انرژی خورشیدی یکی از مهمترین شکلهای تولید پراکنده برق است و نقش آن در تأمین انرژی هر روز بیشتر میشود. اما وقتی این نیروگاهها به شبکه توزیع وصل میشوند، مشکلات فنی خاصی به وجود میآید که مستقیماً به موضوعی به نام میزبانپذیری شبکه (Hosting Capacity) مربوط است.
میزبانپذیری شبکه یعنی اینکه یک بخش از شبکه تا چه اندازه میتواند نیروگاههای خورشیدی یا دیگر واحدهای تولید پراکنده را بپذیرد، بدون اینکه مجبور به هزینههای زیاد برای تقویت شبکه شود یا کیفیت برق و قابلیت اطمینان آن کاهش پیدا کند. به بیان ساده، میزبانپذیری ظرفیت پنهان شبکه است برای اینکه چقدر انرژی خورشیدی را میتواند بدون مشکل در خود جای دهد.
جایگاه نیروگاههای خورشیدی در شبکه حساس است، چون تولید آنها دائمی نیست و به شرایط آبوهوایی وابسته است. این تغییرات باعث میشود که شبکه نیاز داشته باشد مدام ولتاژ را تنظیم کند، وضعیت حرارتی ترانسفورماتورها را مدیریت کند و سیستم حفاظت را بهروزرسانی کند تا از عملکرد نادرست یا آسیب به تجهیزات نیروگاه خورشیدی مثل اینورترها جلوگیری شود. در مقالهی «اتصال نیروگاههای خورشیدی به شبکه برق سراسری» در وبسایت دکتر سولار، اهمیت انتخاب محل و روش مناسب برای اتصال نیروگاه خورشیدی به شبکه برق و اثر آن بر بازدهی و پایداری سیستم توضیح داده شده است.
میزان میزبانپذیری شبکه توزیع به چند پارامتر فنی بستگی دارد که تغییر هر کدام از آنها میتواند ظرفیت اتصال نیروگاه خورشیدی را بهطور جدی کم یا زیاد کند:
• پروفایل بار و مصرف محلی: الگوی مصرف برق مشترکین در طول روز و سال مشخص میکند که شبکه چقدر توان را در همان محل جذب میکند.
• سطح ولتاژ و حساسیت آن نسبت به تزریق توان: مقاومت و رِاکتانس خطوط و میزان تغییر ولتاژ در انتهای فیدرها مشخص میکند که شبکه چقدر در برابر ورود توان جدید حساس است.
• ظرفیت خطوط و ترانسفورماتورها: کابلها، سیمها و ترانسفورماتورها محدودیت حرارتی دارند و فقط تا حد مشخصی میتوانند جریان را بدون داغ شدن تحمل کنند.
• تلفات شبکه: وقتی جریان در شبکه بالا میرود، تلفات فنی مثل تلفات اهمی هم افزایش پیدا میکند.
• پایداری ولتاژ: اینکه آیا شبکه میتواند ولتاژ خود را در شرایط گذرا یا تغییرات سریع پایدار نگه دارد یا خیر.
• جریان اتصال کوتاه: بالا رفتن جریان اتصال کوتاه میتواند روی عملکرد رلهها و سیستم حفاظت تأثیر بگذارد.
• کیفیت توان: عواملی مثل هارمونیکها، فلیکر و نوسانات سریع ولتاژ که معمولاً بهدلیل عملکرد اینورترها ایجاد میشوند.
وقتی مصرف برق محلی در ساعتهای اوج تولید خورشیدی مانند ظهر کم باشد، شبکه نمیتواند تمام توان تولیدی را جذب کند. در این حالت انرژی تولیدشده به جای اینکه در همان محل مصرف شود، به سمت پست فوقتوزیع برمیگردد؛ چیزی که به آن «برگشت توان» گفته میشود. این اتفاق بر عملکرد نیروگاه از دو جهت اثر میگذارد:
• توان قابل تزریق: برگشت توان باعث افزایش ولتاژ میشود و ممکن است اینورتر مجبور شود برای حفاظت از شبکه، تولید خود را کم کند یا محدود کند.
• مشکلات حفاظتی: چون جریان برخلاف مسیر اصلی شبکه حرکت میکند، سیستمهای حفاظتی باید برای این شرایط جدید اصلاح یا بهروزرسانی شوند.
اگر مقدار توان خورشیدی تزریقشده از ظرفیت حرارتی خطوط یا ترانسفورماتورها بیشتر شود، تجهیزات داغ میشوند و احتمال آسیب بالا میرود. در این شرایط شبکه مجبور است برای جلوگیری از خرابی، نیروگاه خورشیدی را وادار به کاهش تولید کند. این موضوع مستقیماً روی عملکرد فنی و اقتصادی نیروگاه اثر منفی دارد.
در شبکههای توزیع با امپدانس بالا، تزریق توان خورشیدی باعث افزایش ولتاژ میشود و گاهی ولتاژ از مقدار مجاز رد میکند و اورولتاژ رخ میدهد.
• اثر بر اینورتر: اینورترهای خورشیدی طبق استاندارد موظفند وقتی ولتاژ از حد مشخص عبور میکند، برای محافظت از خود و شبکه، تولید را متوقف یا محدود کنند (Trip). این باعث از دست رفتن بخشی از انرژی تولیدی میشود. در مقالهی «ابلاغ شرایط جدید و سختگیرانه اتصال به شبکه نیروگاههای خورشیدی» در وبسایت دکتر سولار، تغییرات فنی و الزامات تازه کد شبکه برای اتصال نیروگاههای خورشیدی به شبکه برق ایران همراه با تحلیل اثرات آن بر توسعه تجدیدپذیرها بررسی گردیده است.
• مشکل تنظیم ولتاژ: تجهیزات سنتی مثل OLTC آنقدر سریع نیستند که بتوانند نوسانات سریع تولید خورشیدی را کنترل کنند، بنابراین مدیریت ولتاژ سختتر میشود.
اینورترها معمولاً برق با شکل موج سینوسی تولید میکنند، اما ممکن است مقدار مشخصی هارمونیک هم وارد شبکه کنند که روی عملکرد دستگاههای حساس مشترکان اثر بد میگذارد. همچنین روشن و خاموش شدن سریع اینورترها مانند هنگام عبور ابر یا تغییر ناگهانی تابش، میتواند موجب فلیکر یا نوسانات سریع ولتاژ شود. این پدیده کیفیت توان شبکه را پایین میآورد و حتی ممکن است موجب جریمههای کیفی برای نیروگاه شود.
میزبانپذیری شبکه یعنی حداکثر مقدار تولید خورشیدی که یک شبکه توزیع میتواند بدون نیاز به هزینههای زیاد برای ارتقای زیرساخت و بدون افت کیفیت برق، پذیرش کند. اصلیترین چالش در این زمینه، پدیده اورولتاژ و برگشت توان است که وقتی رخ میدهد که توان خورشیدی تولید شده از مصرف محلی بیشتر باشد.
پارامترهایی مثل پروفایل بار، ظرفیت حرارتی خطوط و کیفیت توان (هارمونیکها) نقش تعیینکنندهای در میزبانپذیری شبکه دارند. نقض این محدودیتها باعث میشود اینورترهای نیروگاه خورشیدی مجبور به محدود کردن تولید شوند و عملکرد فنی و اقتصادی پروژه تحت تأثیر قرار گیرد. برای ارزیابی دقیق این ظرفیت، استفاده از ابزارهای تحلیلی پیشرفته مثل شبیهسازی جریان توان و روش مونتکارلو ضروری است.
برای افزایش ظرفیت پذیرش شبکه، لازم است چند راهکار به صورت ترکیبی اجرا شوند. اینورترهای هوشمند که با تزریق توان راکتیو به تنظیم ولتاژ کمک میکنند و ذخیرهسازهای انرژی (باتری) که توان اضافی را در ساعات اوج تولید ذخیره کرده و در زمانهای دیگر تزریق میکنند، از مؤثرترین این راهکارها هستند. علاوه بر این، ارتقای فیزیکی خطوط، استفاده از تجهیزات سنتی تنظیم ولتاژ مانند OLTC و اجرای برنامههای مدیریت سمت بار، همگی به کاهش محدودیتها و افزایش سهم انرژی خورشیدی در شبکه کمک میکنند.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی