دانلود ترجمه مقاله طراحی بهینه ریزشبکه های مبنی بر CHP (ساینس دایرکت – الزویر ۲۰۱۵)

طراحی بهینه ریزشبکه های مبنی بر CHP: بهینه سازی چندهدفه و ارزیابی چرخه عمر

Optimal design of CHP-based microgrids: Multiobjective optimisation and life cycle assessment

چکیده

۱- مقدمه

۲- ارزیابی چرخه زندگی شبکه های کوچک

۳- توصیف مساله

۴- مدل بهینه سازی

۵- مطالعه موردی

۶- نتایج محاسباتی

۷- نتیجه گیری ها

منابع

چکیده

     به عنوان جایگزینی برای سیستم های فعلی تولید انرژی، شبکه های کوچک برای ارائه انرژی محلی با هزینه های کمتر انرژی و انتشار گاز با به کارگیری منابع توزیع شده انرژی (DER) پذیرفته می شوند. اخیراً چندین فناوری مرکب از حرارت و توان برای به کار گیری در مقیاس داخلی توسعه داده شده اند. طراحی بهینه DERها در شبکه های کوچک مبتنی بر CHP نقش مهمی در ترویج نفوذ سیستم های شبکه کوچک ایفا می کنند. طراحی بهینه شبکه های کوچک در واحد های CHP در این کار با ادغام پایداری زیست محیطی و اقتصادی در یک مدل بهینه سازی چند منظور مورد بررسی قرار می گیرد به طوری که نتایج حاصل از ارزیابی طول عمر شبکه های کوچم بررسی شده را ادغام می کند. این نتایج نشان می دهد که به کارگیری چندین فناوری CHP دارای هزینه کمتر همراه با صرفه جویی زیست محیطی در مقایسه با موردی است که تنها یک فناوری در هر سایت راه اندازی می شود که شبکه های کوچک به روش بسیار موثرتری کار می کند هنگامی که چندین فناوری به کار گرفته می شوند. به طور کلی، سلول های سوختی غضای تبادل پروتون (PEM) به عنوان فناوری پایه CHP برای بیشتر راهکارها انتخاب می شوند که تاثیرات زیست محیطی کمتری با هزینه کم را ارائه می کند. با این حال، موتورهای احتراق داخلی (ICE) و موتورهای استریلینگ (SE) ترجیح داده می شوند اگر تقاضای دما زیاد باشد.

۱-۱ طراحی بهینه و برنامه ریزی شبکه های کوچک
     اخیراً طراحی ظرفیت یک سیستم شبکه کوچک مورد مطالعه قرار گرفته است به طوری که هزینه سالانه آن به حداقل رسیده سات [۱۲-۱۴]. براساس هدف به حداقل رساندن هزینه، ترتیب تجهیزات هر ساختمان در شبکه سلول سوختی همراستا با شبکه لوله کشی آب داغ با استفاده از الگوریتم ژنتیک (GA) بهینه شده است [۱۵]. یک مدل برنامه نویسی خطی ترکیبی- صحیح چند منظوره (MILP) برای طراحی بهینه DER در مرجع [۱۶] برای همسایگی کوچک ارائه شده است که دربرگیرنده واحدهای CHP کوچک، بویلرهای پشتیبان و واحدهای فتو ولتاییک (PV) است. همچنین طراحی شبکه خط لوله حرارتی را برای انتقال حرارت بین نودهای مختلف فراهم می کند. DER های مناسب مبتنی بر CHP در مرجع [۱۷] از طریق بهینه سازی با استفاده از تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) براساس حداکثر کردن مزیت نسبت هزینه پیاده سازی می شوند به طوری که مزیت و هزینه به پیاده سازی DERهای مبتنی بر CHP مربوط می شوند. روش کار برای انتخاب DER و تغییر ظرفیت در مرجع [۱۸] برای شبکه های کوچک ادغامی با استفاده از استراتژی تکاملی (ES) پیشنهاد داده می شود که چندین شبکه کوچک همراه با یکدیگر برای کنترل و مدیریت بهتر به یکیدگر متصل می شوند. محدودیت های انرژی و محدودیت های انتشاربه عنوان شرایط سخت در نظر گرفته می شوند. یک مدل ریاضی در مرجع [۱۹] برای توزیع مناسب و بهینه هزینه در بین مشارکت کنندگان در یک شبکه کوچک عمومی براساس روش راهکار معامله Nash نظریه بازی ایجاد شده است. مشارکت کنندگان در این شبکه کوچک به عنوان مشارکت کنندگان در بین خود در نظر گرفته می شوند.

     علاوه بر طراحی بهینه شبکه های کوچک، برنامه ریزی عملیات و ارزیابی های کیفیت توان در مطالعات متعددی براساس روش های مختلف مورد بررسی قرار می گیرند. Hawkes و Leach [20] یک مدل به برنامه نویسی خطی به حداقل رساندن هزینه را ارائه کرده اند که زمان بندی بهینه عملیاتی را فراهم می کند. همچنین تحلیل مونت کارلو نیز برای در نظر گرفته تاثیر دربرگیری منابع متناوب همراه با تحلیل حساسیت تغییر قیمت انرژی به کار گرفته می شود. یک روش ترکیبی متعامد آرایه- الگوریتم ژنتیک برای بهینه کردن روش های انتخاب و عملیات تجهیزات در مرجع [۲۱] به کار گرفته می شود و نشان می دهد روش ترکیبی مشخصات پوشش دهی خوبی نسبت به الگوریتم ژنتیک ساده براساس مقایسه دارد. Sheikhi و همکاران [۲۲] مدلی را برای یافتن اندازه بهینه و عملکرد DERها با در نظر گرفتن شبکه برق و گاز براساس مفاهیم هاب انرژی پیشنهاد داده اند. قابلیت اطمینان سرویس دهی قابل بهبود است و در عین حال هزینه برق کاهش می یابد. با کاهش الگوریتم های تکاملی تفاضلی، Basu [23] پیاده سازی راهبری DERها در یک شبکه کوچک را ارائه کرده است که در آن صاحب شبکه کوچک می تواند زمان بندی DERها را با هزینه های بهینه سوخت برای گروه DER ترکیبی یا ژنراتور تمام دیزلی ایجاد کند. نویسندگان مقاله [۲۴] راهبردی را برای دستیابی به DER بهینه و مکان یابی تزریق توان راکتیو براساس روش های بهینه سازی تکاملی ارائه کرده اند که پایداری ولتاژ سیستم و سطح نفوذ DER را بهبود می دهد. کاهش تلفات در مرجع [۲۵] با استفاده از الگوریتم PSO برای مکان یابی DER ها و انتخاب اندازه به حداکثر رسیده است و در عین حال مشخصه ولتاژ سیستم بهبود می یابد. در نهایت، در مرجع [۲۶] طراحی تولید در شبکه های کوچک همراه با قابلیت اطمینان توان و تحلیل های کیفیت ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است و این مدل با استفاده از نرم افزار PSCAD مورد پیاده سازی قرار گرفته است. با این حال، محدودیت این مطالعات مجدداً این است که به حداقل رساندن هزینه تنها در نظر گرفته می شود، در حالی که تکامل محیطی به طور کامل فراموش شده است.