به رشد در ایالات متحده است، این مشكل نتیجه عدم سرمایه‌گذاری كافی در بخشهای تولید، انتقال، توزیع و برنامه‌های پاسخ به تقاضای انرژی در طول یك دهه است. طراحی نامناسب بازار انرژی و عدم دسترسی به نمونه قیمت برای متعادلسازی تقاضا، باعث عدم تعادل بین تولید و تقاضا شده است.
در گزارش EPRI استفاده از فناوری‌های موجود برای پركردن شكاف بوجود آمده در بازار انرژی پیشنهاد شده است. از جمله این فناوری‌ها می‌توان به نرم‌افزارهای موجود برای طراحی مناسب بازار انرژی، شبیه‌سازی صحیح دینامیك بازار، قیمت‌گذاری مبتنی بر شرایط بازار، مدیریت بار و تكنیك‌های حفظ و مدیریت سهام اشاره كرد. طبق برآوردهای California Independent System Operator امسال حداقل ۵۰ میلیارد دلار، بابت خرید انرژی به شركت برق كالیفرنیا پرداخت خواهد شد. این رقم تقریباً دو برابر مقدار هزینه سال ۲۰۰۰ و هشت برابر رقم سال ۱۹۹۹، یعنی قبل از شروع بحران جاری است.
بنابراین، نیاز به ساخت واحدهای تولید و افزایش ظرفیت انتقال در كالیفرنیا و به عبارت بهتر در سراسر ایالات متحده، امری بدیهی است. این امر باعث اجرای برنامه‌ای ضربتی برای افزایش ظرفیت تولید در كالیفرنیا شده است. گرچه ساخت واحدهای تولید جدید می‌تواند پاسخگوی نیاز امروز ایالت باشد، اما این امر در آینده باعث بروز مشكلات جدیدی خواهد شد زیرا كلیه واحدهای جدید، از نوع گازی هستند و استفاده بیش از حد از گاز مسائلی همچون افزایش قیمت گاز، آسیب‌پذیری بیشتر از قطعیها در شبكه و محدودیت در ذخیره گاز طبیعی را به دنبال دارد. در این گزارش گفته شده كه لازم است تحقیقاتی در زمینه‌های تولید بهینه انرژی و افزایش راندمان در سمت مصرف شامل زغال‌سنگ تمیز، هسته‌ای پیشرفته و تولید از طریق منابع تجدید‌پذیر و روشهای ذخیره‌سازی انرژی انجام شوند. گزاش مزبور روی این نكته نیز تاكید دارد كه امكان به وجود آمدن تضاد بین تامین انرژی ومسائل زیست‌محیطی وجود دارد.
Yeager می‌گوید: هدف فوری EPRI، دسترسی به موثرترین روش از میان راه‌حلهای فنی برای حل بحران موجود و ایجاد آگاهی از قابلیتهای فناوریهای جدید در بین سیاستگزاران صنعت‌برق در ناحیه غرب در ایالات متحده است. مجموعه راه‌حلهای موجود، مزیت دیگری نیز دارند و آن توسعه بلندمدت سیستم قدرت است.
EPRI قصد دارد پیشنهادات ارایه شده را در اختیار موسسات اداره‌كننده صنعت‌برق در سطوح ایالتی، منطقه‌ای و ملی، قرار داده و با افزایش سطح آگاهی آنها، موافقت آنها به پیوستن به ارزیابی‌های بحرانی و فعالیتهای توسعه‌آمیز را كسب كند. ارزیابی‌های بحرانی شامل برآورد هزینه كامل خاموشیهاو مسائل كیفیت توان جهت ایجاد مرجعی برای سرمایه‌گذاری‌های شخصی و عمومی در صنعت‌برق است.
اداره مركزی EPRI واقع در Palo Alto در كالیفرنیا در سال ۱۹۷۳ به عنوان مركز تحقیقات انرژی تعیین شد. امروزه تحقیقات EPRI تقریباً در همه زمینه‌های تولید،‌ انتقال و مصرف انرژی توسعه یافته‌اند. هم‌اینك بیش از ۱۰۰۰ شركت فعالیت‌كننده در زمینه انرژی در ۴۰ كشور دنیا مشمول برنامه فنی و شغلی جهانی EPRI هستند.
● سیستم یكپارچه تولید توان، سرمایش و گرمایش ساختمانها (BCHP)
سیستم‌های یكپارچه BCHP (Buildings, Cooling, Heating and Power) متشكل از تركیبی از تجهیزات تولید توان (مانند توربین‌های گازی، توربین‌های بسیار كوچك (Micro Turbines)، موتورهای احتراق داخلی و پیل‌های سوختی)، سیستم‌های حرارتی (مانند چیلرهای آبی، دستگاههای تهویه مطبوع و یخچالهای با محركه‌های برقی یا موتورهای حرارتی)، مولدهای بخار یا آب گرم و ذخیره‌سازی حرارتی، تهویه و به جریان انداختن هوا، كنترل ساختمان و فن‌آوریهای یكپارچه‌سازی سیستم هستند.
از سیستم‌های BCHP می‌توان برای فراهم كردن برق، سرمایش، گرمایش، آب گرم مصرفی خانگی و دیگر انرژی‌های حرارتی مورد استفاده در ساختمانها استفاده كرد.
سرمایش فعال شده گرمایشی (Thermally activated cooling) جزیی ضروری در سیستم BCHP است كه سبب می شود تا اصل بازیافت انرژی به عنوان معیاری اقتصادی در آن مطرح شود.
باید توجه داشت كه سیستم‌های تولید همزمان گرما وتوان (CHP) از نظر كاربرد ونیز عدم نیاز به سرمایش تولیدی در آنها به عنوان معیار و ارزش اقتصادی، با سیستم‌های BCHP تفاوت داشته و از آنها متمایز می‌شوند. همچنین سیستم‌های BCHP بر مواردی چون محل ساختمان‌های تجاری،‌موسسات و مجتمع‌ها برای طراحی تجهیزات سیستم‌های یكپارچه، كدها و استانداردها و عملیات به نحوی جامع متمركز است در حالیكه سیستم‌های تولید همزمان گرما و توان CHP تنها بر كاربردهای صنعتی تمركز دارند. بخش‌های مختلف زیر می‌توانند از مزایای BCHP بهره‌مند شوند:
● بهره‌مندی سازندگان تجهیزات
۱- سیستم BCHP پتانسیل بازار برای چیلرهای جذبی و تجهیزات رطوبت‌زدایی را توسعه می‌دهد. به عبارت دیگر همراه با رشد نصب سیستم‌های BCHP فروش تجهیزات مذكور نیز افزایش می‌یابد.
۲- استفاده از تلفات حرارتی ناشی از كاربرد پیل‌های سوختی، توربوژنراتورهای خیلی كوچك، مجموعه‌های ژنراتور و توربین‌های گازی یا موتورهای احتراق داخلی، وضعیت اقتصادی تولید برق در محل را بهبود می‌بخشد.
۳- بازارهای جدیدی برای سازندگان سیستم‌های كنترل ایجاد می‌شود.
● بهره‌مندی شركتهای برق و گاز
۱- فرصت‌های كافی برای بازگشت سریع سرمایه‌گذاری‌ها فراهم می‌شود.
۲- بهبود ضریب بار شبكه كه نتیجتاً هزینه برق كاهش و ظرفیت تولید شبكه افزایش خواهد یافت.
۳- قابلیت اطمینان و بهره‌وری شبكه برق و تولید برق بهبود خواهد یافت.● بهره‌مندی جامعه
۱- ۳۰ درصد در بهره‌وری منابع انرژی باعث كاهش مصرف سوخت‌های فسیلی گران‌قیمت می‌شود.
۲- ۴۵ درصد از انتشار گازهای CO۲ كاسته می‌شود.
● بهره‌مندی برای دارندگان
۱- در حالیكه شركتهای برق مشتركین تجاری را به سمت قیمت‌گذاری زمان واقعی سوق می‌دهند، BCHP باعث بهبود هزینه دیماند و كاهش قیمت انرژی می‌شود.
۲- قطع برق در مواقعی كه ساختمان‌های تجاری به گرما و یا سرمای شدید نیاز دارند رخ می‌دهد و BCHP می‌تواند نیاز ساختمان‌ها را از این جهت تامین كند.
۳- باعث بهبود ضریب بار مشتركین شده و در نتیجه امكان دریافت خدمات بهتر و بیشتری را از شبكه فراهم می‌آورد.
● نصب سلولهای نوری (فتوولتائیك) بر بام ساختمانها
نصب سلولهای نوری (فتولوتائیك) بر بام ساختمانها و استفاده از انرژی الكتریكی حاصله در ساختمان از موضوعات جدید در صنعت‌برق دنیاست.
ایمنی و قیمت دو عامل مهم ارزیابی دراین سیستم‌ها هستند. مطالعات نشان می‌دهد كه انگیزه‌های زیر می‌تواند عامل سرمایه‌گذاری در زمینه تولید برق نوری باشد.
۱- حفاظت از محیط‌زیست
۲- یافتن جایگزینی برای نیروگاههای هسته‌ای
۳- ملاحظات و پیشرفتهای فن‌آوری
یكی از ابزارهای مهم برای غلبه بر مسائل زیست‌محیطی ناشی از تولید و مصرف برق، سیستم‌های غیرمتمركز فتوولتائیك (PV) هستند. در حال حاضر، به دلیل هزینه‌های سنگین سرمایه‌گذاری، سیستم‌های PV به صورت وسیعی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. به منظور گسترش بازار این نوع سیستم‌ها، مشوق‌های اقتصادی ابزار مناسبی است. به این منظور در هر كشوری شیوه‌های مختلفی به كار گرفته می‌شود. در سال ۱۹۹۰ اولین برنامه مهم بین‌المللی با نام «هزار بام» برای گسترش سیستم‌های فتوولتائیك در آلمان به اجرا گذاشته شد. نصب سیستم‌ها در سال ۱۹۹۵ به پایان رسید. تقریباً ۲۲۵۰ عدد از پشت‌بامهای منازل آلمان با سیستم‌های فتوولتائیك با توان متوسط KWp۶/۲ تجهیز شدند.
بزرگترین برنامه گسترش سیستمهای فتوولتائیك در سال ۱۹۹۴ در ژاپن اجرا شد. این برنامه ۵ ساله و زمان پایان آن سال ۱۹۹۹ پیش‌بینی شده بود. تا پایان سال ۱۹۹۷ بیش از ۱۰۰۰۰ سیستم كوچك متصل به شبكه با توان متوسط KWp۳ در ژاپن نصب شده است.
خرید سیستم فتوولتائیك در رفتار مصرف‌كنندگان تغییراتی ایجاد می‌كند. مصرف‌كنندگانی كه دارای مصرف اولیه كم‌اند تقاضای خود را به تدریج افزایش می‌دهند. اما مصرف‌كنندگان با مصرف اولیه زیاد برق، در مصرف انرژی صرفه‌جویی خواهند كرد. بنابراین می‌توان گفت كه «سیستم‌های PV وسیله صرفه‌جویی انرژی برای ثروتمندان است.»
ساختمانهایی كه با سیستم‌های فتوولتائیك تركیب می شود به قسمی كه سیستم‌های PV قسمتی از نمای خارجی ساختمان را تشكیل می‌دهند، به نام Building Integrated Photovoltaic (BIPV) نام‌گذاری شده‌اند.
چنین سیستمی در زمستان، بهار و پائیز نور و گرما را تامین می‌كند. در تابستان كه نور و گرما مطلوب نیست، این عوامل با استفاده از كنترلرهای خورشیدی، كنترل می‌شوند. سیستم‌های BIPV كاملاً چندمنظوره‌اند. این سیستم‌ها تولید الكتریسیته می‌كنند، به جای المانهای معمول ساختمانی مانند سایه‌بان‌ها عمل می‌كنند و بار سرمایی و پیك الكتریكی را كاهش می‌دهند.
بر اساس بررسی‌های انجام شده، ملاحظات و نتایج زیر از نصب اولین سیستم BIPV در كره بدست آمده است.
۱- شیب و جهت پانلهای PV اثر قابل ملاحظه‌ای بر میزان تولید برق دارد. با توجه به زیبایی نمای ساختمان، هزینه و ایمنی امكان نصب پانلهای سایه بان بازاویه ایده‌آل یعنی ۳۲ درجه درمنطقه جی‌هونگ وجود نداشت.
۲- وقتی از سیستم‌های PV به عنوان سایه‌بان استفاده می‌شود، تاثیر سایه‌ سایر پانلهای PV باید لحاظ شود.
۳- مزیت سایه‌بانهای PV در مقایسه با سایر سایه‌بانها و یا پرده‌ها آن است كه مانع ورود گرما به ساختمان شده و بنابر این بار سرمایشی ساختمان كاهش می‌یابد.
۴- نسبت تشعشع مستقیم به تشعشع پراكنده خورشید اثر قابل ملاحظه‌ای بر تولید برق سیستم‌های PV دارد.
۵- كاهش مقدار برق تولیدی سیستم، در اثر جمع شدن گرد و غبار بر روی صفحات در طراحی باید لحاظ شود.
۶- در یك روز تابستانی، سیستم PV توان تولید ده درصد از نیازهای انرژی روشنایی ساختمان را داراست.
مراجع:
۱) HASS, R;etal; “SOCIO-ECONOMIC ASPECTS OF THE AUSTRIAN ۲۰۰ KWp PHOTOVOLTAIC- “;ROOFTOP PROGRAMME SOLAR ENERGY; VOL۶۶; NO. ۳;PP. ۱۸۳- ۱۹۱;۱۹۹۹
۲) YOO, S; etal “BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS: A KOREAN CASE STUDY”; SOLARENERGY; VOL۶۴; NO۴- ۶;PP.۱۵۱-۱۶۱;۱۹۹۸

منبع : ماهنامه صنعت برق