عنوان
برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز طبيعي با درنظر گرفتن انعطاف‌پذيري
نويسنده اصلي
غديري زهراني، مهدي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي برق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در سال‌هاي اخير براي تأمين تقاضاي انرژي، كارشناسان حوزه انرژي و به طور خاص انرژي الكتريكي، به دنبال افزايش ظرفيت توليد و روش‌هاي جايگزين براي توليد برق از منابع انرژي پاك هستند. توسعه استفاده از نيروگاه‌هاي مبتني بر منابع انرژي تجديدپذير در كنار مزيّت‌هايي كه دارند مشكلاتي را نيز به همراه دارند. از مهمترين مشكلات، كاهش قابليت اطمينان و افزايش عدم قطعيت در شبكه برق به سبب تصادفي و متغير بودن ميزان توليد آن‌ها است. براي مواجهه با اين دو مسأله در سيستم قدرت، ارتقاي سطح انعطاف‌پذيري به عنوان مفهومي جديد مورد توجه قرار گرفته است. ارتقاي انعطاف‌پذيري سيستم در واقع ارتقاي توانايي سيستم براي تأمين مطمئن تقاضا انرژي در هر شرايط كاري است. از ابزارهاي تأمين انعطاف‌پذيري، واحدهاي نيروگاهي مبتني بر توربين‌هاي گازي سريع و مبدل‌هاي برق به گاز هستند. البته بايد توجه داشت كه استفاده از اين تجهيزات، وابستگي شبكه‌هاي برق و گاز را افزايش مي‌دهند.
با افزايش تقاضا در شبكه‌هاي برق و گاز و افزايش تعداد نيروگاه‌هاي تجديدپذير، برنامه‌ريزي توسعه جداگانه هر كدام از شبكه‌هاي برق و گاز ممكن است به پاسخ‌هاي غير بهينه (يا حتي نشدني) منجر شود. استفاده از اين پاسخ‌ها مي‌تواند موجب تحميل شدن هزينه‌هاي اضافي در توسعه و يا عدم كفايت طرح توسعه يافته براي برقراري قابليت اطمينان در سيستم و انعطاف‌پذيري مناسب آن شود. به همين دليل لازم است مسأله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ براي ارتقاي انعطاف‌پذيري با درنظر گرفتن برهم‌كنش بين دو شبكه انجام شود. در اين پايان‌نامه، برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز براي ارتقاي انعطاف‌پذيري مدنظر است. هدف از اين برنامه‌ريزي تعيين مكان و ظرفيت تجهيزات مورد استفاده در شبكه‌هاي برق و گاز است؛ به‌طوري كه با درنظر گرفتن محدوديت‌هاي فني و اقتصادي، تقاضاي پيش‌بيني شده در سال هدف با كمترين هزينه و مطمئن تأمين شود و همچنين انعطاف‌پذيري سيستم به‌گونه‌اي ارتقا يابد كه بتواند در هر شرايطي تغييرات بار و منابع تجديدپذير را پاسخ دهد بدون اينكه قابليت اطمينان تهديد شود. تجهيزات هدف توسعه در اين پژوهش شامل نيروگاه‌هاي گازسوز، خطوط انتقال برق، خطوط لوله انتقال گاز و كمپرسورهاي گاز و همچنين توسعه ظرفيت چاه‌هاي گاز است.
در اين پژوهش از مدل DC فلوي توان در شبكه برق و مدل حالت دائم فلوي گاز در شبكه گاز استفاده مي‌شود. مدل DC شبكه برق، خطي و محدب است اما مدل حالت دائم شبكه گاز، غيرخطي و غيرمحدب است و لازم است با روش‌هاي مناسب به يك مدل محدب تبديل شود. از طرفي چون هدف از برنامه‌ريزي، ارتقاي انعطاف‌پذيري است، درنظر گرفتن قابليت ذخيره‌پذيري گاز در خطوط لوله انتقال گاز ضروري است. مسأله نهايي اين پژوهش به‌صورت يك مسأله بهينه‌سازي مخروطي با اعداد صحيح و پيوسته‌ي آميخته به هم است. براي مدل‌سازي قابليت اطمينان از معيار N-1 براي خطوط انتقال برق استفاده مي‌شود. براي مدل‌سازي انعطاف‌پذيري، در شبكه برق ميزاني از ظرفيت نيروگاه‌هاي غيرتجديدپذير به عنوان ظرفيت نگه‌داشته شده براي تأمين تغييرات بار يا توليد منابع تجديدپذير درنظر گرفته مي‌شوند. در شبكه گاز معادلات به‌گونه‌اي دسته‌بندي مي‌شوند كه علاوه بر شرايط عادي در شرايطي كه شبكه برق با تغييرات بار يا توليد منابع تجديدپذير روبه‌رو مي‌شود بتواند تقاضاي گاز در شبكه گاز و گاز مورد نياز نيروگاه‌هاي گازسوز كه به‌عنوان تجهيزات اصلي ارتقاي انعطاف‌پذيري در شبكه برق شناخته مي‌شوند را تأمين كند.
به دليل بزرگ بودن ابعاد اين مسأله با استفاده از الگوريتم تجزيه بندرز مسأله يكپارچه به يك زيرمسأله و يك مسأله اصلي تجزيه مي‌شود. مسأله اصلي شامل تمام متغيرهاي عدد صحيح و محدوديت‌هاي آن‌هاو زيرمسأله شامل تمام متغيرهاي پيوسته و محدوديت‌هايي است كه مجموعه سيستم‌ها را توصيف مي‌كنند. در اين الگوريتم زيرمسأله جوا‌ب‌هاي به‌دست آمده از مسأله اصلي را بررسي مي‌كند و در هر مرحله محدوديتي جديد تحت عنوان برش بندرز به مسأله اصلي اضافه مي‌كند.
شبكه‌هايي كه در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفته‌اند شبكه 7 گره گاز متصل به شبكه برق گارور و همچنين شبكه گاز بلژيك (20 گره‌اي) متصل به شبكه 24 باس برق IEEE RTS است. تحليل نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد كه مدل اين پژوهش مي‌تواند برنامه‌ريزي هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز را به‌گونه‌اي انجام دهد كه بتواند در كنار اقتصادي بودن، قابليت اطمينان مناسب براي سيستم فراهم كند و انعطاف‌پذيري را نيز ارتقا دهد.
شماره ركورد
235399
گرايش رشته تحصيلي
سيستم هاي قدرت
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان