کلیات

تولید برق در خارج از شبکه سراسری برق، روشی برای تأمین انرژی در مجتمع های مسکونی، تجاری، صنایع و مناطق دور افتاده و یا روستایی می‌باشد که در اغلب موارد به دلیل موقعیت صعب العبور جغرافیایی و هزینه سرسام آورد انتقال، اتصال به شبکه غیرممکن می باشد. در این گونه موارد بهره گیری از انرژی های بومی (تجدیدپذیر) می تواند فرایند توسعه این مناطق را تسهیل نماید. بهره گیری از گزینه های با حداقل هزینه عرضه، جهت توسعه خدمات نوین انرژی در این مناطق یک راه حل پایدار و منطقی محسوب می شود.  روش مرسوم تولید برق در خارج از شبکه، بهره گیری از دیزل ژنراتور می باشد لیکن ظهور فناوری های جدید قابلیت هایی را ایجاد کرده است که همان معماری یک سیستم هیبریدی با مشارکت فناوری های انرژی تجدیدپذیر در کنار دیزل ژنراتور می باشد.

تا بتوان تأمین انرژی مورد نیاز را با حداقل هزینه انجام داد. در رویکرد جدید دیزل ژنراتور همراه با فناوری های انرژی های تجدیدپذیر نظیر فتوولتائیک خورشیدی، باد، زیست توده، زیست گاز، پیل سوختی و برق آبی کوچک و یا خرد می باشد. فناوری هیبرید ترکیب منابع چندگانه انرژی همانند تجدیدپذیرها و ژنراتور دیزلی می باشد که ممکن است از یک سیستم ذخیره سازی انرژی (باتری) نیز بهره بگیرد. بنابراین به طور کلی یک سیستم هیبریدی ترکیبی از یک یا چند منبع انرژی تجدیدپذیر نظیر خورشید، نیروگاه برق آبی کوچک/خرد، زیست توده، باد و امواج، جزر و مد همراه با سایر فناوری ها همانند باتری ها و دیزل ژنراتور می باشد. به سیستم های هیبریدی ترکیبی گاهاً سیستم های میکروگرید (شبکه خرد) نیز گفته می شود.

در شکل1 نمونه هایی از سیستم های هیبرید تولید برق و حرارت دیده می شود که نمودار طرحواره اینگونه سیستم ها می باشد.

الف- یک سیستم دیزلی تولید کننده برق AC

ب- سیستم فتوولتائیک همراه با ذخیره ساز باتری تأمین کننده بار الکتریکی AC

ج- سیستم هیبریدی برق آبی/ باد/ دیزل همراه با پشتیبان باتری و مبدلAC/DC

د- سیستم باد/ دیزل تأمین کننده برق و بارهای حرارتی همراه با دو ژنراتور، باتریخانه، یک بویلر و یک بار موقت که به تأمین بارهای حرارتی با عبور برق تولیدی توربین بادی از یک مقاومت حرارتی کمک می کند.

ر-  یک سیستم فتوولتائیک/ هیدروژن که در آن از برق اضافی فتوولتائیک برای تولید هیدروژن در دستگاه الکترولیز استفاده می شود، هیدروژن تولیدی در مخزن ذخیره شده و در مواقعی که برق تولیدی فتوولتائیک کافی نباشد، از پیل سوختی برای تولید کمبود برق بهره گرفته می شود.

همانطورکه در شکل بالا دیده می شود یک سیستم هیبریدی می تواند بسیار متنوع بوده و کاربرد متنوعی داشته باشد. از هر کدام از ترکیبات بسته به محل جغرافیایی و دسترسی به انواع انرژی های تجدیدپذیر و محدودیت های فنی و اقتصادی می توان استفاده نمود. در یک وضعیت  تولید برق خارج از شبکه، سیستم هیبریدی امکان تولید برق پاک و مقرون به صرفه ای را فراهم می کند که در بیشتر مواقع از تولید برق با ژنراتور دیزلی نیز به صرفه تر است. در نتیجه گزینه های انرژی تجدیدپذیر یک راه حل ارجح برای تولید برق در خارج از شبکه محسوب می شوند. سیستم های هیبریدی یک رویکرد فناوری رو به توسعه ای هستند که در سراسر جهان نظر ها را به سمت خود جلب نموده اند. دلایلی این جذابیت را می توان در موارد ذیل خلاصه نمود:

§بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق

§بهبود خدمات انرژی

§کاهش انتشار آلایندگی و سروصدا

§تولید توان برقی پیوسته

§افزایش عمر بهره برداری از سیستم

§کاهش هزینه های تولید برق

§مصرف بهینه انرژی

شکل1: نمونه های از سیستم های هیبریدی متداول و پرکاربرد

یک ایستگاه تولید برق هیبریدی به طور معمول شامل اجزای زیر می باشد:

الف- ماژول اینورتر با یک توان پیوستی اسمی در حدود 60 درصد از حداکثر دیماند

ب- یک یا دو موتور دیزلی که معمولاً اندازه آنها بین 1 تا 1.5 برابر اندازه اینورتر می باشد.

ج- سیستم ذخیره سازی باتری اسیدی – سربی

د- آرایش فتوولتائیک خورشیدی

ر- میکروپرسسور با واحد کنترلی برای پایش و مدیریت خودکار سیستم

مفهوم بهره برداری از سیستم هیبریدی

در ادامه با ارایه مصداقی، مفهوم بهره برداری از یک سیستم هیبریدی نوعی بررسی خواهد شد. سیستم برق هیبریدی خورشیدی از فتوولتائیک خورشیدی به منظور تولید برق استفاده می کند که می تواند بوسیله دیزل ژنراتورها پشتیبانی گردند. معماری سیستم هیبریدی خورشیدی متشکل از چندین پنل خورشیدی، دیزل ژنراتور و باتری می باشد. واحد کنترل کننده توان تبدیل جریان مستقیم به متناوب را با توجه به نوع بهره برداری بهینه از دیزل ژنراتور تحت یک منحنی بار مشخص انجام می دهد. شارژ کنترلر، باتری را با جریان برق تولیدی خورشیدی و دیزل ژنراتور شارژ می کند. به طور کلی هدف از تأسیس یک سیستم هیبریدی کاهش هزینه های عملیاتی، تعمیرات و نگهداری و هزینه های انتقال سوخت با حداقل سازی زمان بهره برداری و مصرف سوخت دیزل ژنراتور می باشد. برای دستیابی به این هدف، ژنراتور تنها زمانی بهره برداری می شود که نیاز به شارژ باتری بوده و یا تأمین بار اضافی مدنظر باشد.