نشریه شماره ۶۵۰

با توجه به مشکلات زیست محیطی ناشی از فعالیت نیروگاه‌هایی که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند، امروزه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر (انرژی‌های نو) اهمیت ویژه‌ای یافته است. رویکرد گسترده به انرژی‌های تجدیدپذیر و حمایت‌های دولت در این زمینه، باعث شده که استفاده از فن آوری‌های جدید برای تولید برق در کشور روزبه روز بیشتر شود. یکی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی بادی است که با توجه به بادخیز بودن کشور، 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، کاهش 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 کاربرد انرژی بادی در تولید برق می‌توان به عدم قطعیت در توان تولیدی، کاهش کیفیت توان (به علت تزریق هارمونیک و فلیکر به شبکه)، کاهش پایداری فرکانس (به علت کاهش اینرسی مؤثر شبکه)، خروج نیروگا‌‌ه‌های بادی در صورت ایجاد خطا در شبکه (به علت حساسیت بالای آ‌نها) و کاهش پایداری گذرای ولتاژ شبکه (در مورد توربین‌های سرعت ثابت) اشاره کرد. در کشور ایران، برنامه‌ریزی‌های راهبردی و کلان 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 شبکه ایران تدوین و تنظیم شوند. در نشریه شماره ۶۵۰، شرایط لازم برای اتصال نیروگاه‌های بادی به شبکه و بهره‌برداری از آن‌ها ارائه می‌شوند. در اینجا منظور از نیروگاه‌های بادی، نیروگاه‌هایی هستند که توان نامی آن‌ها بالاتر از ۲۵ مگاوات است و به شبکه ۶۳ کیلوولت و بالاتر متصل می‌شوند و در نتیجه، می‌توانند در عملکرد شبکه تأثیرگذار باشند. با توجه به دستورالعمل ارائه شده از سوی توانیر در زمینه اتصال مولدهای مقیاس کوچک به شبکه توزیع نیروی برق در نشریه شماره ۶۵۰، نیروگاه‌های بادی زیر ۲۵ مگاوات یا متصل به زیر سطح ولتاژ ۶۳ کیلوولت به عنوان نیروگاه‌های تولید پراکنده محسوب می‌شوند.

انواع توربین‌های بادی

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

• ‌برج
• ‌قسمت محرکه (شامل پره، سیستم انحراف ، روتور توربین، شفت، جعبه دنده، روتور ژنراتور)
• ‌ژنراتور
• ‌مبدل‌های الکترونیک قدرت

اولین توربین‌های بادی دارای ژنراتور سنکرون بودند که مستقیماً به شبکه متصل می‌شد. این توربین‌ها دارای سیستم کنترل پره برای محدود کردن توان مکانیکی در هنگام افزایش زیاد سرعت باد بودند‌. اولین مدل ساز‌ی‌ها برای توربین‌ها انجام شده است. امروزه این نوع توربین‌ها به کلی منسوخ شده‌اند. علت این امر، پیچیدگی طراحی بهینه اقتصادی و قابل اطمینان این توربین‌ها است.

کنترل توان اکتیو و فرکانس نیروگاه بادی

کنترل توان اکتیو در نیروگاه‌های بادی یک قابلیت مهم به شمار می‌رود. کنترل توان اکتیو مزایای زیادی دارد. به ویژه زمانی که باد در حداکثر خود باشد و نیاز به محدود کردن این توان حداکثر وجود داشته باشد‌. در حال حاضر ، بیشترین کاربرد کنترل توان اکتیو برای کمک کردن به بهره‌برداری شبکه در زمان وقوع پیشامدهایی است که ظرفیت شبکه کاهش یافته و شبکه ممکن است دچار اضافه بار یا پرشدگی شود. دلیل دیگر برای تنظیم توان اکتیو‌، کنترل فرکانس است. در برخی از کشورها، نیروگاه‌های بادی با تنظیم توان اکتیو خروجی خود در کنترل فرکان س مشارکت می‌کنند. در حالی که در برخی دیگر از کشورها، از نیروگاه‌های بادی به این منظور استفاده نمی‌شود.

ظرفیت رزرو

منظور از ظرفیت رزرو آن است که توان اکتیو خروجی، در محدوده فرکانس عادی شبکه، به صورت درصد مشخصی از توان اکتیو در دسترس (حداکثر توان قابل تولید توسط باد) تنظیم شود. به این نوع اعمال محدودیت، محدودیت دلتای توان اکتیو گفته می‌شود که کاربرد آن عموماً برای ایجاد یک 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 کشورهایی که دارای ضریب نفوذ بالای انرژی بادی هستند، معمولاً از نیروگاه‌های بادی برای کنترل فرکانس در زمان افت فرکانس استفاده می‌شود که لازمه آن، در نظر گرفتن درصدی از توان اکتیو خروجی به عنوان رزرو است. در مقابل، در کشورهای با ضریب نفوذ بادی پایین، این امر چندان رایج نیست.

فلیکر ولتاژ

فلیکر به تأثیر زودگذری که یک منبع روشنایی بر روی حس بینایی انسان ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که طیف فرکانسی یا شدت روشنایی آن تغییر کند، اطلاق می‌شود. طبق تعریف، فلیکر ولتاژ به تغییرات سریع و نوسانات ولتاژ به دلیل تغییر در بار مصرفی و یا کلیدزنی گفته می‌شود. فلیکر ولتاژ اغلب خود را به صورت سوسو زدن لامپ‌ها نشان می‌دهد. از عوامل اصلی تولید این پدیده بارهای صنعتی، ماشین‌های جوش کاری، کارخانه نورد آهن و کوره‌های قوس الکتریکی هستند. فلیکر ولتاژ می‌تواند نور خروجی لامپ‌های رشته‌ای را به میزان زیادی کاهش دهد. اما در مورد نور لامپ‌های گازی (تخلیه‌ای) تأثیر کمتری از خود نشان می‌دهد. به علاوه، نوسان ولتاژ می‌تواند روی گیرنده‌های تلویزیونی، وسایل کنترل الکترونیکی و کامپیوترها نیز تأثیر بگذارد. برای اندازه‌گیری فلیکر از دستگاهی استفاده می‌شود که برای محاسبه دو شاخص به کار می‌رود.

شاخص کوتاه مدت فلیکر

شاخص کوتاه مدت فلیکر، به میزان شدت فلیکر در یک دوره زمانی ۱۰ دقیقه‌ای گفته می شود. وقتی این شاخص برابر یک است، میزان فلیکر در آستانه آزاردهی چشم انسان است.

شاخص بلندمدت فلیکر

شاخص بلندمدت فلیکر، به میزان شدت فلیکر در یک دوره زمانی ۲ ساعته گفته می‌شود. الزامات مربوط به فلیکر در دستورالعمل شبکه بسیاری از کشورها ارائه شده است.

کنترل، پایش و ارتباطات

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

فهرست مطالب نشریه شماره ۶۵۰

نشریه شماره ۶۵۰ شامل ۷ فصل است. که در فصل۲، الزامات مربوط به کنترل توان اکتیو و فرکانس 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 کنترل توان راکتیو و ولتاژ نبروگاه بادی، دو بحث کلی مطرح است، اول اینکه نیروگاه در چه مد کنترلی با شبکه تبادل توان راکتیو دارد و دوم اینکه محدوده مورد انتظار تولید/مصرف توان راکتیو توسط نیروگاه بادی چگونه است.

در فصل4 نشریه شماره ۶۵۰، الزامات حفاظتی مربوط به نیروگا ه با‌دی ارائه می‌شوند. این الزاما‌ت شامل سه قسمت هستند، سیستم‌های حفاظتی که باید در یک نیروگاه بادی وجود داشته باشند، نحوه عملکرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرا‌ت آرام ولتاژ و نحوه عملکرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرات فرکانس. علاوه بر آن، الزامات مربوط به نحوه تحمل تغییرات شدید در شبکه (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 کیفیت توان نیروگاه بادی، که شامل چهار محور مهم فلیکر ولتاژ‌، نامتعادلی ولتا‌ژ، هارمونیک‌ها و هارمونیک‌های 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، کنترل، 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 شبکه، باید مدل آن آماده و بررسی شده باشد‌. الزامات پایش، کنترل 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.

مقدمه‌ای بر به کارگیری انرژی بادی در تولید برق

• تاریخچه انرژی بادی
• ‌تولید برق از انرژی بادی در ایران و جهان
• ‌مبانی کارکرد توربین بادی
• ‌انواع توربین‌های بادی

‌الزامات توان اکتیو و فرکانس

• تنظیم توان اکتیو
• ظرفیت رزرو
• محدودیت نرخ تغییر توان اکتیو
• سیستم کنترل فرکانس

الزامات توان راکتیو و ولتاژ

• تأمین دینامیک توان راکتیو
• محدوده توان اکتیو برای رعایت ضریب توان

الزامات حفاظت و تحمل خطا

• عملکرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرات آرام ولتاژ
• عملکرد سیستم حفاظتی در برابر تغییرات فرکانس

الزامات کیفیت توان

• هارمونیک‌ها
• هارمونیک‌های میانی

الزامات مدل سازی، پایش، کنترل، ارتباطات و ثبت وقایع

• کنترل، پایش و ارتباطات

‌الزامات تست

• تست راه اندازی و خاموشی- نرخ تغییر توان اکتیو
• ‌تست تولید توان اکتیو ثابت بر اساس مقادیر مرجع مشخص
• ‌تست منحنی توان اکتیو-فرکانس
• ‌تست سیستم تنظیم ولتاژ

جستجوی نشریه‌ها و معیارهای فنی