نشریه شماره ۶۵۰

با توجه به مشكلات زیست محیطی ناشی از فعالیت نیروگاه‌هایی كه از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌كنند، امروزه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر (انرژی‌های نو) اهمیت ویژه‌ای یافته است. رویكرد گسترده به انرژی‌های تجدیدپذیر و حمایت‌های دولت در این زمینه، باعث شده كه استفاده از فن آوری‌های جدید برای تولید برق در كشور روزبه روز بیشتر شود. یكی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی بادی است كه با توجه به بادخیز بودن كشور، دارا بودن مناطق مناسب برای احداث نیروگاه بادی و همچنین قیمت تمام شده مناسب، بیشتر از سایر انواع منابع انرژی تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از این انرژی برای تولید برق، مزایای متعددی از جمله استحصال انرژی رایگان و بدون هزینه سوخت، احداث و بهره برداری آسان و سریع، كاهش تلفات و آزادسازی ظرفیت خطوط انتقال انرژ ی در صورت استفاده، در محل مصرف و مهم‌تر از همه عدم انتشار آلاینده‌های زیست محیطی و حفظ محیط زیست را در پی دارد‌. از معایب كاربرد انرژی بادی در تولید برق می‌توان به عدم قطعیت در توان تولیدی، كاهش كیفیت توان (به علت تزریق هارمونیك و فلیكر به شبكه)، كاهش پایداری فركانس (به علت كاهش اینرسی مؤثر شبكه)، خروج نیروگا‌‌ه‌های بادی در صورت ایجاد خطا در شبكه (به علت حساسیت بالای آ‌نها) و كاهش پایداری گذرای ولتاژ شبكه (در مورد توربین‌های سرعت ثابت) اشاره كرد. در كشور ایران، برنامه‌ریزی‌های راهبردی و كلان برای بهر‌ه‌گیری از ظرفیت‌های موجود نیروگاه‌های بادی وجود دارد. بنابراین، لازم است دستورالعمل‌های اتصال و بهره برداری این نیروگا‌ه‌ها با توجه به شرایط بومی و خاص شبكه ایران تدوین و تنظیم شوند. در نشریه شماره ۶۵۰، شرایط لازم برای اتصال نیروگاه‌های بادی به شبكه و بهره‌برداری از آن‌ها ارائه می‌شوند. در اینجا منظور از نیروگاه‌های بادی، نیروگاه‌هایی هستند كه توان نامی آن‌ها بالاتر از ۲۵ مگاوات است و به شبكه ۶۳ كیلوولت و بالاتر متصل می‌شوند و در نتیجه، می‌توانند در عملكرد شبكه تأثیرگذار باشند. با توجه به دستورالعمل ارائه شده از سوی توانیر در زمینه اتصال مولدهای مقیاس كوچك به شبكه توزیع نیروی برق در نشریه شماره ۶۵۰، نیروگاه‌های بادی زیر ۲۵ مگاوات یا متصل به زیر سطح ولتاژ ۶۳ كیلوولت به عنوان نیروگاه‌های تولید پراكنده محسوب می‌شوند.

انواع توربین‌های بادی

اجزای مختلف یك توربین بادی طبق نشریه شماره ۶۵۰ شامل موارد زیر است.

‌برج
‌قسمت محركه (شامل پره، سیستم انحراف ، روتور توربین، شفت، جعبه دنده، روتور ژنراتور)
‌ژنراتور
‌مبدل‌های الكترونیك قدرت

اولین توربین‌های بادی دارای ژنراتور سنكرون بودند كه مستقیماً به شبكه متصل می‌شد. این توربین‌ها دارای سیستم كنترل پره برای محدود كردن توان مكانیكی در هنگام افزایش زیاد سرعت باد بودند‌. اولین مدل ساز‌ی‌ها برای توربین‌ها انجام شده است. امروزه این نوع توربین‌ها به كلی منسوخ شده‌اند. علت این امر، پیچیدگی طراحی بهینه اقتصادی و قابل اطمینان این توربین‌ها است.

كنترل توان اكتیو و فركانس نیروگاه بادی

كنترل توان اكتیو در نیروگاه‌های بادی یك قابلیت مهم به شمار می‌رود. كنترل توان اكتیو مزایای زیادی دارد. به ویژه زمانی كه باد در حداكثر خود باشد و نیاز به محدود كردن این توان حداكثر وجود داشته باشد‌. در حال حاضر ، بیشترین كاربرد كنترل توان اكتیو برای كمك كردن به بهره‌برداری شبكه در زمان وقوع پیشامدهایی است كه ظرفیت شبكه كاهش یافته و شبكه ممكن است دچار اضافه بار یا پرشدگی شود. دلیل دیگر برای تنظیم توان اكتیو‌، كنترل فركانس است. در برخی از كشورها، نیروگاه‌های بادی با تنظیم توان اكتیو خروجی خود در كنترل فركان س مشاركت می‌كنند. در حالی كه در برخی دیگر از كشورها، از نیروگاه‌های بادی به این منظور استفاده نمی‌شود.

ظرفیت رزرو

منظور از ظرفیت رزرو آن است كه توان اكتیو خروجی، در محدوده فركانس عادی شبكه، به صورت درصد مشخصی از توان اكتیو در دسترس (حداكثر توان قابل تولید توسط باد) تنظیم شود. به این نوع اعمال محدودیت، محدودیت دلتای توان اكتیو گفته می‌شود كه كاربرد آن عموماً برای ایجاد یك مقدار توان به صورت رزرو چرخان است. در این حالت، در شرایط عادی، بخشی از انرژی بادی قابل تبدیل به برق بلااستفاده مانده و به هدر می‌رود. در كشورهایی كه دارای ضریب نفوذ بالای انرژی بادی هستند، معمولاً از نیروگاه‌های بادی برای كنترل فركانس در زمان افت فركانس استفاده می‌شود كه لازمه آن، در نظر گرفتن درصدی از توان اكتیو خروجی به عنوان رزرو است. در مقابل، در كشورهای با ضریب نفوذ بادی پایین، این امر چندان رایج نیست.

فلیكر ولتاژ

فلیكر به تأثیر زودگذری كه یك منبع روشنایی بر روی حس بینایی انسان ایجاد می‌كند، به گونه‌ای كه طیف فركانسی یا شدت روشنایی آن تغییر كند، اطلاق می‌شود. طبق تعریف، فلیكر ولتاژ به تغییرات سریع و نوسانات ولتاژ به دلیل تغییر در بار مصرفی و یا كلیدزنی گفته می‌شود. فلیكر ولتاژ اغلب خود را به صورت سوسو زدن لامپ‌ها نشان می‌دهد. از عوامل اصلی تولید این پدیده بارهای صنعتی، ماشین‌های جوش كاری، كارخانه نورد آهن و كوره‌های قوس الكتریكی هستند. فلیكر ولتاژ می‌تواند نور خروجی لامپ‌های رشته‌ای را به میزان زیادی كاهش دهد. اما در مورد نور لامپ‌های گازی (تخلیه‌ای) تأثیر كمتری از خود نشان می‌دهد. به علاوه، نوسان ولتاژ می‌تواند روی گیرنده‌های تلویزیونی، وسایل كنترل الكترونیكی و كامپیوترها نیز تأثیر بگذارد. برای اندازه‌گیری فلیكر از دستگاهی استفاده می‌شود كه برای محاسبه دو شاخص به كار می‌رود.

شاخص كوتاه مدت فلیكر

شاخص كوتاه مدت فلیكر، به میزان شدت فلیكر در یك دوره زمانی ۱۰ دقیقه‌ای گفته می شود. وقتی این شاخص برابر یك است، میزان فلیكر در آستانه آزاردهی چشم انسان است.

شاخص بلندمدت فلیكر

شاخص بلندمدت فلیكر، به میزان شدت فلیكر در یك دوره زمانی ۲ ساعته گفته می‌شود. الزامات مربوط به فلیكر در دستورالعمل شبكه بسیاری از كشورها ارائه شده است.

كنترل، پایش و ارتباطات

ارتباطات نیروگاه‌های بادی با بهره بردار شبكه برای كنترل آن، مانند نیروگاه‌های سنتی، امری بدیهی است‌. مالك نیروگاه بادی موظف به تأمین زیرساخت‌ها و سیگنال‌های لازم در زمینه فراهم‌سازی این ارتباطات است تا بتواند اجاز‌ه اتصال به شبكه را پیدا كند. این سیگنال‌ها به چندین بخش تقسیم می‌شوند كه بعضی از آن‌ها از بهره‌بردار شبكه به بهره بردار نیروگاه بادی ارسال می‌شوند و تعدادی از آ‌نها هم از بهره‌بردار نیروگاه بادی به بهره‌بردار شبكه ارسال می‌شوند. به همین دلیل، مالك نیروگاه بادی موظف است قبل از اتصال به شبكه ، بسترها‌ی مخابراتی مناسب را برا‌ی برقرار‌ی ارتباط با بهره‌بردار شبكه فراهم آورد و بعد از اتصال به شبكه، در حین بهره‌برداری، لازم است كه آماده تبادل اطلاعات با بهره‌بردار شبكه باشد.

فهرست مطالب نشریه شماره ۶۵۰

نشریه شماره ۶۵۰ شامل ۷ فصل است. که در فصل۲، الزامات مربوط به كنترل توان اكتیو و فركانس نیروگاه بادی ارائه می‌شوند. این الزامات هم مربوط به حوزه اتصال و هم مربوط به حوزه بهره‌برداری هستند. در فصل ۳، در ارتباط با الزامات كنترل توان راكتیو و ولتاژ نبروگاه بادی، دو بحث كلی مطرح است، اول اینكه نیروگاه در چه مد كنترلی با شبكه تبادل توان راكتیو دارد و دوم اینكه محدوده مورد انتظار تولید/مصرف توان راكتیو توسط نیروگاه بادی چگونه است.

در فصل۴ نشریه شماره ۶۵۰، الزامات حفاظتی مربوط به نیروگا ه با‌دی ارائه می‌شوند. این الزاما‌ت شامل سه قسمت هستند، سیستم‌های حفاظتی كه باید در یك نیروگاه بادی وجود داشته باشند، نحوه عملكرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرا‌ت آرام ولتاژ و نحوه عملكرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرات فركانس. علاوه بر آن، الزامات مربوط به نحوه تحمل تغییرات شدید در شبكه (تحمل خطا) نیز در این فصل ارائه می‌شوند. برخی از این الزامات صرفاً مربوط به حوزه اتصال و برخی دیگر مربوط به هر دو حوزه اتصال و بهره‌برداری هستند.

در فصل ۵ نشریه شماره ۶۵۰ به بررسی الزامات كیفیت توان نیروگاه بادی، كه شامل چهار محور مهم فلیكر ولتاژ‌، نامتعادلی ولتا‌ژ، هارمونیك‌ها و هارمونیك‌های میانی هستند‌، پرداخته می‌شود. این الزامات هم مربوط به حوزه اتصال و هم مربوط به حوزه بهره برداری هستند.

در فصل۶ نشریه شماره ۶۵۰ به الزامات مربوط به مدل سازی، پایش، كنترل، ارتباطات و ثبت وقایع پرداخته می‌شو‌د. برخی از این الزامات صرفاً مربوط به حوزه اتصال و برخی دیگر مربوط به هر دو حوزه اتصال و بهره برداری هستند. الزامات مدل‌سازی مربوط به حوزه اتصال هستند و قبل از اتصال نیروگاه بادی به شبكه، باید مدل آن آماده و بررسی شده باشد‌. الزامات پایش، كنترل و ارتباطات مربوط به هر دو حوزه اتصال و بهره برداری هستند.

در فصل۷، تعداد ۱۲ تست مورد نیاز برای بررسی برآورده شدن الزامات ارائه شده در فصل‌های قبل آورده می‌شوند.