پایان نامه امکان سنجی فنی اقتصادی استفاده از پیل های سوختی در صنایع نفت و گاز

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته برق قدرت

گرایش الکترونیک قدرت

چکیده

نیروگاه های تولید پراکنده دارای ظرفیت تولیدی از چند کیلو وات تا 10 مگاوات هستند که جهت تولید انرژی الکتریکی در نقاط نزدیک به مصرف کنندگان به کار می روند ازانواع آنها می توان به سلول های خورشیدی ، پیل های سوختی ، میکرو توربین ها ، نیروگاههای بادی و ... اشاره کرد . چنانچه این نیروگاه ها به شبکه متصل شوند ،اثرات مختلفی روی شبکه از جمله کاهش تلفات شبکه ، بهبود پروفیل ولتاژ و افزایش قابلیت اطمینان شبکه خواهند داشت . عدم جایابی مناسب نیروگاه های تولید پراکنده در شبکه باعث افزایش تلفات و بالا رفتن هزینه های تولید و انتقال انرژی می شود بنابراین لازم است با روش های بهینه سازی ،جایابی این نیروگاه ها در شبکه انجام گیرد؛ بدین ترتیب که تعداد نیروگاههای تولید پراکنده ،محل نصب و ظرفیت آنها چنان تعیین شود که بیشترین کاهش تلفات شبکه با در نظر گرفتن قیود مسأله به وجود آید .در این پایان نامه از روش الگوریتم کرم شب تاب در بهینه سازی مسأله جایابی بهینه پیل سوختی استفاده شده است . پس از معرفی الگوریتم کرم شب تاب این روش در جایابی بهینه پیل سوختی ،برنامه جایابی و پخش بار نوشته شده و این برنامه روی شبکه های تست استاندارد 30 باسه و بخشی از سیستم توزیع برق یکی از پالایشگاه گازی مجتمع گاز پارس جنوبی پیاده سازی و اجرا شده است.

برای تحلیل بهتر نتایج ارزیابی، شاخص تغییر بار سیستم بصورت درصدی از کل بار سیستم در مکان­های نصب شده پیل سوختی ارایه شده است که کارایی الگوریتم کرم شب­تاب را در مواجهه با این دگرگونی­ها نشان می­دهد.

لازم بذکر است که داده های مورد نیاز جهت برنامه­نویسی پخش بار و شبیه ­سازی سیستم­های مذکور، با استفاده از برنامه Matlab و تولباکس Psat پیاده­سازی شده است.

برای تحلیل اقتصادی استفاده از مجموعه پیل سوختی به جهت تامین توان الکتریکی از نرم افزار Homer استفاده شده و کارکرد آن با دیزل ژنراتور موجود در پالایشگاه گازی مورد مقایسه قرار گرفته است.

فصل 1

مروری برانرژیهای تجدیدپذیر

مقدمه

دسترسی کشورهای در حال توسعه به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعه اقتصادی آنها اهمیت اساسی دارد وپژوهشهای جدید نشان داده که بین سطح توسعه یک کشور و میزان مصرف انرژی آن، رابطه مستقیمی برقرار است باتوجه به ذخایر محدود انرژی در جهان فعلی، دیگر نمی توان به منابع موجود انرژی متکی بود.

در کشور ما نیز، باتوجه به نیاز روز افزون به منابع انرژی وکم شدن منابع انرژی فسیلی ضرورت سالم نگه داشتن محیط زیست، کاهش آلودگی هوا، محدودیتهای برق رسانی و تامین سوخت برای نقاط و روستاهای دور افتاده و... استفاده از انرژیهای نو مانند: انرژی باد، انرژی خورشید، هیدروژن و انرژی های داخل زمین می تواند جایگاه ویژه ای داشته باشد [1].

امروزه، بحرانهای سیاسی، اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت دوام ذخایر فسیلی نگرانی های زیست محیطی، ازدحام جمعیت،  رشد اقتصادی وضریب مصرف، همگی مباحث جهان مشمولی هستند که با گستردگی تمام، فکر اندیشمندان را در یافتن راهکارهای مناسب در حل مناسب معضلات انرژی در جهان، به خصوص بحران های زیست محیطی، به خود مشغول داشته است.  بدیهی است امروزه پشتوانه اقتصادی وسیاسی کشور ها، بستگی به میزان بهره وری آنها از منابع فسیلی دارد وتهی گشتن منابع فسیلی، نه تنها تهدیدی است برای اقتصاد کشورهای صادر کننده، بلکه نگرانی عمده ای را برای نظام اقتصادی ملل وارد کننده به وجود آورده است صاحبان منابع فسیلی بایستی واقع نگرانه بدانند که برداشت امروز ایشان از ذخایر فسیلی، مستلزم بهره­وری کمتر فردا ونهایتا،ً تهی شدن منابعشان در مدت زمان کمتر خواهد بود. خوشبختانه، بیشتر ممالک جهان به اهمیت ونقش منابع مختلف انرژی، به ویژه انرژی های تجدید پذیر (نو) در تامین نیازهای حال وآینده پی برده وبه طور گسترده، در توسعه بهره برداری از این منابع لایزال، تحقیقات وسیع وسرمایه گذاری های اصولی می کنند. با توجه به این گونه گرایش های اساسی وفزاینده در زمینه استفاده از انرژی های تجدید پذیرو فناوریهای مربوط درکشورهای صنعتی ودر حال توسعه در ایران نیز لازم است راهبرد ها وبرنامه های زیر بنایی و اصولی تدوین شود [2].

گرایش جهانی توجه به بهره­برداری از انرژی های تجدیدپذیر وپیامدهای زیست محیطی ایجاب کرده که سازمان ها ومراکز متعددی در ایران، علاقه مند به اجرای پروژه هایی در این زمینه باشند ، هر چند این گونه فعالیت ها لازم وموثر است، ولی آیا این اقدامات طبق برنامه ریزی وتحقیقات اصولی در سطح ملی انجام می گیرد یا این را انفعالی وبه صورت پراکنده، تفویض مستقل و سلیقه ای اجرا می کنند بدین ترتیب است که هنوز بسیاری از چالش ها و سوالها در توجیه و دفاع از توسعه بهره برداری از انرژی های تجدید پذیر در ایران، بدون جواب مانده اند. بدیهی است که این گونه روند توسعه، بدون برنامه جامع ومدرن صحیح و پایدار نخواهد بود تدوین راهبردی جامع جهت بهره وری بهتر از انرژی در کشور، مستلزم شناخت کامل وضعیت کنونی وتعیین دقیق وضعیت مطلوب آن در جمیع جهان است.

انتظار می رود با توسعه بهره برداری از انرژی های پاک در جمهوری اسلامی ایران، بر مبنای راهبرد و بر نامه ای مدون بتوان بسیاری از چالش ها را شناسایی و راهکار های مناسب را انتخاب وتبیین نمود. و به ابهامات وسوال های مهمی چون:

میزان پتانسیل هریک از حامل­های انرژی تجدید پذیر در ایران

شناسایی وانتخاب مناطق مناسب(سایت یابی)

چشم اندازی مدون برای آینده انرژی های تجدید پذیردر ایران

توجیه اقتصادی با توجه با عوامل گونا گون مطروحه

 برنامه ریزی، نحوه وظرفیت سرمایه گذاری، با تشخیص ارجحیت برای هر یک از انرژی های تجدید پذیر

برنامه ای مدون جهت توسعه فناوری مربوط در ایران

ظرفیت و قابلیت جانشین و پاسخ گو باشند

اهمیت موضوع

امروزه تبعات مداخله انسان در محیط زیست بیش از هر زمانی متجلی شده است. مفهوم توسعه با رعایت حفاظت از محیط طبیعی و زیست محیط مترادف است ودر شاخص های اقتصادی حساب های ملی، همچون تولید ناخالص داخلی، ملحوظ نمودن منابع طبیعی وزیست محیطی نیز مطرح است.

انرژی، یک نیاز اساسی برای استمرار توسعه اقتصادی، تدارک وتامین رفاه وآسایش زندگی بشری است. در حال حاضر مصرف انرژی جهان 10 (معادل 10 میلیارد تن نفت خام در سال) بوده و پیش بینی می شود که افزایش یابد این ارقام در چند سال دیگر به ترتیب به 12 و14ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده عظیم بوده و بالطبع، این سؤال مهم مطرح است که آیا این منابع انرژی های فسیلی در قرن آینده جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بود؟ حداقل به سه دلیل عمده، جواب این سؤال منفی است و باید منابع جدید انرژی را جانشین منابع قدیم کرد. این دلایل عبارتند از: محدودیت ودر عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی که از نظر منطقی کاربرد های بهتر از احتراق دارند و همچنین مسائل و مشکلات زیست محیطی،به طوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر، از مهم ترین پیش شرط های توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می آید.

آلاینده های ناشی از احتراق وافزایش غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر وپیامد های آن، جهان را با تغییرات برگشت ناپذیر و تهدید آمیزی مواجه ساخته است. افزایش دمای کره زمین، تغییرات آب و هوای، بالا آمدن سطح دریاها ودر نهایت،تشدید منازعات بین المللی، از جمله این پیامد ها محسوب می شوند. از سوی دیگر، اتمام قریب الوقوع منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمت، سیاست گزاران را به پیشنهاد موازین و سیاست هایی برای کنترل محیط زیست و پژوهشگران را به توسعه منابع با آلودگی کمتر و تجدید پذیری که توان بالقوه ای برای جانشینی با سیستم انرژی کنونی دارند، ترغیب می کند.

کلیه انرژی های تجدید پذیر، روز به روز سهم بیشتری در سیستم تأمین انرژی جهان به عهده می گیرند. این منابع، امکان پاسخ گویی همزمان به هر دو مشکل اساسی منابع فسیلی را نوید می دهند. انرژی های تجدید پذیر،اساسا با طبیعت سازگار بوده و آلودگی ندارند و چون تجدید پذیرند پایانی برای آنها وجود ندارد. ویژگی­های دیگر این منابع، نظیر پراکندگی وگستردگی آنها در تمام جهان و نیاز به فناوری پایین تر، انرژی های تجدید پذیر را – به ویژه برای کشور های در حال توسعه – از جاذبه بیشتری برخوردار کرده هم از این رو، در برنامه ها وسیاست های بین المللی، از جمله در برنامه های سازمان ملل متحد، در راستای توسعه پایدار جهانی، نقش ویژه­ای به منابع تجدید پذیرانرژی محول شده است. اما سازگار کردن منابع تجدیدپذیر با سیستم کنونی مصرف انرژی جهان، هنوز با مشکلاتی همراه است که برای حل آنها، حجم مهمی از تحقیقات علمی جهان را در دهه های اخیر به خود اختصاص داده است.

با توجه به فناوری کنونی بشر، انرژی هسته ای و انرژی برق آبی، دو نوع انرژی جانشین برای سوخت فسیلی می­باشند. گفتنی است که پتانسیل برق آبی در جهان محدود بوده واز طرف دیگر انرژی اتمی نیز، تقریباً در تمامی اروپا، ساخت نیروگاههای اتمی متوقف شده است. کشور ایران از لحاظ منابع مختلف انرژی، یکی از غنی­ترین کشورهای جهان محسوب می­شود واز یک سو دارای منابع گسترده فسیلی نفت و گاز است و از سوی دیگر، دارای پتانسیل فراوان انرژی­های تجدیدپذیر، همچون باد، ژئوترمال، خورشیدی و... می­باشد. اما ایران، کشور کم آبی است و نیروگاههای آبی بزرگ، دارای پتانسیل محدودی هستند. لذا در چشم انداز دراز مدت جانشین دیگری غیر از تجدید پذیری به عنوان منبع انرژی دیده نمی شود [3].

Abstract- Distributed generation (DG) sources are being more interesting in distribution systems due to the development in demands for electrical energy and to decrease the power disruption in the power system network. By installing DGs in the system, the total power loss can be decreased and voltage profile of the buses can be improved. This paper proposes a new optimization based to determine the optimal location of fuel cell DG in distributed system. The proposed algorithm firefly algorithm (FA) presents the optimal location of fuel cell DG with minimum active power losses. The proposed technique is tested on the Iranian Gas Refinery power distribution model. Experimental results illustrate a considerable reduction in the total power loss in the system and improved voltage profiles of the buses within the frame-work of system operation and security constraints in radial distribution systems.

 At the end Homer software used for analyze and comparison of fuel cell DG with diesel generator in gas refinery