تولید پراکنده /1

جمعه 17 دی 1395 بازدید: 424 کد خبر: 12614 [نسخه چاپی]



 
دانشکده مهندسی برق وکامپیوتر
عنوان موضوع
تولید پراکنده
Distributed  Generation
گردآوری : محمد شیرزاد 
934120041
زمستان 1394
Emails : m.sheerzad@stu.nit.ac.ir
Tel : 09113135881

 

 

 


 


بخش اول : مقدمه و تعاریف
1- 1- مقدمه : معمولا از تولید پراکنده در مقابل تولید متمرکز یا نیروگاهی نام برده می شود:
*تعریف توليد متمرکز: عبارت است از توليد برق در محلی دور از  مصرف که از طریق خطوط انتقال به  نزديكي آن منتقل گشته و توزیع می گردد كه ظرفيت آنها معمولاً در حدود  1000 مگاوات ميباشد .
 
شکل 1-1 :تولید متمرکز
 تعاريف منابع توليد پراكنده
منابع توليد پراكنده در مراجع، گزارشها، نشريات و مقالات مختلف با اصطلاحهایگوناگونی معرفی شده است، كه از جمله آن میتوان به اين موارد اشاره كرد.]1[
تولید پراکنده
تولید نامتمرکز
Distributed Generation (DG)
Dispersed Generation
Embedded Generation
Distributed Resources (DR)
Distributed Utility
Distributed Energy resources (DER)
تعاریفی که براي تولید پراکنده ارائه شده است تا حدودي متفاوت است. تولید پراکنده را باید پدید هاي نو در صنعت برق دانست. به همین دلیل تاکنون تعریف جامعی که بتواند تکنولوژي تولید پراکنده را توصیف کند، بیان نشده.
در زير به ذكر چند نمونه از تعريف هايي كه در زمينه DG ارائه گرديده است مي پردازيم.
1-2-1-کنفرانس بین المللی سیستم های برق فشار قوی(CIGRE)
تولیدات پراکنده:
 به صورت متمرکز برنامه ریزی نشده اند.
 معمولا به شبکه توزیع متصل هستند و در دیسپاچینگ سراسری قرار نمي¬گيرند.
 تولیدی کمتر از 50 یا  100 مگاوات دارند]2[.

1-2-2-موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE)
از نظر IEEE تولیدات پراکنده منابع تولید برقی هستند که به طور مستقیم به سیستم انتقال سراسری متصل نیستند و شامل ژنراتور و تکنولوژی¬های ذخیره انرژی می باشند ]3[.
1-2-3-آژانس بین المللی انرژی (IEA)
تولیدات پراکنده نیروگاه¬هایی هستند که مشتری را در محل مصرف تغذیه می کنند و یا به عنوان پشتیبانی برای شبکه سراسری در سطوح توزیع می باشند. از دید این موسسه ،تکنولوژی تولید پراکنده شامل موتورهای کوچک ، پیل سوختی و فوتوولتائیک می شود و همچنین توربین¬های بادی را در بر نمی¬گیرد ، از آنجایی که بخش عظیمی از برق تولید توربین های بادی در مزارع بادی تولید می¬شوند و در محل مصرف به وجود نمي¬آيد]4[.
1-2-4-موسسه تحقیقات برق (EPRI)
این موسسه اعتقاد دارد که تولیدات پراکنده نیروگاههای کوچکی هستند که از چند کیلو وات تا حدود 50 مگاوات می¬باشند و در محل مصرف قرار مي¬گيرند]5[.
1-2-5-ائتلاف تولیدات پراکنده امریکا (DPCA)
تولید پراکنده به هر تکنولوژی در مقیاس کوچکی که برق را در نزدیکی محل مصرف مشتری درقیاس با نیروگاههای بزرگ تولید کند، اطلاق می شود. واحد تولید پراکنده می¬تواند مستقیما به مصرف کننده یا سیستم انتقال یا توزیع متصل شود ]6[.
1-2-6-کمسیون انرژی کالیفرنیا (CEC)
منابع تولید پراکنده تکنولوژی¬های تولید برق در مقیاس کوچکی هستند ( 3 تا 1000 کیلو وات) که در نزدیکی محلی که می¬خواهند مصرف شوند، قرار دارند.(به عنوان مثال خانه یا مصارف تجاری و ...). این تکنولوژی ها معمولا به عنوان سیستم جایگزین یا به عنوان یک پشتیبان برای شبکه برق رسانی سنتی مورد استفاده قرار مي¬گيرند]5[.
1-2-7- انجمن گاز امریکا (AGA)
طبق تعریف این موسسه تولید پراکنده به تولیداتی بین 5 تا 25 مگاوات اطلاق می¬شود که درنزدیکی محل مصرف قرار مي¬گيرند]5[ و]7[.
1-2-8-دیپارتمان انرژی ایالات متحده امریکا(US.DOE)
تولید پراکنده در نزدیکی محل مصرف قرار می¬گیرد و تاسیسات برقی را قادر می¬سازد تا هزینه ها را در بهبود سیستم¬های توزیع و انتقال کاهش دهند و انرژی با قابلیت اطمینان بالاتر و پاکیزه تری را به مشتریان ارائه دهند]5[.
 تعریف دیگر DOEاز تولیدات پراکنده گویای این مطلب است که این تولیدات طیف وسیعی از تکنولوژی¬ها را شامل می شود و از نظر اندازه و ظرفیت بین چند کیلو وات تا 50 مگاوات هستند و می¬توانند در محل مصرف یا نزدیکی محل مصرف قرارگيرند ]8[.
1-2-9-تعریف نگارنده :
توليد پراكنده طبق تعريف عبارت است از توليد برق در محل مصرف يا در نزديكي آن با استفاده از سيستمهاي توليد برق نسبتاً كوچك كه ظرفيت آنها معمولاً كمتر از 300 مگاوات ميباشد و به شبكه توزيع متصل ميشوند.

 
شکل 1-2 :  تولید پراکنده
1-3- تعاریف تولید پراکنده در کشورهای مختلف:
 ایران : مطابق با مصوبه جلسه 95 هيات تنظيم بازار برق كشور: مقرر گرديد نيروگاههايي كه از نظر فني قابليت اتصال به شبكه توزيع محل اتصال را دارا هستند و ظرفيت عملي توليد آنها از 25 مگاوات بيشتر نيست، به عنوان نيروگاه مقياس كوچك تلقي گردند.
در جدول زیر تعاریفی از تولید پراکنده در برخی از کشورها ارایه شده است:
 
جدول 1-1 –تعریف کشورهاي مختلف از تولید پراکنده
1-4- مقیاس بندی منابع تولید پراکنده: 
طبق مرجع[1] منابع تولید پراکنده به 4 دسته : مقیاس میکرو ، کوچک ، متوسط و بزرگ تقسیم می شود
 
 
جدول 1-2 : مقیاس بندی منابع تولید پراکنده
1-5-پیشینه ی تاریخی :
ایده تولید پراکنده ایده ای قدیمی و مربوط به اواخر قرن 19 میلادی است ،در واقع هنگامي كه اديسون براي تأمين برق مورد نياز شهروندان نيويورک ايستگاه توليد برق پیرل استریت را راه اندازي كرد، اساساً استراتژي را مطرح كرد كه ما امروزه آن را تولید پراکنده می نامیم.
در ابتدای تولید الکتریسیته و آغاز مصرف انرژی الکتریکی منابع کوچک و پراکنده برای تولید انرژی الکترکی به کار گرفته شدند. اما استفاده از مولد های کوچک برای تولید  برق  بعد از ایجاد نیروگاه های  بزرگ رنگ باخت.
 
     
شکل 3.1 :  نیروگاه dc  ادیسون 1880 (Eyewitness to dc history” Lobenstein, R.W.   Sulzberger, C.)
 در دهه 1970 مباحثی از قبیل بحران نفتی و مسایل زیست محیطی مشکلات جدیدی را برای صنعت برق مطرح نمودند که این مسایل کشورهای توسعه یافته را در دهه 1980 به سمت استفاده از توليدات پراکنده سوق داد.
 در سال 1994 ناران و رايو روشی را ارائه دادند که اين روش در جهت کاهش تلفات توان اکتیو و راکتيو مبتنی بر بکارگیری DG بود.
 به دنبال مطالعات صورت گرفته در سال 2000، هاتنگ و لور تئوری جديدی را ارئه دادند.
  در همين سال ، گريفين و ساويک ، تحقيقات صورت گرفته را تکمیل کردند.

منابع :
 Ackerman,G.Andersson,L.Soder,"Distributed Generation:a definition",Elsevier,electric power system research,2001,pp 195-204
 CIGRE,Impact of increasing contribution of dispered generation on the power system ;CIGRE study Committee no37, Final report,Sep,1998.
  IEEE P1547/D08. Draft Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems.
 Distributed generation in liberalized electricity market, IEA Publications, 2002.
 Thomas Ackermann,Goran Andersson, Lennart Soder ‘‘Distributed generation : a difinition’’,Electric power system Research 57(2001)195-204.
 Distributed Power Coalition of America. “What is Distributed Power?”. http://www.distributed generation.com/dpca/what.html.
 American Gas Association. “What is Distributed Generation?”. Full article at http://www.aga.org/Content/ContentGroups/Newsroom/Issue_Focus/Distributed_Generation.html.
 U.S. Department of Energy. Energy Eficiency and Renawable Energy. “Power. DistributedGeneration”at: http://www.eere.energy.gov/

 

بخش دوم : دسته بندی تولیدات پراکنده
مقدمه : دراين فصل، ابتدا تكنولوژي¬هاي توليد پراكنده دسته¬ بندي شده و سپس انواع آن مورد بررسي قرار گرفتند، كه از آنها مي¬توان پيل¬هاي سوختي، سيستم ¬هاي فوتو ولتائيك ، بيوماس، توربين¬هاي بادي و . . . را نام برد. در ادامه به نقش انرژي¬هاي نو و انرژي¬هاي تجديد پذير در تامين انرژي كنوني جهان و ايران اشاره شد.
تكنولوژي هاي توليد پراكنده را در دو دسته مختلف مي¬توان مورد بررسي و مطالعه قرار داد.
2-1- تقسيم بندي دسته اول
در اين دسته توليدات پراكنده با در نظر گرفتن تكنولوژي ساخت و جنبه¬هاي اقتصادي به سه بخش اصلي تقسيم مي شوند:
2-1-1-توليدات پراكنده سنتي
این بخش از تولیدات پراکنده همان توليدات پراكنده سنتي هستند که مدت زيادي رايج بوده و هنوز هم مورد استفاده قرار مي¬گيرند و شامل توربينهاي بخار صنعتي، موتورهاي رفت و¬ برگشتي ، و توربينهاي گازي كوچك ، ديزل و . . . مي¬شوند.
2-1-2-توليدات پراكنده موجود
اين بخش از توليدات پراكنده همان توليدات پراكنده موجود يا به عبارتي تجاري شده هستند كه معمولا با عنوان انرژي هاي نو دسته بندي مي شوند و شامل سيستمهاي خورشيدي حرارتي ، توربين¬هاي آبي كوچك ، توربين¬هاي بادي، بيو ماس و زمين گرمائي مي باشند.
2-1-3-توليدات پراكنده آينده
اين بخش كه دورنماي آن بسيار روشن است ،شامل سيستمهاي فتوولتائيك ، پيل¬هاي سوختي ، موتور¬هاي استرلينك ، انرژي جزرو مد و انرژي امواج و. . . مي¬باشد.
دسته بندي¬هاي فوق از لحاظ تكنولوژيكي اينگونه انجام شده اند كه، توليدات پراكنده دسته اول كاملا شناخته شده هستند اما مطالعه و بررسي براي بهبود كارايي و بازده در دسته هاي بعدي همچنان در حال انجام¬ شدن مي¬باشد.
2-2-تقسيم بندي دسته دوم
 در اين تقسيم بندي توليدات پراكنده را از لحاظ نوع انرژي و قابليت بازگشت مجدد به چرخه طبيعت مي¬توان در دو دسته مختلف مورد بررسي قرار داد :
2-2-1-توليدات پراكنده تجديدپذير
از توليدات پراكنده تجديد پذيرمي¬توان سلولهاي خورشيدي و توربينهاي بادي و بیوماس و. . . را نام برد، به این دسته از انرژی¬ها ، انرژی¬های نو نیز اطلاق می شود.
2-2-2-توليدات پراكنده تجديد ناپذير
ازتوليدات پراكنده تجديد ناپذير مي¬توان ميكروتوربينها، توربينهاي گازي و احتراقي و ... را نام برد .
2-3-انواع تکنولوژی تولیدات پراکنده
 
جدول 2-1 :دسته بندی تکنولوژی منابع تولید پراکنده
2-3-1-موتور های احتراق داخلی 
موتورهای احتراق داخلی شامل 3 دسته عمده پیستونی ، توربین گازی و میکروتوربین ها می شوند.
 
جدول 2-2 :دسته بندی تکنولوژی احتراق داخلی
2-3-1-1-موتورهاي رفت و برگشتي
موتورهاي رفت¬و¬ برگشتي قدمتي بسيار طولاني دارند و جز اولين مدل-هايي هستند كه از سوخت هاي فسيلي تغذيه مي¬شوند. در طي اين مدت موتور¬هاي رفت و برگشتي در رنج هاي مختلف توان (از چند وات تا چند صد وات) ساخته شده اند و در تمامي اين رنج ها عملكردي قابل قبول و همچنين اقتصادي  داشته اندو موتورهاي رفت¬و برگشتي با توجه به نوع عملکرد خود (چهار زمانه يا دو زمانه )، نوع سوخت مصرفی (گازوئیل يا بنزین )، سیستم خنک کاری(هوا یا آب)، حجم سیلندر و . . . به انواع مختلفی تقسیم می¬گردند.
اساس کار موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی ، منفجر شدن مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر آنها و انتقال نیروی حاصله به میل¬لنگ و استفاده¬های گوناگون از آن نیرو می باشد. از نظر نحوه عمل برای سوزاندن مخلوط سوخت و هوا ، موتورها به دو دسته دو¬زمانه و چهار-زمانه تقسیم می شوند.
در موتورهای چهار¬زمانه، چهار مرحله مکش، تراکم، احتراق و تخلیه دود به ترتیب و با گردش دو دور میل لنگ و دوبار رفت و برگشت پیستون صورت گرفته ولی در موتورهای دوزمانه مراحل فوق تنها با یک دور گردش میل لنگ و یک رفت و برگشت پیستون صورت می¬گیرید.

 
شکل 2-1 : تکنولوژی موتورهای رفت و برگشتی

 
شکل 2-2 : نحوه عملکرد موتورهای رفت و برگشتی
2-3-1-2-توربین احتراقی گازی
 طبق رابطه حاکم بر توربین ها ی چرخشی ، با افزایش گشتاور یا سرعت می توان توان استحصالی از آنها را  افزایش داد که روش افزایش توان از طریق افزایش گشتاور مبنای عملکرد توربین های گازی و  روش افزایش سرعت مبنای عملکرد میکروتوربین هاست.
شکل 2-3
 
 
شکل 2-4 :نحوه عملکرد توربین گازی
ویژگی ها :
 اندازه :       0.5 – 30 + MW
  راندمان :           (20-45%)
  سوخت :  گاز طبیعی  ، بیو گاز ، پروپان 
  زمان راه اندازی :  2- 1 10دقیقه

 

 

2-3-1-3-میکروتوربین ها
 
شکل 2-5 :نحوه عملکرد توربین گازی
ویژگی ها :
 اندازه :       25 – 500 kW
  راندمان :    بهبود نیافته (15%)
                    بهبود یافته (20 – 30%)  
                    با بازیابی حرارتی (up to 85%)
  سوخت :    گاز طبیعی  ، هیدروژن ،
                     بیو گاز ، پروپان ، گازوییل
  سرعت چرخش:  90-120 krpm
2-3-2-موتور های احتراق خارجی 
 
جدول 2-3 :دسته بندی تکنولوژی احتراق خارجی
2-3-2-1-موتور های استرلینگ 
موتور استرلينگ اولين بار در 27 سپتامبر در سال 1816 توسط رابرت استرلينگ در اسكاتلند (چنسري، ادينبرگ) اختراع شد كه امنتر و اقتصاديتر از موتورهاي بخار آن روزگار بنظر ميرسيد (از نظر انفجار). اولين نمونه قابل توجه در سال 1850 توسط پروفسور Mc Quorne Rankine ارايه شد و تقريباٌ 100 سال بعد به عنوان موتور استرلينگ به انواع موتورهاي گازي با چرخه بسته اطلاق شد. در واقع موتور استرلینگ نوعی موتور گرمایی است که تفاوت زیادی با موتور احتراق داخلی خودرو دارد. این موتور در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد و این قابلیت را دارد که از موتور گازوئیلی یا دیزلی ، دارای بازده بیشتری باشد.
انواع مختلف موتور استرلينگ با نامهاي آلفا، بتا و گاما شناخته مي شوند. همه آنها به لحاظ سيكل ترموديناميكي مشابه اند ولي تفاوتهاي اساسي در نوع مكانيزمهاي مكانيكي دارند. موتور استرلينگ مدل آلفا دو پيستون در دو سيلندر جداگانه دارد. گرم كن در يك سيلندر و خنك كن در سيلندر ديگر تعبيه شده است. گاز عامل حركت رفت و برگشت خود را از گرم كن آغاز و بوسيله بازياب وارد خنك كن مي شود. در موتور استرلينگ نوع بتا دو عدد پيستون به نامهاي پيستون جابجايي و پيستون توان در داخل يك سيلندر قرار گرفت هاند. پيستون جابجايي سيال عامل را ميان فضاي گرم و فضاي سرد از ميان گرم كن، بازياب و خنك كن جابجا مي كند و باعث حركت پيستون توان مي شود شكل  2-7 موتور استرلينگ نوع گاما تركيبي از نوع آلفا و بتا است. به لحاظ تئوريك، راندمان موتور استرلينگ برابر با راندمان سيكل كارنو است. حرارت انتقال داده شده از گاز عامل به بازياب طي فرايند 4 به 1 در طي فرايند 2 به 3 دوباره توسط گاز عامل جذب مي شود. يك منبع براي دفع حرارت و يك منبع براي توليد حرارت خارجي نياز است . تا در طي فرايندهاي 1 به 2 و 3 به 4 مورد استفاده قرار گيرد (شكل2-6) .
 
شکل 2-6 :  اجزا موتور استرلينگ و نحوه عملكرد سيكل آنها
 
شکل 2-7 :  اجزا موتور استرلينگ بتا

- گازهای مورد استفاده در موتور استرلینگ هرگز از موتور خارج نمی شوند و هیچ گونه انفجاری صورت نمی گیرد  لذا موتورهای استرلینگ نسبتاً  بی صدا  هستند.
-  سیکل استرلینگ از منبع گرمایی خارجی استفاده می کند. که این منبع از گازوئیل گرفته  تا انرژی خورشیدی و یا زیست توده می تواند باشد. هیچ گونه احتراقی درون سیلندر موتور اتفاق نمی افتد.
سیکل استرلینگ
*نکته اصلی در موتور استرلینگ این است که مقدار ثابتی گاز درون محفظه موتور وجود دارد. سیکل استرلینگ شامل یک سری اتفاقاتی است که فشار گاز درون موتور را به کار تبدیل می کند.
خصوصیت گازها  در عملکرد موتور های استرلینگ :
   اگر به مقدار ثابتی از گازی ، درون محفظه ای با حجم ثابت گرما دهیم فشار آن افزایش پیدا می کند.
 اگر مقدار ثابتی از گازی را متراکم کنیم (کاهش حجم فضای محتوی گاز) دمای آن بالا می رود.
نحوه عملکرد : مدل ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع گرم خارجی ، گرم می شود (مثل آتش) و دیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ). محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، و پیستون ها به طور مکانیکی به یکدیگر متصل اند.
   
شکل 2-8 :موتور استرلینگ نمونه  مدل آلفا
بررسی سیکل استرلینگ
1- گرمایش : گاز از سیلندر سرد به داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و گرم می شود، این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد.
 
شکل 2-81- :موتور استرلینگ نمونه  مدل آلفا
2- انبساط : هر دو پیستون پایین می آیند ، حجم کلی گاز افزایش می یابد.
 
شکل 2-82- :موتور استرلینگ نمونه  مدل آلفا
3- سرمایش : گاز از سیلندر گرم به داخل سیلندر سرد منتقل می شود و سرد می شود.
 
شکل 2-83- :موتور استرلینگ نمونه  مدل آلفا
4-تراکم : هر دو پیستون بالامی آیند ، حجم کلی گاز کاهش می یابد.
 
شکل 2-8-4 :موتور استرلینگ نمونه  مدل آلفا

2-3-3- ذخیره سازهای انرژی
انواع ذخیره سازها :              مکانیکی ، شیمیایی ، الکترومکانیکی ، الکتریکی ، گرمایی  .
 
جدول 2-3 :دسته بندی تکنولوژی ذخیره سازها
2-3-4- منابع تجدید شونده :
2-3-4-1-سيستم هاي فوتوولتائيك
ادموند بكورال دانشمند فرانسوي در سال 1839 كشف كرد که بعضی مواد مشخص هنگام قرارگيري در معرض تابش نورخورشید ، جريانهاي الكتريكي كوچكي توليد مي كنند. این دانشمند توانست در    تلاش¬های اولیه خود برروی این مواد و تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی به بازده 1 تا 2 درصد برسد. در سال 1954 آزمايشگاه¬هاي بل از اين مواد فتوولتائيك سيكلوني استفاده كرد و راندمان تبديل انرژي به الكتريسيته را به 4 درصد رساند.
یک سیستم فوتوولتائیک از سه بخش عمده تشکیل شده است که آنها را می توان به صورت زیر بیان نمود:
*پانل یا تابلو های خورشیدی
وظیفه این قسمت تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی می باشد. لازم به ذکراست كه برق خروجی این قسمت DC   است.
**بخش کنترل
این بخش وظیفه کنترل اجزا و تامین توان مورد نیاز مصرف کننده بر طبق طراحی مورد نظر را بر عهده دارد . با توجه به اینکه برق خروجی پانل های خورشیدی DC است در این بخش با کمک المان های الکترونیک قدرت امکان تامین برق AC مهیا خواهد شد.
***مصرف کننده ها یا بارهای الکتریکی
این قسمت بخش آخر سیستم های فوتو ولتائیک می باشد . این مصرف کننده ها می توانند AC   و یا DC باشند که بسته به نوعشان تغذیه می شوند . این مدیریت را بخش دوم یا همان بخش کنترل به عهده دارد‏[10].
شکل زیر یک سیستم فوتو ولتائیک را نشان می¬دهد :
 
شکل Error! No text of specified style in document.2 9: ساختار كلي يك سيستم فوتو ولتائيك   

2-3-4-2-توربين هاي بادي
انرژی بادي يكي از پراستفاده ترین منابع تجدید¬پذیر می¬باشد كه از سال¬ها پيش براي مهار باد و استفاده مكانيكي از آن مثل پمپ كردن آب و چرخاندن آسیاب هاي بادي مورد استفاده قرار مي¬گرفت. امروزه با توجه به پاکی این انرژی و عدم ایجاد آسیب¬های زیست محیطی ،از آن برای تولید برق استفاده می¬شود و این تکنولوژی روزبه¬روز درحال پیشرفت و شکوفایی بیشتر مي¬باشد.
استفاده از انرژي بادي در امريكا به عنوان يك اصل مهم در طي دهه 1970كه اين كشور با بحران انرژي روبرو شده بود ، قرارگرفت. در اين راستا عملي¬ترين و اقتصادي¬ترين انتخاب براي توليد برق استفاده بهينه از توربين هاي بادي بود . امروزه بيشتر دولت¬ها به اين تكنولوژي به عنوان يكي از عناصر توليد برق كه حافظ محيط زيست مي¬باشد تمركز كرده¬اند ]8[ و ]9[ .
توربين هاي بادي بدون نياز به هزينه¬هاي سرمايه گذاري اضافي در زير¬ساخت¬ها مانند هزينه¬هاي خطوط انتقال طولاني، مي-توانند براي برق رساني در نقاط دور دست هم مورد استفاده قرار گيرد. اين   توربين¬ها توسط بسياري از كارخانجات بزرگ ساخته مي شوند و روز بروز در حال پيشرفت در زمينه¬هاي اقتصادي و همچنين افزايش بازدهي مي باشند.
 
شکل 2-10 : مزرعه توربین بادی
 نحوه اصول كار توربین های بادی
اين توريبن¬ها متشكل از روتور ، ژنراتور، ابزار كوپلينگ(شفت) و پره¬هاي توربين مي¬باشند.
 
شکل 2-11 : توربین بادی
با وزش باد پره¬ها به حركت در مي¬آيند و اين حركت منجر به چرخش روتور خواهد شد. چون روتور به شفت مركزي متصل است با چرخيدن روتور ژنراتور هم مي¬چرخد و برق توليد مي شود. در نهايت خروجي ژنراتر توسط اينورتر ازAC  بهDC  تبديل خواهد شد كه بتواند در شبكه سراسري نيرو يا مصارف صنعتي و خانگي مورد استفاده قرارگيرد.
2-3-4-3-توربين هاي آبی کوچک 
نیروگاه های آبی که در مقیاس های کوچک میکرو و مینی می توانند پاسخگوی بارهای کوچکتر و محلی باشند.
Micro Hydroelectric       5 kw < P <  100 kw
Mini Hydroelectric        100 kw < P < 10 Mw
 
شکل 2-12 :نیروگاه برق آبی کوچک
2-3-4-4-بيو ماس یا زیست توده
اگر مواد بیوماس سوزانده شوند انرژی ذخیره شده در آنها به صورت گرما آزاد خواهد شد به عنوان مثال چوبی که داخل شومینه سوزانده می¬شود یک سوخت زیست توده است. از سوزاندن ضایعات چوبی و جنگلی می¬توان به عنوان بخار برای تولید برق یا گرما برای مصارف خانگی یا صنعتی استفاده کرد.
زیست توده مواد آلی هستند که از حیوانات و گیاهان بدست می¬آیند . بیوماس انرژی ذخیره شده در خورشید را شامل می¬شود. گیاهان انرژی خورشید را در خود ذخیره می¬کنند که این پروسه فوتوسنتز نامیده می شود. وقتی انسان ها و حیوانات از این گیاهان تغذیه می¬کنند ، انرژی شیمیایی ذخیره شده در گیاهان را جذب می¬کنند. بیوماس یا زیست توده یک منبع تجدیدپذیر انرژی است چرا که همیشه می¬توان درختان و محصولات کشاورزی بیشتری پرورش داد و همچنین زباله و بازمانده های کشاورزی ، جانوری و . . .  نیز همواره به وجود می آیند .
.  شکل زیر محل دفن زباله مدرن را نشان می دهد.
 
شکل 2-13 : محل دفن زباله مدرن
2-3-5-پیل سوختی
نگرانی¬های زیست محیطی جهانی و افزایش نیاز به استفاده از انرژی ، باعث ایجاد فرصت¬های جدیدی برای استفاده عمومی از منابع تجدید¬پذیر شده است. در این میان استفاده از پیل سوختی برای مقاصد تولید پراکنده ، تولید محلی جدا از شبکه ، وسائل نقلیه،  برق اضطراری و تجهیزات فضایی مورد توجه است.  اختراع اولین گونه پیل سوختی در سال 1839 گویای این مطلب می¬¬باشد که این شیوه تولید برق فکر و ایده جدیدی نیست. در اين مدل از اكسيژن وهيدروژن بر روي الكترودهاي پلاتين با اسيد سولفوريك كه به عنوان الكتروليت براي توليد برق به كار مي رود استفاده شده بود. در حالت كلي پيل¬هاي سوختي مبدل¬هايي هستند كه انرژي شيميايي را به انرژي الكتريكي و مقداري گرما بدون هيچ واسط حرارتي تبديل مي كنند و وعده توليد برق با بازده بالا و اثرات محيطي پايين را به مصرف¬كنندگان خواهند دادError! Reference source not found..
 
شکل 2-14 :پیل سوختی نمونه
پیل های سوختی دارای مزایای زیر می باشند:
 بازدهی بالا (40 تا 60 درصد)
 عدم آلودگی محیط زیست
 ساختار انعطاف پذیر بر حسب توان مورد نیاز
 قابل حمل بودن
 نسبت به توانی که تولید می¬کنند جای کمی را اشغال می کنند
 قابلیت ترکیب شدن با سیستم های دیگر
 تولید انرژی با استفاده از گرمای خروجی
 آلودگی صوتی بسیار پایین
مشکلات و موانعی که بر سر راه گسترش این تکنولوژی دارند.عبارتند از]3[
پیچیدگی¬های طراحی و ساخت
حساسیت بالا نسبت به ناخالصی سوخت مورد استفاده
نیاز به نیرو متخصص و کارآمد برای تعمیر و نگه داری
پيل¬هاي سوختي انواع مختلفي دارند و معروف ترين دسته بندي اين مبدل¬ها بر اساس  نوع الكتروليت¬هايي است كه در پيل¬ها مورد استفاده قرار مي¬گيرد. براين اساس پيل¬هاي سوختي به 4 دسته زبر تقسيم مي¬شوند]4:[
 پيل هاي سوختي قليايي(AFC)
 پيل هاي سوختي اسيد فسفوريك (PAFC)
 پيل هاي سوختي كربنات مذاب(MCFC)
 پيل هاي سوختي اكسيد جامد (SOFC)
2-4- سيستمهاي تركيبي
می توان ترکیبی از تکنولوژی ها را بکار برد
 سيستمهاي تركيبي پیل سوختي و ميكروتوربين
 سيستمهاي تركيبي پیل سوختي و فتوولتاییک
 
شکل2-16 : سيستمهاي تركيبي پیل سوختي و فتوولتاییک
2-5-تولید همزمان برق و حرارت (Combined Heat & Power = CHP)
معمولاً برق مورد نیاز واحدهاي صنعتی، ساختمان هاي تجاري و ساختمان هاي مسکونی از نیروگاه هاي عمده کشور تأمین می شود. در حالیکه نیاز حرارتی تمام آنها در همان محل تولید می گردد. اما روش دیگري که از دیرباز وجود داشته و امروزه توجه بیشتري را معطوف خود کرده، تولید مشترك برق و حرارت است.
تعریف:  عبارتست از تولید همزمان برق، یا توان محوري و حرارت مفید توسط یک سیستم .
  CHPیکی از مهمترين كاربردهاي توليد پراكنده است.
 تجهیزات اصلی این سیستم ها عبارتند از:
 1-   محرك هاي اولیه
 2-  تجهیزات الکتریکی
 3-  دستگاه هاي بازیابی حرارت و چیلرهاي جذبی
 
2-15 : تولید همزمان برق و حرارت (CHP ) در یک  موتور احتراق داخلی
مزایای (CHP )
 افزایش بازده انرژي
 کاهش هزینه هاي تأمین انرژي اولیه براي مصرف کننده
 تأمین انرژي الکتریسیته با کیفیت بسیار بالاتر
 امكان فروش برق توليد شده اضافي به شبكه
 
شکل2-16: مقايسه بازده انرژي در سيستم های متداول با يك سيستم CHP به ازاي توليد برابر برق و گرما
کاربرد های (CHP )
   
جدول2-4: کاربردهای متنوع سيستم CHP
 
جدول2-5: مقایسه انواع تکنولوژی تولید پراکنده(Source: DNV GL, 2014)

مراجع
 گروه مؤلفين سازمان انرژيهاي نو (سانا)، گزارش سازمان انرژيهاي نو ، WWW.SUNA.ORG.IR
 IEEE P1547/D08. Draft Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems.
 Distributed generation in liberalized electricity market, IEA Publications, 2002.
 Thomas Ackermann,Goran Andersson, Lennart Soder ‘‘Distributed generation : a difinition’’,Electric power system Research 57(2001)195-204.
 Distributed Power Coalition of America. “What is Distributed Power?”. http://www.distributed generation.com/dpca/what.html.
 American Gas Association. “What is Distributed Generation?”. Full article at http://www.aga.org/Content/ContentGroups/Newsroom/Issue_Focus/Distributed_Generation.html.
 U.S. Department of Energy. Energy Eficiency and Renawable Energy. “Power. DistributedGeneration”at: http://www.eere.energy.gov/
 G.Pepermans, J.Driesen, D.Haeseldonckx, R.Belmans, W.D’haeseleer. “Distributed generation :definition,benefits and issues”ELSEVIER EnergyPolicy33(2005)787–798
 Mukhopadhyay,s. “Distributed generation- Basic policy,perspective planning,and achievement so far in india” power & Energy Society general Meeting ,2009 .PES’09 .IEEE,26-30.july 2009.
 جزوه بررسی فنی نیروگاه chp سازمان GENCO
 وزارت نيرو دفتر بهبود بهره وري و اقتصاد برق و انرژي " راهنماي جامع توليد همزمان برق و حرارت"
 نشرية پژوهشي مهندسي مكانيك ايران سال سيزدهم، شماره دوم، زمستان 1390" حل عددي موتور استرلينگ نوع بتا با اعمال بازياب حرارتي براي افزايش راندمان و توان خروجي" مسعود ضياء بشرحق و مصطفي محمودي .
[13]  A Review of Distributed Energy Resources New York Independent System Operator
Prepared by DNV GL , 2014 .
[14] www.ease-storage.eu
[15] The Fuel Cell Today,Industry Review 2011. Online at :http://www.fuelcelltoday.com/
[16] "توليد پراكنده :تعريف، اهداف، امكانات و محدوديت “محمود رضا حقي فام بيست و هشتمين گردهمايي كميته ملي انرژي جمهوري اسلامي ايرا ن تهران- آذر ماه 1388

 

 

 

 

 

 

 

بخش سوم : مطالعات اقتصادی و پتانسل موجود
3-1- در ادامه پتانسیل های موجود در جهان و ایران در جداول و نمودارها ارایه شده است:
ظرفیت های تولید برق جدید

 

 

 

 

 

 

 روند رو به رشد سهم نیروگاه های پراکنده در ظرفیت های افزوده شده سال های اخیر مشهود است . 

 
جدول 2

 

 
جدول 3 : سهم تولید برق در اتحادیه  اروپا
 
نمودار 1 : ظرفیت های تولید DG از انرژی های نو

 
نمودار 2 : ظرفیت های تولید  DG در   Micro Grids(2014)
 
جدول 4: رده بندی کشورها از نظر بگارگیری فناوری CHP
 
نمودار 3 :كاربرد انرژي هاي تجديد پذير در ايران بعنوان منابع تولید پراکنده
3-2- بررسي اقتصادي توليد پراكنده :

در ادامه به بررسی منابع اقتصادی موجود در جهان و ایران در جداول و نمودارها ارایه شده است:
هزینه هاي بهره برداری + هزینه هاي طرح و احداث=  هزینه هاي کل
هزینه هاي تعمیرو نگهداري + هزینه هاي سوخت=  هزینه هاي بهره برداري
 هزینه هاي سوخت تابعی از راندمانDG  و همچنين قیمت سوخت می باشد.
"هزینه هاي سوخت" /راندمان =  اثر سوخت بر هزینه تولید برق
 میزان صرفه جویی کل سالیانه مشترك هم از کم کردن هزینه هاي بهره برداري از صرفه جویی سالیانه در خرید انرژي الکتریکی بدست می آید. پروژه هاي این چنینی را معمولاً با محاسبه دوره بازگشت سرمایه اولیه ارزیابی می کنند.
 دوره بازگشت سرمایه :(ROR)زمان و دوره ای است که سود خالص طرح، هزینه اولیه سرمایه گذاری را جبران کند، یعنی سرمایه گذار، هزینه اوليه صرف شده برای تکنولوژی را از طریق سود استفاده از آن تکنولوژی بدست آورد.
 
جدول 5 – مقابسه اقتصادی انواع منابع تولید پراکنده

 
نمودار4: هزینه منابع تولید پراکنده (2013)
 
نمودار 5: سرمایه گذاری در تولید برق از منابع  تولید پراکنده
 
جدول 6 : توان اقتصادی مولدهای تولید پراکنده

3-4 نمونه محاسبات اقتصادی واحد گازسوز 1MW :
هزینه احداث:
( سناریوی اول)
 کارکرد 8000 ساعت در سال
 قيمت گاز طبيعي هر متر مکعب 5/29 ريال
 مدت مطالعه سيستم 30 سال
 قيمت هر يورو معادل 45000 ريال
 ارزش حرارتي گاز طبيعي 1055 بي تي يو به فوت مکعب
 قيمت حرارت توليدي معادل قيمت گاز محاسبه مي شود.
 قيمت خريد برق با مقدار متوسط 240 ريال به کيلووات ساعت

1- هزينه اوليه:
قيمت دستگاه 375،000يورو است. اين مقدار معادل 1،687،500،000ريال است.
2- هزينه سوخت:
مصرف گاز طبيعي دستگاه 240 مترمکعب در ساعت است. بنابراين با فرض 8000 ساعت
کار سالانه ، مصرف 1،920،000 مترمکعب در سال خواهد شدکه معادل113،280،000 ريال است.
3- هزينه تعمير و نگهداري سالانه:
اين هزينه 17،000 يورو در سال معادل 765،000،000ريال است که شامل تعويض فيلترها، شمعها  می شود .
4-هزينه روغن موتور:
اين سيستم در سال به 3700 ليتر روغن نيازمند است که معادل 76،692،000ريال ميباشد. لازم به ذکر است که روغن مورد نياز توليد داخل است.
5-هزينه اورهال شماره 1:
اين سيستم در سالهاي 4 ام ،  12ام ، 20 ام و  28 ام نيازمند يک سري تعويض قطعات و بازرسي است که اورهال شماره 1 ناميده ميشود. هزينه اين اورهال 35،000 يورو  معادل 1،575،000،000ريال است.
6-هزينه اورهال شماره 2:
اورهال شماره 2 در سالهاي 8 ام ، 16ام و 24 ام انجام ميشود. هزينه آن 40،000 يورو معادل 1800.000.000 ريال است. بعد از اين اورهال سيستم کاملا نو ميشود و توانايي کارکرد براي يک دوره هشت ساله ديگر را دارد.
 با تقسيم هزينه اوليه به مقدار سود سالانه (در آمدهاي سالانه منهاي هزينههاي سالانه)، زمان بازگشت سرمايه اوليه تعيين ميشود. اين زمان برابر است با 3 سال و 7 ماه (در صورت دریافت وام این مقدار به میزان 1/5 سال خواهد رسید)؛


7- محاسبه نرخ بازگشت سرمايه (ROR)
با انتقال تمام درآمدها و هزينهها در طول 30 سال به سال صفر، نرخ بازگشت سرمايه محاسبه ميگردد. براي شرايط فرض شده نرخ بازگشت سرمايه 26% است. اين عدد بيانگر اين مفهوم است که اگر به پروژه توليد برق به ديد يک سرمايه گذاري نگاه شود، سود سالانه آن 26% است. اين عدد در مقايسه با حداکثر سود 18% سيستم بانکي کشور، قابل تامل است.
توجیه اقتصادی تولید پراکنده:
وام:
در صورت نصب بیش از ده مگاوات CHP امکان دریافت وام 70 الی 80 درصد مبلغ نهایی با سود 7 درصد وجود دارد که بدون بازپرداخت بوده و تنها در عوض آن از مشترک، برق دریافت خواهد شد. مبلغ وام  برای 10 مگاوات در حدود 3/5  الی 4 میلیارد تومان خواهد بود.
محاسبه زمان بازگشت سرمايه گذاري اوليه:
 با تقسيم هزينه اوليه سرمايه گذار به درآمد سالانه، زمان بازگشت سرمايه گذاري اوليه محاسبه خواهد شد. اين مقدار برابر است با 1 سال و 4 ماه ( در صورت دریافت وام به میزان 7 ماه از زمان راه اندازي سيستم تنزل خواهد یافت).
محاسبه نرخ بازگشت سرمايه (ROR)
در شرايط فوق نرخ بازگشت سرمايه 77% است
آمار و ارقامی از نیروگاههای تولید پراکنده استان تهران:
 نخستین نیروگاه تولید پراکنده برق استان تهران در تاریخ 90/10/29   
     -  ظرفیت تولید روزانه                      6 مگاوات برق
     -  سرمایه گذاری انجام شده                   حدود 60 میلیارد ریال
 نیروگاه هفت مگاواتی همزمان برق و حرارت حکمت
    -  تاریخ بهره برداری   91/12/8
    - هزینه بهره برداری  90میلیارد ریال

3-5- مالكيت واحدهايDG
1- واحدهاي تحت مالكيت شركت هاي برق :
اين دسته از واحدهاي توليدي در اختيار شركت هاي برق بوده و توسط آنها نصب، راه اندازي و بهره برداري مي شوند.
2- واحدهاي تحت مالكيت خصوصي :
اين دسته از واحدهاي توليدي در اختيار بخش خصوصي بوده و توسط آنها نصب و بهره برداري مي شوند. فروش برق توسط اين واحدها مطابق قرارداد يا مكانيسم بازار برق مي باشد.
3- واحدهاي تحت مالكيت خرده فروشان برق :
اين دسته از واحدهاي توليدي براي كاهش ريسك خرده فروشان در بازار برق بكار مي رود .

مراجع
 گروه مؤلفين سازمان انرژيهاي نو (سانا)، گزارش سازمان انرژيهاي نو ، WWW.SUNA.ORG.IR
 American Gas Association. “What is Distributed Generation?”. Full article at http://www.aga.org/Content/ContentGroups/Newsroom/Issue_Focus/Distributed_Generation.html.
  A Review of Distributed Energy Resources New York Independent System Operator
Prepared by DNV GL , 2014 .
[4]  www.ease-storage.eu
[5]  A Review of Distributed Energy Resources New York Independent System Operator
Prepared by DNV GL , 2014 .
[6] The Fuel Cell Today,Industry Review 2011. Online at :http://www.fuelcelltoday.com/
[7] "توليد پراكنده :تعريف، اهداف، امكانات و محدوديت “محمود رضا حقي فام بيست و هشتمين گردهمايي كميته ملي انرژي جمهوري اسلامي ايرا ن تهران- آذر ماه .1388
[8]گروه مؤلفين سازمان انرژيهاي نو (سانا)، گزارش سازمان انرژيهاي نو ، WWW.SUNA.ORG.IR

 

 


بخش چهارم : مباحث مربوط به اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه قدرت
4-1- نحوه عملکرد :4-1
منابع تولید پراکنده به 3 صورت کلی متصل به شبکه ، مستقل از شبکه و ترکیبی از 2 حالت قبل تقسیم می شود.
 
نمودار 4-1 : نحوه اتصال به شبکه
4-2- سطح ولتاژ اتصال به شبکه
منابع تولید پراکنده بسته به میزان تولید می تواند غالبا به سطوح ولتاژ فشارضعیف یا فشار متوسط شرکت های توزیع انرژی الکتریکی وارد شوند. البته در برخی از انواع تکنولوژی آنها مانند مزارع بادی به سطوح ولتاژ بالاتر نیز وارد شوند. 
با توجه به مطالب گفته شده ولتاژ نامی سطوح اتصال عبارتند از:
سطوح ولتاژ فشار ضعیف : 110  , 190 , 220  , 230 , 380 ,  400 , 660  V
سطوح ولتاژ فشار متوسط توزیع : 11  , 20 , 33 KV
سطوح ولتاژ فشار متوسط فوق توزیع : 63 , 132 KV


 
شکل 4-1: سطوح ولتاژ اتصال به شبکه

4-3- دسته بندی روش های اتصال به شبکه (سنکرون کردن با شبکه)
در حالات بهره برداری از منابع DG بصورتی که امکان اتصال آنها به شبکه وجود دارد نیاز به سنکرون کردن منبع به شبکه امری الزامی است. که به دو شکل مستقیم یا ژنزاتوری و غیر مستقیم یا با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت امکان پذیر خواهد بود.
 
نمودار 4-2 :روش های سنکرون کردن با شبکه

4-2-1- روش ژنراتورسنکرون
 
شکل4-2 : روش ژنراتورسنکرون

 توانایی عملکرد مجزا از شبکه یا متصل به آن
 پیچیدگیها :   سنکرون کردن
                        کنترل میدان تحریک
                        حفاظت در شرایط اتصال کوتاه
 مزایا:     در مواقع قطع شبکه، می تواند به تولید ادامه دهد
                 قابلیت تولید Q را دارد
4-2-2- روش ژنراتورآسنکرون (القایی)
 
شکل4-2 : روش ژنراتورالقایی
 مزایا :
                 سیستم کنترل ساده تر نسبت به ژنراتور سنکرون
                 سنکرون کردن ساده تر نسبت به ژنراتور سنکرون
                 توقف خودکار در صورت بی برقی شبکه
  معایب  :
                   مصرف Q
                   راه اندازی در سرعت زیر سنکرون             موتور             جریان راه اندازی شدید

4-2-3- روش مبدل های الکترونیک قدرت
4-2-3-1- DG برق DC تولید کند.
 
شکل4-3
4-2-3-2-2- DG با فرکانسی غیر از فرکانس قدرت برق تولید کند

 
شکل4-4
کاربرد ها:
 سیستم های فتوولتاییک
 توربین بادی
 
شکل4-5
تکنولوژی  نوع ارتباط با شبکه
خورشیدی( فتوولئاییک)  مبدلDC/AC
بادی  ژنراتور آسنکرون
زمین گرمایی  ژنراتور آسنکرون
اقیانوسی  ژنراتورسنکرون 4 قطبی
موتور احتراق داخلی  ژنراتورسنکرون یامبدلAC/AC
سیکل ترکیبی  ژنراتور سنکرون
توربین احتراقی  ژنراتور سنکرون
میکرو توربین  مبدلAC/AC
پیل سوختی  مبدلDC/AC
جدول 4-1 : روش ها برحسب تکنولوژی DG
4-3- مفهوم جزيره شدن
 
شکل4-6

ازجمله موضوعات مهم مرتبط با منابع توليد پراکنده پديده جزيره شدن آن است. استاندارد IEEE - 1547 جزيره شدن را اینگونه تعريف کرده است: وضعيتي که بخشي از يک شبکه – شامل بار و منابع DG – به دليلي از شبکه جدا شود و برقدار بماند]5[. در شکل 1 ناحيه  A در اثر يک حادثه و توسط بريکر CB1 از شبکه قدرتEPS   جدا میشود، اما اين ناحيه توسط تولیدکننده DG1 برقدار میماند. چنانکه در شکل نشان دادهشده ناحيه B نيز مستعد جزيره شدن در اثر قطع بريکرCB2 است.
 
شكل 1: در نواحي A وB احتمال وقوع جزيره شدن وجود دارد
برقدار ماندن سيستم و عدم شناسايي جزيره يک وضعيت نامطلوب و خطرناکي براي نيروهاي تعميرات و تجهيزات است. خروج مولدهاي DG از وضعيت سنکرون، اولين نتيجه پس از وقوع جزيره شدن است]4[. در اين شرايط کارکرده ژنراتور و تأمین بار با پارامترهاي خارج از محدوده به تجهيزات بار و DG صدمه خواهد زد. از طرف ديگر عملکرد ريکلوزرها – که عموماً روي فيدرهاي شبکه توزيع نصبشدهاند – موجب اتصال مجدد جزيره به شبکه میگردد. لذا دستگاههای حفاظتي بايد پس از وقوع جزيره بهسرعت DG ها را از مدار خارج کنند.
4-3-1- حفاظت DG
موضوع حفاظت DG در مقابل جزيره شدن يک موضوع کاملاً انحصاري براي DG است ]11[ و شناسايي جزيره جداسازی DG از سيستم داراي اهميت فوقالعادهای است. وقتي جزيره  شکل میگیرد لازم است که دستگاههای حفاظتي بهسرعت DG را از مدار خارج کنند. سرعت عمل بریکر به زمان باز وصل مجدد نيز بستگي دارد و الزاماً بين حفاظت شبکه و بهرهبردار DG بايد هماهنگي صورت گيرد.
اما موضوع مهمي که مطرح است نحوه شناسايي جزيره و جداسازي DG از PCC  است. روشهای مختلفي براي شناسايي جزيره ارائهشده که بر اساس عوامل و پارامترهاي خاصي انتخاب میشود. علاوه بر اين ازآنجاییکه DG ها به دودسته مبتني بر ژنراتور و مبتني بر اينورتر تقسیمبندی میشوند]2[، تعيين نوع سيستم حفاظتي به تکنولوژي DG نيز بستگي دارد. اين روشها عموماً در دودسته محلي  و مبتنی بر راه دور  قابلبررسیاند]6[. درروش هاي محلي تغيير پارامترهاي خروجي DG اندازهگیری و بررسي میشود و فرمانها لازم بر اساس ميزان تغييرات به بريکرها ارسال میگردد؛ اما در روشهای مبتني بر راه دور وضعيت شبکه در نقاط بالادست و بهطور مستمر توسط تجهيزات، اندازهگیری و بررسي میشود و دستورات لازم از طريق ارتباطات مخابراتي به DG ارسال میشود. در بخش بعد انواع آنها را موردبررسی قرار خواهيم داد.
4-3-2- روشهای شناسايي جزيره شدن
جزيره شدن به روشهای مختلفي قابلشناسایی است و هر يك از اين روشها داراي معايب و مزايايي هستند که بر اساس نيازها و شرايط DG مورداستفاده قرار میگیرند. چنانکه ذکر شد به دودسته محلي و راه دور تقسیمبندی میشوند.
روشهای محلي: در اين روش سيستم حفاظتي در خروجي DG نصب میشود و به لحاظ نحوه عملكرد به دودسته پسیو و اکتيو تقسيم میگردند.
4-3-2-1-1 روش پسیو
اين روشها مبتني بر اندازهگیری پارامترهاي شبکه در خروجي DG است. مقاديري همچون ولتاژ، جريان، فرکانس، توان و يا اغتشاشات هارموني اندازهگیری میشود. به هنگام وقوع پديده جزيره، اين مقادير دچار تغييراتي میشوند که اگر اين تغييرات خارج از محدوده تعریفشده براي رلهها باشد، فرمان باز شدن بريکر DG صادر میگردد.
نکاتي که در خصوص اين نوع روشها بايد بدان اشاره کرد این است که تعيين محدوده عملکرد رله¬ها داراي اهميت فوقالعاده است. اعمال حساسيت بالا روي آن میتواند موجب عملکرد ناخواسته و کاذب گردد که مطلوب نخواهد بود؛ و بالعکس، وسعت حدود آن نيز باعث عدم عملکرد در زمان وقوع برخي از حالات وقوع جزيره میشود که خطرناک است. بهعنوان نمونه چنانچه مطابق شکل 2، Ps و Qs ناچيز باشد پس از قطع بريکر B1 دستگاههای حفاظتي تغييري در ولتاژ و توان PCC مشاهده نخواهند کرد و درنتیجه جزيره حاصل برقدار خواهد ماند. تقریب در 100% مواردي که ميزان توليد DG و بار متعادل هستند روشهای پسيو در شناسايي جزيره مفيد نخواهد بود]5[. لذا يک محدوده غیرقابلشناسایی NDZ به سيستم حفاظتي بنام محدوده غیرقابل تشخيص تحميل میشود.

 
شكل 2: شمايتک اتصال DG به شبکه

NDZ به بازه تغيير پارامترهاي مورداندازهگیری از شبکه اطلاق میشود که در صورت وقوع پديده جزيره در اين بازه، قابلشناسایی نيست]8[. بهعنوانمثال چنانچه فرمان رله¬اي بر اساس تغيير توان اکتيو روي خروجي DG باشد و مطابق شکل 2 پس از وقوع جزيره شدن تغيير توان اکتيو کمتر از تنظيم رله باشد، رله فرمان قطع صادر نخواهد کرد. درواقع تغيير توان اکتيو در محدوده NDZ قرار داشته است.
در شکل 3 نمونهای از يک ناحيه غیرقابل تشخيص نشان دادهشده است.
 
شكل 3 : ناحيه غیرقابل تشخيص توسط سيستم حفاظتي
برخي از روشهایی که تاکنون در نوع پسیو ارائهشده است عبارتاند از:
- روش over/under frequency و over/under voltage
پایهایترین و عمومیترین روش شناسايي جزيره، تعيين محدوده کاري براي، استفاده از پنجره معروف O/UF-O/UV است؛ ارسال فرمان تريپ بر اساس ايجاد نامتعادلي توان اکتيو و راکتيو بين بار و توليد و تغيير در پارامترهاي ولتاژ و فرکانس براثر وقوع جزيره هست. هنگام وقوع يک اتصالي و شکلگیری جزيره (شکل 2 و 3)، چنانچه بين بار و توليد اختلاف قابلتوجهی باشد ولتاژ و فرکانس از پنجره تعیینشده (NDZ) خارج مي¬شود و درنتیجه فرمان تريپ صادر مي¬گردد.
- روش ROCOF : اين روش مبتني بر نرخ تغييرات فرکانس است. طبق استاندارد چنانچه در اثر ايجاد جزيره در کمتر از 5/0 ثانيه توان 13% دچار تغيير شود رله عمل خواهد کرد]3[.
- روش Vshift به تغيير زاويه (فاز) ولتاژ حساس است. با قطع شبکه و ايجاد تغيير ناگهاني در خروجي ژنراتور، ولتاژ پايانه نيز دچار تغيير فاز میشود]2.[
- روش اندازهگیری تغيير اندازه ولتاژ، در اثر تغيير شديد توان راکتيو ولتاژ پايانه نيز دچار تغيير زيادي میشود.
- بررسي تغييرات در هارموني ولتاژ]9[.
 روشهای پسيو داراي نقاط ضعفي¬اند که بعضاً لازم است از روشهای ديگري استفاده شود. هنگامیکه وقوع جزيره اثري روي تعادل سيستم نمیگذارد روشهای پسيو مثمر ثمر نخواهد بود]10[. همچنين وسعت ناحيه NDZ يک محدوديت براي بهکارگیری اين نوع روشها میباشد. استفاده از روشهای اکتيو میتواند برخی از محدودیتهای روشهای پسیو را کاهش دهد]9.[
4-3-2-1-2- روش اکتیو
در بخش قبل ذکر شد که در برخی از مواقع روشهای پسیو قادر به شناسایی رخداد جزیره نیستند و علت این امر تعادل بین بار و DG عنوان شد. در دستگاههای حفاظتي نوع اکتيو، يک اغتشاش از طرف سيستم DG به شبکه اعمال میشود و وقوع جزيره با بررسي پاسخ آن شناسايي میشود. بدين معني که عدمتغییر در پارامتر مورداندازهگیری در PCC بهمنزله وجود اتصال DG به EPS است. این نوع روشها بسیار مؤثرتر از روشهای پسیو هستند؛ ضمن اینکه مساحت ناحیه NDZ کمتر میشود.
اما مسئله مورد تأمل در اين نوع سیستمها زمان پاسخ و بازخور آن به سيستم است که داراي يک تأخیر زماني ذاتي خواهد بود. بدين معني که پس از وقوع جزيره فرمان قطع بريکر PCC باتاخير ارسال میشود که با توجه به زمان عملکرد رله ريکلوزر بايد بهگونهای باشد تا تداخل ايجاد نشود و رله¬ ها بهموقع عمل کنند.
عيب ديگر روشهای اکتيو، عدم قابليت اجرا براي انواع مختلف توليد پراکنده است. با توجه به اينکه ماهيت عمکرد DG ها باهم متفاوت است سيستم حفاظتي آن بايستي بر اساس نوع ژنراتور انتخاب شود.
ايجاد اغتشاش به سيستم نيز از نقاط منفي اين نوع سیستمهای حفاظتیاند. با توجه ماهيت عملکرد آنها، تشخيص اتصال DG و EPS با تزريق يک اغتشاش مقدور است، این اغتشاش میتواند شامل توان اکتیو و یا راکتيو باشد. توان راکتیو موجب کاهش ضریب توان میشود]7[.
نکته ديگري که بايد به آن اشاره کرد این است که در روشهای اکتيو ناحيه NDZ کاملاً حذف نمیشود بلکه وسعت آن کم شده و نسبت به مبدأ مختصات   داراي مقدار غير صفر است]11[. لذا موضوع ناحيه NDZ همچنان بهعنوان يک نقطه منفی مطرح است (شكل 4).

 
شكل 4: ناحيه غیرقابل تشخيص توسط سيستم حفاظتي، درروش اکتیو نسبت به مبدأ غیر صفر است.

برخي از روشهایی که تاکنون از اين نوع ارائهشده عبارتاند از]9[:
روش مبتني برتوان راکتیو:
در اين روش به DG اجازه داده میشود توان راکتيو مشخصي را با شبکه مبادله کند و در صورت وقوع و ايجاد تغيير در توان راکتيو رله مذکور عمل میکند.
روش اندازهگیری سطح اتصال کوتاه منبع:
اندازهگیری امپدانس، امپدانس دیدهشده توسط منبع DG بهطور دائم اندازهگیری میشود. در صورت قطع شبکه مقدار اين امپدانس تغيير خواهد کرد.
Slip Mode Frequency Shift
Sandia Frequency Shift
Frequency Jump

4-3-2-2-. روشهای مبتني بر راه دور
در روشهای مبتني بر مخابرات، فرمانها لازم جهت جداسازي از مرکز کنترل و از طريق ارتباطات مخابراتي به رلهها در محل DG ارسال میشود. درواقع اين روشها بر پايه سیستمهای کنترل از راه دورند که به سیستمهای SCADA  معروفاند. اين سیستمها شامل تجهيزات اندازهگیری در سمت EPS، بستر مخابراتي و تجهيزات در مرکز يا پست (فوق) توزيع میباشند و در صورت وقوع پديده جزيره و تشخيص آن، فرمان قطع از طريق همين بستر مخابراتي به DG ارسال میگردد.
سیستمهای مخابراتي مورداستفاده عبارتاند از:
راديويي ، فيبر نوري ، اينترنت ،   DLC و Leased Line ]14[
چنانکه قبل اشاره کرديم DG ها داراي دو نوع مبتني بر سنکرون و اينورتر میباشند و بکار گيري روش حفاظت از DG درم قابل جزيره شدن به نوع سيستم DG بستگي داشت. مزيت عمده روشهای مبتني بر راه دور عدم وابستگي به نوع مولد و تکنولوژي DG است و لذا براي هردو نوع DG قابلاستفاده خواهد بود. همچنين به دليل ويژگي و ساختار عملكرد، روشهای مبتني بر راه دور ناحيه NDZ ندارند و اگر موضوع هزينه از اهميت کمتري برخوردار باشد مؤثرترین روش شناسايي جزيره هست.
بااینحال اين روشها باوجود دقت بسيار بالا و عملكرد مطلوب، معضلاتي نيز در پیدارند. هزينه بالای سرمایهگذاری اوليه – نسبت بهروشهای قبل- و نگهداري سيستم، پيچيدگي تکنیکهای بهکاررفته، تغيير توپولوژي شبكه در طول زمان و نياز به بهروزرسانی الگوريتم مركزي، ازجمله موانع استفاده اين روشها میباشد]1[. بعلاوه با مشکل بعد مسافت نيز مواجه اند اين مسئله موجب تضعيف سيگنالهاي تبادلي شده و بعضا نيازمند تقويت سيگنال در طول مسيرند که موجب افزايش هزينه مي شود. خطوط هوايي و زميني، بانکهاي خازني، انشعابها و... از جمله عوامل تضعيف سيگنال مي باشد. به عنوان نمونه در روش DLC محدوديت طول مسير 15Km است]10[ و در صورت افزايش بيش از اين مقدار بايد از تقويت کننده استفاده کرد.

 


جدول 1: مقايسه انواع روشهای شناسايي جزيره شدن   
روش     ويژگي پسيو اکتيو مبتني بر راه دور
NDZ دارد دارد ندارد
زمان شناسايی کوتاه زياد کوتاه
فرمان تريپ ناخواسته دارد ندارد ندارد
تأثیر گذاري روي سيستم ندارد دارد ندارد
قابليت بهکارگیری بر اساس نوع DG برخي از انواع DG برخي از انواع DG همه انواع    DG
هزينه کم متوسط نسبتاً زياد