تولید پراکنده و مزایای استفاده از آن

تولید پراکنده یا  Distributed Generation) DG )، عموماً عبارتست از تولید برق در محل مصرف، امّا گاهاً به تکنولوژی هایی گفته می شود که از منابع تجدیدپذیر برای تولید برق استفاده می کنند. خصوصیت مشترکی که در تعاریف مختلف تولید پراکنده به چشم می خورد این است که این مولدها نسبتاً کوچک بوده و ظرفیت آن ها معمولاً کمتر از 300 مگاوات می باشد و مستقیماً به شبکه توزیع وصل می شوند. بالا رفتن هزینه های انتقال و توزیع، به مولدهای تولید پراکنده این امکان را می دهد که برق تولیدی خود را به قیمتی ارزانتر در در اختیار مصرف کنندگان قرار دهند. بخصوص در سیستم های تجدید ساختار شده، تولید پراکنده می تواند در مناطقی که دارایLMP بالاتری هستند توجیه اقتصادی داشته باشد. علاوه بر این، تولید پراکنده امکان استفاده از منابع پاک برای تولید برق را فراهم می آورد.

1-2: تولید پراکنده(DG)

تعاریف ارائه شده برای تولید پراکنده تا حدودی متفاوت هستند. IEEE، تولید برق توسط وسائلی که به اندازه کافی از نیروگاه های مرکزی کوچکتر و قادر به نصب در محل مصرف هستند را به عنوان تولید پراکنده تعریف کرده است. IEA، واحدهای تولید کننده توان در محل مصرف یا در داخل شبکه توزیع که توان را به طور مستقیم به شبکه توزیع محلی تزریق می کنند را DG معرفی  می کند، اما در تعریف  CIGRE از تولید پراکنده آمده است که، تمام واحدهای تولید که دارای حداکثر ظرفیت تا 100 مگاوات باشند. این واحدها معمولاً به شبکه توزیع یا فوق توزیع متصل شده و به طور متمرکز برنامه ریزی و کنترل نمی شوند.        DGها به صورت میکرو (1وات تا 5کیلووات)، کوچک(5کیلووات تا 5 مگاوات)، متوسط(5 مگاوات تا50 مگاوات) و بزرگ(50 مگاوات تا 300 مگاوات) دسته بندی می شوند.                                             اتصال DGها به شبکه توزیع علیرغم مزایایی که برای شبکه دارد، باعث ایجاد هارمونیک در شبکه و کاهش امپدانس اتصال کوتاه می شود. همچنین اگر در هنگام خاموشی، DG متصل به شبکه به صورت جزیره ای کار کند، می تواند برای تعمیرکاران شبکه خطرناک باشد. امّا این مسائل باعث نادیده گرفتن مزایای این نوع از مولدها نمی شود، همانگونه که جدول (1-1) نشان می دهد استفاده از این مولدها در جهان در حال افزایش می باشد.

1-3: مزایای استفاده از تولید پراکنده

استفاده از DG شاید در بعضی مواقع دارای صرفه اقتصادی نباشد اما علاوه بر صرفه اقتصادی مسائل دیگری نیز در استفاده از این مولدها دخیل هستند که باعث استفاده روز افزون از این تکنولوژی تولید توان شده است. تعدادی از مزایای بکارگیری DG عبارتند از:

1-3-1: تولید برق اضطراری

 مهمترین کاربرد DG استفاده از آن برای تولید برق اضطراری برای مصرف کنندگان خاص مانند بیمارستان ها، آزمایشگاه ها و حتی هتل ها می باشد. که برای آن ها مسائل اقتصادی در مقابل مسائلی چون عدم قطعی برق در درجه دوم قرار دارد.

1-3-2: کیفیت توان و قابلیت اطمینان

DG کیفیت توان را بهبود می بخشد و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد. IEA تولید توان با قابلیت اطمینان بالا را به عنوان مهمترین شاخص بازار برق در آینده برای مولدهای پراکنده نام برده است. زیرا این مولدها از شبکه انتقال استفاده نمی کنند و بنابراین از حوادثی که در شبکه انتقال می تواند موجب قطع برق مشترک شود در امان هستند. چنانچه این واحدها مستقیماً به مشترک وصل شده باشند در صورت قطع برق شبکه توزیع نیز می توانند برق مشترک را به صورت جزیره ای تأمین نمایند. در حالت اتصال به شبکه نیز می توان با شرکت برق بر مبنای نرخ مصوب تبادل انرژی داشت.

1-3-3: تولید برق و گرما به صورت هم زمان 

با استفاده از پدیده تولید همزمان برق و حرارت (Cogeneration) در میکروتوربین ها، راندمان DG از نیروگاه های سیکل ترکیبی نیز بالاتر رفته و به حدود 90-80% می رسد.                                              افزایش قابل توجه راندمان در کشورهایی که انرژی (برق و سوخت) دارای قیمت واقعی می باشد بسیار قابل توجه است و انگیزه ای است بسیار قوی برای استقرار واحدهای DG در محل مصرف. اضافه کردن مبدل حرارتی به واحد مولد برق، قیمت مجموعه را بالا می برد امّا در عوض همراه با هر کیلووات انرژی الکتریکی تولیدی، حدود دو کیلووات انرژی حرارتی برای مصارف گرمایشی برداشت می شود و این خود هزینه سرمایه گذاری و نیز هزینه سوخت و نگهداری واحدهای سنتی تأسیسات حرارتی و تهویه مطبوع را کاهش می دهد. همچنین همراه با گازهای خروجی از میکروتوربین ها مقداری گرما و گاز co₂ نیز به محیط زیست آزاد می شود که می توان co₂ موجود را به طور مستقیم وارد گلخانه ها کرده و استفاده نمود.

1-3-4: پیک سائی

تولید برق در ساعات پیک مصرف توسط DG ها در کشورهایی که از سیاست چند نرخی در شبکه برق خود بهره مند هستند برای مصرف کنندگان مقرون به صرفه است. این مسئله باعث کاهش بار شبکه در ساعات اوج مصرف می شود، که علاوه بر صاحبانDG  ها برای مصرف کنندگان شبکه که از تولید پراکنده استفاده نمی کنند نیز مفید می باشد.

1-4: تولید پراکنده و مسائل زیست محیطی

طبق پیمان کیوتو کشورهای عضو اتحادیه اروپا ملزم به کاهش اساسی در تولید گازهای گلخانه ای (Green House Gasses) خود شده اند. در کشورهای انگلستان، اسکاتلند و ولز 45% از آلودگی های کربنی، ناشی از تولید توان الکتریکی است. بنابراین دولت در این کشورها تصمیم دارد که 20% از تولیدات برق خود را تا سال 2020 از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر تامین نماید، و به این ترتیب 60% از آلودگی های کربنی ناشی از تولید انرژی الکتریکی را تا سال 2050 کاهش دهد.

1-5: فن آوری های تولید پراکنده از منابع تجدیدپذیر

1-5-1: توربین های بادی

انرژی باد از فراوان ترین منابع تجدیدپذیر می باشد که استفاده از آن مقوله جدیدی نیست و سال ها قبل از کشف برق از آن برای به گردش آوردن آسیاب های بادی استفاده می گردید. امروزه با توجه به عدم آلایندگی محیط زیست توسط این منبع انرژی، از آن در تولید برق استفاده می شود. در این روش باد شبیه آسیاب بادی پره های توربین را می چرخاند و آن نیز به نوبه خود شفت ژنراتور را به گردش در می آورد.

1-5-2: فتوولتائیک(PV)

انرژی نور خورشید الکترون های سلول های فتوولتائیک را وادار به حرکت می کند. هر سلول، 2 تا 4 آمپر را با توجه به اندازه سلول با ولتاژ خروجی 0.5 ولت تامین می کند. البته محدودیت های فتوولتائیک بیشتر از سایر مولدهاست. توان خروجی نسبتاً پایین، قیمت بالای سلول های فتوولتائیک، مشخصات جغرافیایی و آب و هوایی خاص برای تولید توان از جمله ی این محدودیت ها می باشند. با این حال با توجه به پاکی انرژی تولیدی، تولید برق توسط فتوولتائیک مورد توجه است.

1-5-3: پیل سوختی(Fuel cell)

پیل سوختی وسیله ای است که برای تولید توان الکتریکی و تأمین انرژی حرارتی از طریق جریان های الکتروشیمیایی استفاده می شود. پیل سوختی را می توان به عنوان یک باطری تأمین کننده انرژی الکتریکی تصور کرد که تا زمانیکه سوخت آن تأمین شود می تواند انرژی الکتریکی تولید نماید. بر خلاف باطری ها، FC ها تا زمانیکه مواد سوختی آن ها به طور پیوسته تأمین شود نیازی به شارژ شدن در طول پروسه الکتروشیمیایی ندارند. ظرفیت پیل های سوختی از کیلووات تا مگاوات برای دستگاه های قابل حمل و ثابت تغییر می کند. پیل سوختی با سوخت های گازی و مایع قادر به تولید توان پاک و گرما برای کاربردهای متعدد می باشد. در  شکل (1-6) عملکرد یک پیل سوختی که دارای دو الکترود اکسید کننده - که به وسیله یک الکترولیت از هم جدا شده اند – می باشد،  نشان داده شده است. اکسیژن به عنوان یک اکسید کننده از طریق یک الکترود (کاتد) عبور می کند. هیدروژن به عنوان سوخت از طریق الکترود دیگر (آند) عبور می کند. تکنولوژی FC مبتنی بر یک پروسه الکتروشیمیایی است که در آن اکسیژن و هیدروژن بدون احتراق باهم ترکیب شده و برق تولید می کنند. البته برق تولیدی توسط پیل های سوختی نیز مانند فتوولتائیک dc می باشد و برای اتصال به شبکه باید به برق ac تبدیل شود.

1-6: ارزیابی اقتصادی فن آوری های تولید پراکنده

دوره بازگشت سرمایه برای انواع تکنولوژی های تولید پراکنده (اعم از تکنولوژی هایی که از منابع تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر استفاده می کنند)، که در شکل (1-7) ارائه شده است، نشان دهنده زمان و دوره ای است که سود خالص طرح، هزینه اولیه سرمایه گذاری را جبران می کند، یعنی سرمایه گذار، هزینه اولیه صرف شده برای تکنولوژی را از طریق سود حاصل از آن تکنولوژی به دست آورد. لازم به ذکر است که این فن آوری ها علاوه بر منافع اقتصادی تولید برق و حرارت ذکر شده، به واسطه عدم آلایندگی محیط زیست نسبت به نیروگاه های بزرگ برتری دارند.

1-7: ضرورت های رویکرد ایران

دلایل زیر کاربرد تولید پراکنده و تولید همزمان (Cogeneration) را در کشور ما برای مصارف معمولی و عمومی توجیه می کنند:

1)     کاربرد واحدهای کوچک توسط مصرف کنندگان، صنعت برق را عملاً به تدریج خصوصی می کند و این خصوصی سازی از اهداف دولت و وزارت نیرو می باشد و از سرمایه گذاری ملی در زمینه تولید انرژی برق می کاهد.

2)     نصب تولید پراکنده در پایدار نگه داشتن ولتاژ، اصلاح توان راکتیو، تزریق توان اکتیو و حفظ فرکانس و نهایتاً بهبود کیفیت برق شبکه تأثیر مثبت دارد.

3)     آزاد سازی تجهیزات فراوانی که به دلیل مصرف پیک شبکه الزاماً اضافه نصب شده اند و بعضاً چندین برابر مصرف اوقات عادی شبکه برای آن ها سرمایه گذاری شده است.

4)     نصب تولید پراکنده در محل های مصرف، جابجایی انرژی الکتریکی را در کل شبکه متناسب با قدرت نصب شده کاهش می دهد و در نتیجه تعویض هادی ها، کابل ها و سایر تجهیزات خصوصاً در شبکه توزیع کاهش می یابد.

5)     با توجه به نیاز بیست سال آینده کشور به بیش از 70 هزار مگاوات مصرف پیک و در نظر گرفتن ضریب ذخیره تولید، بر مبنای گزارش مقدماتی صنعت برق ایران، در سال 1400 برای نود هزار مگاوات انرژی قابل تولید در نیروگاه ها، میزان سرمایه گذاری بالای 20 میلیارد دلار خواهد بود. هر قدر بتوان این سرمایه گذاری را از طریق واحدهای DG توسط مصرف کنندگان تأمین کرد، می توان از خروج ارز ناشی از فروش سرمایه های ملی ممانعت نمود. 

1-8 : نتیجه گیری

در این مقاله به تعریف های انجام شده از تولید پراکنده اشاره شد. سپس به مزایای استفاده از آن در سیستم های توزیع اشاره شده و چندین نوع از مولدهای تولید پراکنده که از منابع تجدیدپذیر، انرژی خود را تأمین می کنند معرفی گردید. ارزیابی اقتصادی این مولدها ضرورت رویکرد کشورمان را به این نوع مولدها نشان می دهد. بخصوص با وجود روستاهایی که از شهر دور هستند و سیستم انتقال انرژی به آن ها از نوع فوق توزیع بوده که دارای تلفات بالایی است. با مولدهای کوچک در روستاها از یک طرف تلفات در شبکه را می توان کاهش داد و از طرف دیگر تولید انرژی برق را در کشور افزایش داد.