پنج‌شنبه 30 فروردین 1403 - 18 Apr 2024
کد خبر: 98607
تاریخ انتشار: 1402/09/19 05:18

تولید برق از باد در واحدهای مسکونی

علیرضا زاهدی-عضو هیات‌علمی دانشگاه علم و صنعت ایران
تولید برق از باد در واحدهای مسکونی

تامین انرژی و ایجاد راه‌های مختلف برای داشتن انرژی‌های موردنیاز حیات انسان روی کره زمین، همواره جزو چالش‌های مهم و همیشگی پژوهشگران بوده است. «افزایش فاکتور ظرفیت نیروگاه بادی با تولید همزمان هیدروژن از انرژی بادی» عنوان پژوهشی است که چندی پیش با حمایت بنیاد ملی علم ایران خاتمه یافت.هدف در این طرح، استفاده از پیل سوختی در منزل مسکونی بود که تابع شرایط باد نباشد و برق تولید کند، اما مشکل برق مستقیم هم پیش‌روی انجام این طرح بود که برای حل آن، باید از اینورتر برای آن استفاده می‌شد. گفتنی است، پیل سوختی وسیله‌ای است که سوخت (مانند هیدروژن، متانول، گاز طبیعی، بنزین و...) و اکسیدان (مانند هوا و اکسیژن) را به برق، آب و حرارت تبدیل می‌کند و اینورتر به دستگاه الکترونیک قدرت می‌گویند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند.در مجموع، می‌توان گفت که این طرح، یک طرح کم‌نظیر در دنیا است که به تامین برق واحدهای مسکونی کمک می‌کند. کاهش منابع فسیلی و اثرات زیست‌محیطی آن از جمله دلایل اصلی توجه به استفاده انرژی‌های تجدیدپذیر در جهان به‌حساب می‌آیند. اما به‌دلیل ‌عدم‌تولید مداوم برق در نیروگاه‌های تجدیدپذیر و وابستگی شدید آنها به ساعات مختلف شبانه‌روز و فصول گوناگون سال، استفاده از سامانه‌های هیبریدی تعاملی اهمیت زیادی دارد. از منابعی که به شرایط جغرافیایی وابستگی ندارند و در هر زمان امکان تولید برق دارند، می‌توان به رآکتورهای هسته‌ای، سامانه‌های احتراقی شامل سوخت‌های فسیلی، زیستی و همچنین پیل سوختی اشاره کرد که در این تحقیق از پیل سوختی استفاده شده است.

تناوبی بودن جریان باد در طول شبانه‌روز، باعث شده است نیروگاه‌های بادی دارای فاکتور ظرفیت نوسانی و پایینی باشند. در این طرح، ۲ سناریو موردبررسی قرار گرفت. در سناریوی اول، قسمتی از برق پانل بادی صرف تولید هیدروژن و ذخیره‌سازی به کمک واحد الکترولیزکننده غشائی می‌شود و در ساعات پیک مصرف که جریان باد گاهی از اوقات وجود ندارد، برق شبکه به کمک مصرف هیدروژن در پیل سوختی غشائی تامین می‌شود. در سناریوی دوم، پانل بادی تنها به‌منظور تامین برق واحد الکترولیزکننده و ذخیره‌سازی هیدروژن استفاده‌شده و در نهایت، به کمک پیل سوختی غشائی برق پایداری در کل شبانه‌روز تامین می‌شود که در این حالت، دیگر انرژی موردنیاز وابسته به جریان تجدیدپذیر بادی با نوسانات مختلف نخواهد بود.علاوه ‌بر اینکه، در این طرح پارامترهای موثر در تولید بهینه هیدروژن به‌لحاظ حجم تولید، درصد رطوبت موجود در سوخت و راندمان تولید موردبررسی قرار گرفته است، قسمتی از برق تولیدی توربین باد صرف راه‌اندازی الکترولیزکننده و ذخیره هیدروژن می‌شود. سپس انرژی باد موردنیاز براساس مناطق مستعد باد در کشور مشابه‌سازی و تامین می‌شود. پس از راه‌اندازی سامانه هیبریدی، پایداری شبکه و و افزایش فاکتور ظرفیت توربین بادی و به‌طورکلی موارد فنی بررسی می‌شود. همچنین این مسئله، سبب کاهش آلودگی زیست‌محیطی و اثرات گازهای گلخانه‌ای می‌شود. علاوه بر این، قابلیت اطمینان و مقوله تحلیل ریسک از نقطه نظر تامین امنیت انرژی موردبررسی قرار می‌گیرد.پیل‌های سوختی بهترین و مناسب‌ترین سامانه هیبریدی تعاملی در نیروگاه‌های تجدیدپذیر هستند. در میان انواع مختلف پیل‌های سوختی، پیل‌های سوختی غشائی به‌دلیل دمای عملکرد پایین مناسب‌تر هستند و در این تحقیق، از این پیل سوختی استفاده شده است.

در این طرح، قسمتی از برق پانل بادی صرف تولید هیدروژن و ذخیره‌سازی به کمک واحد الکترولیزکننده غشائی شده‌ است. با این کار در ساعات پیک مصرف که جریان باد گاهی از اوقات وجود ندارد، برق شبکه به کمک مصرف هیدروژن در پیل سوختی غشائی تامین می‌شود.

در بخش دیگری از این تحقیق، پانل بادی تنها به‌منظور تامین برق واحد الکترولیزکننده و ذخیره‌سازی هیدروژن استفاده شده و در نهایت به کمک پیل سوختی غشائی برق پایداری در کل شبانه روز تامین می‌شود که در این حالت، دیگر انرژی موردنیاز وابسته به جریان تجدیدپذیر بادی با نوسانات مختلف نیست. همچنین، در این طرح، پس از راه‌اندازی سامانه هیبریدی، پایداری شبکه و افزایش فاکتور ظرفیت توربین بادی و به‌طورکلی موارد فنی به‌طورکامل بررسی شده است.با استفاده از نتایج این تحقیق می‌توان انرژی برق مناطق بادخیز ایران را تامین کرد. با اینکه نمونه آزمایشگاهی این تحقیق در دانشگاه علم و صنعت ساخته شد، اما برای شرایط تست عملیاتی مجبور بودیم که از تونل باد استفاده کنیم، در صورتی که برای داشتن پاسخ‌های واقعی، باید منطقه‌ای را به‌عنوان مدل انتخاب کنیم و نمونه را در آن منطقه قرار دهیم، اما این امکان وجود نداشت و در نهایت، تست‌های لازم با تونل باد که باد مصنوعی دارد، انجام شد.علاوه بر مسائل ذکرشده، مشکل تامین آب هم داشتیم، چراکه برای تولید هیدروژن باید از آب شیرین منطقه استفاده کرد و پیل سوختی برای آنکه به‌خوبی عمل کند، نیاز به ذخیره هیدروژن دارد. این موضوع هم، از چالش‌های مهمی بود که اگر حل نمی‌شد، طرح با شکست مواجه می‌شد.

 


کپی لینک کوتاه خبر: https://smtnews.ir/d/4dwjym