دانلود رایگان ترجمه مقاله سیستم ذخیره ساز انرژی در برنامه های ریزشبکه (آی تریپل ای ۲۰۱۸)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

۲٫ مرور کلی سیستم ذخیره انرژی
پیکره بندیهای سیستم ذخیره انرژی (ESS) ، طبقه بندیها و ساختار آنها در زیربخشهای زیر نشان داده شده است.

A. پیکره بندی سیستم ذخیره انرژی
به طور معمول سیستم ذخیره انرژی (ESS) تجمعی و توزیع شده، دو پیکره بندی اصلی فن آوری سیستم ذخیره انرژی (ESS) برای کاربردهای ریزشبکه (MG) هستند که در شکل ۴ نشان داده شده‌اند. در سیستم تجمیعی، مقدار جریان انرژی از DERs بهbus PCC مقدارثابتی است. علاوه بر این، کل ظرفیت این ESS را می‌توان برای کاهش نوسانات جریان برق استفاده کرد (۴۳). اگر ظرفیتیک دستگاه ذخیره انرژی افزایش یابد، هزینه آن نیز افزایش می‌یابد. ساخت و کنترل ESS های بزرگ کار دشواری است. بنابراین، از دستگاه‌های ذخیره انرژی توزیع شده در مقیاس کوچک می‌توان برای دستیابی به تنظیم قابل اطمینان و عملی قدرت استفاده کرد. دستگاه‌های ESS در پیکربندیهای ذخیره توزیع شده مستقیماً به وسیله رابطهای بی شماری به منابع توزیعی خاصی متصل می‌شوند. با این حال، کنترل جریان نیرو، اصلی‌ترین چالش پیش روی سیستم توزیعی است. علاوه براین، فرایند ذخیره سازی هنوز هم از طریق رابطهای الکترونیکی قدرت برای منابع توزیع شده و ESS، تلفاتی را متحمل می‌شود (۱۲).
B. طبقه بندی سیستم ذخیره انرژی
ESS بر اساس استفاده از انرژی به یک شکل خاص طبقه بندی می‌شود. ESS را می‌توان به صورت یک سیستم ذخیره انرژی مکانیکی، الکتروشیمیایی، شیمیایی، الکتریکی، حرارتی و ترکیبی طبقه بندی کرد. علاوه بر این، این سیستم‌ها را بسته به روند تشکیلشان و مواد مورد استفاده در آنها ، می‌توان باز هم طبقه بندی کرد. شکل ۵ جزئیات مربوط به طبقه بندی ESS را نشان می‌دهد (۴۴). باتری‌ها (۴۵)، ذخیره سازی هوای فشرده (CAES) (46)، ذخیره سازی انرژی فلای ویل (FES) (47)، SCs (16)، (۴۸)، ذخیره انرژی مغناطیسی ابرخازن (SMES) (49)، ذخیره سازی هیدروژن (۵۰)، و ذخیره انرژی هیبریدی (HES) (44)، (۵۱)، (۵۲) از رایج‌ترین فن آوریهای ذخیره سازی در کاربردهای ریز شبکه هستند.

C. ساختار سیستم ذخیره انرژی (ESS)
انرژی را می‌توان با تبدیل انرژی الکتریکی به شکل دیگری مثل انرژی شیمیایی یا مکانیکی ذخیره کرد (۴۲). علاوه بر این، سیستم‌های ذخیره سازی را می‌توان به سه بخش طبقه بندی کرد: ذخیره سازی مرکزی، مرحله تبدیل نیرو و مرحله کنترل. در ذخیره سازی مرکزی، انرژی پس از تبدیل ذخیره می‌شود و تبدیل نیرو به عنوان رابط بین ذخیره مرکزی و سیستم نیرو با انتقال دو طرفه عمل می‌کند. در مرحله کنترل، میزان شارژ یا تخلیه انرژی ذخیره شده با استفاده از حسگرها و سایر وسایل اندازه گیری تعیین می‌شود. دستگاه‌های ذخیره انرژی منبع ایده آل انرژی نیستند. بنابراین، در هر مرحله از فرآیند ذخیره سازی با تلفاتی مواجه می‌شوند(۴۲).

۳٫ انواع سیستمهای ذخیره انرژی
A. سیستم‌های ذخیره سازی مکانیکی
سیستم‌های ذخیره انرژی مکانیکی (MSS)سودمند هستند، زیرا می‌توانند انرژی را به صورت انعطاف پذیری از منابع تبدیل و ذخیره کنند (۵۲). علاوه بر این، آن‌ها می‌توانند در صورت نیاز به کار مکانیکی، نیروی ذخیره شده را آزاد کنند (۵۳). بر اساس اصول کاری، MSS را می‌توان به عنوان گاز فشاری، فنر فشرده، انرژی جنبشی، و انرژی پتانسیل طبقه بندی کرد. با این حال، از دیدگاه فنی، سیستم‌های ذخیره سازی مکانیکی از سه تکنیک تشکیل شده‌اند: فن آوریهای فلای ویل، ذخیره سازی هیدرولیکی پمپی، و انرژی هوای فشرده. از بین این سه سیستم، سیستم‌های ذخیره سازی آب پمپی (PHS)با داشتن چرخه عمر طولانی، بیشترین ظرفیت ذخیره سازی برق را در جهان دارا هستند. اگرچه سیستمهای انرژی فله هنوز هم به PHS متکی هستند، اما PHS اشکالاتی مثل هزینه‌های بالای سرمایه، تأثیر منفی بر محیط زیست و کاهش پیاده سازی ژئولوژیکی را نیز دارد. بنابراین، بهبود PHS در آینده محدود است (۵۴)-(۵۷). جزئیات مربوط به فن آوریهای دیگر مثل سیستمهای ذخیره انرژی فلای ویل (FESS)، CAES، سیستم‌های ذخیره انرژی گرانش (GES) در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند.
۱) سیستم‌های ذخیره انرژی فلای ویل
فلای ویل به عنوان مؤلفه اصلی مدرنترین FESS یک استوانه (دیسک) چرخان عظیم است که با استفاده از یاتاقانهای مغناطیسی بر روی استاتور پشتیبانی می‌شوند (۵۸). FESS را می‌توان در دو دسته اصلی توصیف کرد: FESS پرسرعت و کم سرعت (۵۹). فلای ویل‌هایی با سرعت زیر ۱۰،۰۰۰ دور در دقیقه به عنوان فلای ویل‌های کم سرعت شناخته می‌شوند که در صنایع محبوبیت زیادی دارند (۶۰). سازه‌های اصلی یک سیستم فلای ویل ، و یک فلای ویل استوانه‌ای توخالی در شکل ۶ نشان داده شده است (۶۱). برای عملکرد صحیح دستگاه‌ها می‌توان از یک فلای ویل استفاده کرد که به صورت مکانیکی انرژی جنبشی را از چرخش روتور با سرعت زیاد ذخیره می‌کند (۵۹)، (۶۲). انرژی جنبشی ذخیره شده در FESS با سرعت و اینرسی مرتبط است. FESS کم سرعت شامل یک صفحه فولادی با اینرسی بالا و سرعت پایین است. از سوی دیگر، FESS پرسرعت دارای یک صفحه کامپوزیت با اینرسی نسبتاً پایین و سرعت بالا است. با افزایش سرعت چرخش روتور، انرژی ذخیره شده نیز به همین نسبت افزایش می‌یابد و انرژی ذخیره شده در یک مربع با حرکت زاویه‌ای تغییر می‌یابد. این انرژی ذخیره شده را می‌توان با کم کردن گشتاور روتور (حالت تخلیه) و برگرداندن انرژی جنبشی به موتور الکتریکی که به عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند، باز هم مورد استفاده قرار داد (۵۲)، (۶۲). راندمان دستگاه‌های ذخیره فلای ویل بین ۹۰٪ تا ۹۵٪ می‌باشد، در حالیکه توان نامی آنها از ۰ مگاوات تا ۵۰ مگاوات است (۶۳)-(۶۵). بین این دو نوع فلای ویل را می‌توان به طور عادی مقایسه کرد و تفاوت‌های آن‌ها در جدول ۱ بصورت خلاصه ارائه شده‌اند (۶۶).
علاوه براین، فلای ویل‌ها را می‌توان بطور موازی اضافه کرد تا انرژی خاصی را افزایش دهند. تراکم انرژی از سرعت حدود (۵ W h/kg) تا (۱۰۰ W h/kg) متغیر است (۵۵)، (۵۹). در صورت نقص ناگهانی در تولید برق از منابع تجدید پذیر مانند منابع بادی یا خورشیدی، یک سیستم انرژی مشابه FESS را می‌توان بهتر از BESS پیاده سازی کرد (۵۵).

طبق مرجع (۵۸)، فن آوری ذخیره انرژی فلای ویل با توجه به خصوصیات منحصربفردی مثل چگالی توان بالا، سازگاری در محیط زیست، راندمان بالا ، هزینه نگهداری پایین و دوره چرخه طولانی که دارد در بخشهای مختلفی بکار برده شده است. مرجع (۵۵) نشان می‌دهد که هزینه تعمیر و نگهداری FESS پایین است ($۱۹/kW -سال) هرچند که هزینه سرمایه آن بالا است ($۵۰۰۰/kWh). مزیت اصلی FESS این است که به تجهیزات کنترل دما نیازی ندارد (۴۷). شکل ۷ کاربردهای FESS را در ریزشبکه (MG) توضیح می‌دهد.
در این فن آوری، یک مبدل توان به عنوان یک رابط الکتریکی عمل می‌کند. در مرجع (۶۷)، یک مکانیسم بهبود یافته از توپولوژی مبدل دو طرفه با استفاده از تکنیکهای انتقال ولتاژ صفر و انتقال جریان صفر توسعه داده شد. این مطالعه نشان داد که میزان انرژی ذخیره شده با استفاده از توپولوژی پیشنهادی، ۲٫۵ تا ۳٫۵ درصد بود. بدین ترتیب،می‌توان از یک کنترلگر پیشرفته برای بهینه سازی ویژگیهای شارژ و تخلیه در این سیستم ذخیره سازی استفاده کرد که بطور قابل توجهی مدیریت ذخیره انرژی را بهبود می‌بخشد.
اگرچه اگرچه FESS دارای مزیتهای متعددی است ، اما اشکالاتی نیز از نظر هزینه بالای اولیه و میزان بالای خود-تخلیه دارد(۳% تا ۲۰% در هر ساعت) (۶۸). علاوه بر این، چگالی توان بالا و چگالی انرژی پایین ، کاربرد FESS را محدود می‌کند. بنابراین، هزینه و میزان تخلیه با استفاده از فلای ویل‌های پر سرعت و پیشرفت فن آوری کاهش می‌یابد. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، FESS با کاهش انتشار CO2 و بهبود پایداری سیستم قدرت، بسیار قابل اطمینان و پایدار می‌شود.