Project Description
طراحی و اجرای اولین ریزشبکه‌ی هایبرید AC-DC هوشمند برق کشور در دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
امروزه، با ارتقای تکنولوژی و در نتیجه، کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری در واحدهای تولید پراکنده، تعداد این واحدها به ویژه نیروگاه‌های محلی تجدیدپذیر در شبکه‌های قدرت افزایش چشم‌گیری داشته است. مفهوم ریزشبکهها به دلیل مزایایی همچون کاهش تلفات، افزایش قابلیت‌اطمینان، افزایش تاب‌آوری سیستم و افزایش امکان نفوذ منابع تولید تجدیدپذیر با عدم قطعیت‌های بالای تولید، در محیط‌هایی که برای چنین اهدافی اهمیت قائل هستند، در حال توسعه و پیاده‌سازی می‌باشد. بیمارستان‌ها و مراکز نظامی به دلیل اهمیت قابلیت اطمینان تأمین برق خود و مدیریت بحران‌ها و پدافند غیرعامل و دانشگاه‌ها به عنوان مراکزی پیش‌رو و فرهنگ‌ساز در راستای اهدافی چون فرهنگ‌سازی مدیریت مصرف، کاهش تلفات انرژی، کاهش آلاینده‌ها و افزایش نفوذ منابع تجدیدپذیر، به سمت تبدیل فضای خود به ریزشبکهها حرکت می‌کنند.
اکثر واحدهای تجدیدپذیر، انرژی الکتریکی را به شکل جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند. از طرف دیگر، با پیشرفت تکنولوژی و به منظور استفاده‌ی بهینه و کنترل‌شده از انرژی، بسیاری از بارها توان را با استفاده از مبدل‌های DC/AC به شکل DC – که قابلیت کنترل بهتری دارد – تبدیل کرده و سپس از آن استفاده می‌کنند. با توجه به این دو موضوع و در نظر گرفتن این نکته که در حال حاضر، مخصوصاً در بارهای خانگی، تجاری و اداری، تقریباً تمامی بخش‌های مصرف، امکان استفاده از انرژی الکتریکی به شکل DC را دارند، می‌توان به منظور افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش هزینه‌ها به جای سیستم‌های AC، از سیستم‌های الکتریکی DC استفاده کرد. استفاده از سیستم‌های DC مزایای زیادی به همراه دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- سادگی کنترل شارش توان و عدم نیاز به کنترل فرکانس در شبکه‌های DC
- عدم نیاز به کنترل توان رأکتیو و ضریب توان
- حذف اثر پوستی
- صرفه‌جویی در میزان مصرف عایق با توجه به یکسان بودن پیک و مقدار مؤثر ولتاژ در سیستم‌های DC
- امکان استفاده از میکروتوربین‌های گازی DC با بهره‌وری بالا
- افزایش بهره‌وری انرژی کل به دلیل کاهش طبقات مبدل‌های الکترونیک قدرت در تولید و مصرف
- کاهش تداخل الکترومغناطیسی ناشی از شبکه‌های AC
با توجه به موارد فوق، یک ریزشبکه‌ی DC می‌تواند مزایای بسیاری را از دو منظر هزینه و قابلیت اطمینان برای بهره‌بردار و مصرف کننده در ریزشبکه ایجاد کند. با این وجود، موانعی نیز در برابر توسعه‌ی ریزشبکه‌های خانگی، تجاری و اداری DC وجود دارد که اصلی‌ترین آن‌ها، وجود وسایل الکتریکی غالباً قدیمی، همچون کولرهای آبی، در سطح مصرف است. در مواجهه با چنین بارهایی که توان را ذاتاً به شکل AC مصرف می‌کنند، نیاز است از واسط‌‌های الکترونیک قدرت (اینورترهای آفگرید) بهره برد یا تکنولوژی موتورهای استفاده شده در این وسایل را ارتقا داد.
در حال حاضر، ایده‌ی ریزشبکهها در حال گسترش در سطح جهانی است و روز به روز کشورها و مناطق بیش‌تری، پیاده‌سازی آن‌ها را در برنامه‌های خود قرار می‌دهند. با توجه به وضعیت جغرافیایی کشور، مراکز مصرف دارای پراکندگی زیادی هستند و دسترسی آن‌ها به خدماتی از قبیل برق، گرمایش، آب و تلفن امری هزینه بر و در برخی از موارد غیرممکن است. همچنین، همان‌طور که در سال‌های اخیر مشاهده شده است، در بسیاری از نقاط کشور، بلایایی طبیعی و غیرطبیعی، امنیت شهروندان و تداوم دسترسی آن‌ها به خدمات را تهدید می‌کند. از این رو، توسعه‌ی ریزشبکهها جهت غلبه بر این مشکلات در ایران امری ضروری به نظر می‌رسد.
علیرغم ضرورت و حساسیت توجه به مسأله‌ی پدافند غیرعامل و توسعه‌ی عدالت اجتماعی و نقشی که ریزشبکهها می‌توانند در تحقق این اهداف به ترتیب با افزایش تاب‌آوری شبکه و امکان استفاده از ریزشبکهها برای مناطق دور افتاده ایفا کنند، تاکنون پروژه‌ای جدی در این زمینه در سطح کشور انجام نشده است. البته در این زمینه، مراحل اولیه از پیاده‌سازی یک ریزشبکه‌ی تحقیقاتی با طراحی بومی در آزمایشگاه مطالعات سیستم و تجدیدساختار دانشگاه فردوسی مشهد انجام شده است. در این ریزشبکه‌ی تحقیقاتی، منابع انرژی تجدیدپذیر در کنار ذخیره‌سازهای الکتریکی در قالب یک ریزشبکه هیبرید (AC&DC) توسط کنترل‌کننده‌ی هوشمند درحال بهره‌برداری است. کنترل هوشمند تبادل انرژی الکتریکی با شبکه‌ی بالادستی، کنترل هوشمند روشنایی و مانیتورینگ پروفایل دمای محیط، حضور افراد و شدت روشنایی محیط توسط سنسور‌های تعبیه شده در بلوک‌های اندازه‌گیری، این ریزشبکه را به یک ریزشبکه‌ی هوشمند مبدل ساخته است. استفاده از بستر مخابراتی ZigBee با توجه به امنیت و کارآیی این بستر، یکی از مزایای این ریزشبکه‌ی هوشمند است.
اهداف اصلی از ایجاد ریزشبکه‌ی هوشمند در آزمایشگاه مطالعات سیستم و تجدیدساختار دانشگاه فردوسی مشهد:
- ایجاد بستر تحقیقاتی عملی در زمینه‌ی ریزشبکه‌های هوشمند
- بررسی موانع و چالش‌های پیاده‌سازی عملی ریزشبکهها در سطح وسیع
- بومی‌سازی دانش طراحی و ساخت اجزای مختلف ریزشبکه با توجه به شرایط کشور
مقالات مرتبط:
Smart Hybrid AC-DC Microgrid Test-bed for Power System Studies & Restructuring Laboratory – Part I
Smart Hybrid AC-DC Microgrid Test-bed for Power System Studies & Restructuring Laboratory – Part II