تولید پراکنده
تولید پراکنده، تولید نامتمرکز، انرژی نامتمرکز یا انرژی پراکنده که در زبان انگلیسی به اختصار نامیده می‌شود که مخفف است به تولید برق از منابع کوچک انرژی گفته می‌شود.
تولید پراکنده به مواردی اطلاق می‌شود که برق در همان محل مصرف یا در نزدیکی محل مصرف تولید می‌شود. تولید پراکنده نیروگاههای مقیاس کوچکی هستند که ظرفیت حداکثری تولید آنها ۲۵ مگاوات می‌باشد. تولید پراکنده به آن دلیل به وجود آمد که در برخی از نقاط افت جریان و ولتاژ مشاهده می‌شد. این طرح جهت پرکردن این نقایص مطرح شد.
تولید پراکنده به دو دسته تولید همزمان برق و حرارت و نیز برق، سرما و حرارت که مخفف تقسیم می‌شود. منظور از تولید همزمان، تولید برق در کنار صور دیگر انرژی و استفاده از همه موارد به طور همزمان است.
مولد تولید همزمان مولدی است که اتلاف حرارت آن مستقیماً مورد استفاده قرار گرفته یا برای تولید آب گرم، بخار یا کاربردهای دیگر بازیافت می‌شود.
از مزایای مهم تولید همزمان این است که بازده الکتریکی مؤثر آن بیش از ۱٫۵ برابر بازده نیروگاه‌های حرارتی است.
در حال حاضر، کشورهای صنعتی بیشتر برق خود را در تاسیسات بزرگ متمرکز مثل سوخت فسیلی (زغال سنگ، گاز)، هسته‌ای یا برق‌آبی تولید می‌کنند. این نیروگاه‌ها هزینه‌ها را به خوبی کاهش می‌دهند، اما برق را معمولاً به مسافت‌های دور منتقل می‌کنند و محیط زیست را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
تولید پراکنده روش دیگر است. این روش حجم تلفات انرژی در برق منتقل شده را کم می‌کند زیرا برق بسیار نزدیک جایی که در آن مصرف می‌شود، یا حتی در همان ساختمان، تولید می‌شود. این کار اندازه و تعداد خطوط قدرتی که باید ساخته شوند را کم می‌کند.
تولید پراکنده اگرچه مفهومی نوین در ادبیات اقتصادی صنعت برق است ولی ماهیت واقعی آن چندان جدید نیست. در روزهای نخستین تولید برق، تولید پراکنده یک اصل فراگیر بود، به این گونه که اولین نیروگاه‌های برق تنها مشترکان نزدیک و همسایه خود را تغذیه می‌کردند. با توجه به این‌که شبکه‌های جریان مستقیم اولین شبکه‌های برق بودند به منظور ایجاد تعادل بین تولید و مصرف از منابع ذخیره موجود در محل مانند باتری‌ها استفاده می‌شد. بعدها و بر اثر پیشرفت فناوری (مانند به وجود آمدن شبکه‌های جریان متناوب) این امکان پیدا شد که برق در مسافت‌های طولانی انتقال پیدا کند.
اندک اندک سیستم‌های عظیم الکتریکی شامل نیروگاه هاو شبکه‌های بزرگ انتقال و توزیع به وجود آمد. تعادل بین تولید و مصرف از طریق میانگین اثر تعداد زیادی از بارهای لحظه‌ای انجام شد و امنیت این شبکه‌های بزرگ افزایش پیدا کرد به این صورت که در صورت وقوع خطا و از مدار خارج شدن یکی از منابع، دیگر منابع موجود به شبکه وظیفه جبران تولید را بر عهده می‌گرفتند.
در دهه‌های اخیر، پیشرفت‌های فناوری، تغییرات اقتصادی و مقررات زیست‌محیطی سبب شده که نسبت به مفهوم تولید پراکنده علاقه‌مندیهای فراوانی به وجود آید. آژانس بین‌المللی انرژی در سال ۲۰۰۲ اعلام کرد که این ۵ عامل اساسی در فراگیر شدن مفهوم تولید پراکنده نقش داشته است: توسعه فناوریهای تولید پراکنده، محدودیت در ساخت خطوط انتقال، افزایش تقاضای انرژی پایدار از سوی مشترکان، خصوصی سازی بازار برق و نگرانی‌های تغییرات آب‌وهوا
اهداف استفاده از تولیدات پراکنده از دید شرکت توزیع و از دید مشترک متفاوت است.
در واقع اگر مالک DG شرکت توزیع باشد، اهداف مورد نظر می تواند آزادسازی ظرفیت شبکه توزیع، بهبود قابلیت اطمینان سیستم، تولید همزمان برق و حرارت، بهبود کیفیت توان و پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات باشد.
اگر مالکیت DG در اختیار مشترک باشد، این اهداف می تواند فروش برق و شرکت در بازار انرژی، فروش برق به عنوان سرویس جانبی، بهبود قابلیت اطمینان خود و یا تشویق های دریافتی از شرکت توزیع و…باشد.
متأسفانه چون مالکیت بیشتر تولیدات پراکنده در اختیار مشترکین می باشد، لذا شرکت های توزیع کنترل کمتری روی اندازه و محل نصب تولیدات پراکنده دارند. در نتیجه برای جلوگیری از تأثیرگذاری منفی تولیدات پراکنده بر پارامترهای مختلف سیستم، باید یک استاندارد کلی و جامع برای کنترل، نصب و جایابی این تولیدات وجود داشته باشد.
بطور کلی هدف از استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع، تأمین تمام یا قسمتی از توان مصرفی شبکه بصورت تمام وقت یا پاره وقت می باشد که در این میان هدف اصلی تولید توان اکتیو است.
در ساختار قدیم صنعت برق در کشورهای پیشرفته و وضعیت موجود بسیاری از کشورها، وظایف تولید، انتقال و توزیع توان بر عهده شرکت های برق مجتمع (VIU) بود. افزایش میزان تقاضای توان در چند سال اخیر، در بسیاری از کشورها موجب شد که این شرکت ها نتوانند به صورت مؤثر، جوابگوی این میزان تقاضای زیاد باشند. در نتیجه خاموشی، قطع برق و معیوب شدن تجهیزات و… در بسیاری از کشورها، به ویژه ایالات متحده صورت گرفت و به تبع آن قیمت ها در دوره های پیک به شدت بالا رفت. این در حالی بود که همراه با رشد اقتصادی کشورها که منجر به افزایش میزان انرژی مورد نیاز آن ها بود، مسأله کیفیت توان و قابلیت اطمینان آن نیز اهمیت پیدا نمود.
علاوه بر این، بحران نفت در سال ١٩٧٣ موجب شد که بسیاری از کشورهایی که در صنعت خود به سوخت های فسیلی وابسته بودند، در پی یافتن جایگزینی مناسب برای این سوخت ها باشند. همچنین با افزایش آگاهی عمومی در مورد مسائل زیست محیطی، یافتن جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی اهمیت بیشتری پیدا کرد. مطالعات انجام شده نشان می دهد که انرژی های تجدیدپذیر شامل انرژی خورشید، باد، آب، بیوماس، زمین گرمایی و… که از نظر زیست محیطی مناسب بوده، می توانند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشند. بدین ترتیب عواملی مانند تجدید ساختار صنعت برق، نیاز به افزایش ظرفیت سیستم و پیشرفت تکنولوژی ها به طور همزمان، پایه و اساس معرفی تکنولوژی های تولید پراکنده می باشند.
عوامل محرک فراوانی باعث افزایش تمایل به کارگیری سیستم های تولید پراکنده شده است که به طور کلی این عوامل را می توان در پنج گروه به شرح زیر تقسیم بندی نمود:١- کاهش هزینه های خرید انرژی، بخصوص در مورد بارهای حرارتی (بخار، آب گرم و سیستم خنک کننده)؛ در روش تولید همزمان برق و حرارت (CHP) می توان بخار یا آب گرم مورد نیاز فرآیندهای مختلف را تأمین کرده و یا در مواردی که نیاز به گرم سازی و یا خنک سازی محیط باشد از آن استفاده کرد.
٢- کاهش نگرانی های ناشی از نوسانات نرخ انرژی: DG به مشترکین این امکان را می دهد که ریسک بیشتری در بازار انرژی داشته باشند، چون که در حقیقت مشترکین با استفاده از DG خود را از این نوسانات رهایی داده اند.
٣- افزایش قابلیت اطمینان: DG می تواند سبب کاهش خاموشی های ناشی از شبکه شود که این امر خود سبب کاهش زمان خاموشی و همچنین کاهش نگرانی های موجود در زمینه ایمنی می شود.
٤- بهبود کیفیت توان: DG می تواند توان و انرژی با کیفیت بالا به مشترکین تحویل دهد و لذا این امر سبب کاهش و یا از بین رفتن نگرانی های موجود در زمینه نوسانات ولتاژ شبکه و هارمونیک هایی می شود که بر روی بارهای حساس مشترکین تأثیر می گذارد.
٥- منبع جدید درآمد: DG این امکان را به مشترکین می دهد که بتوانند انرژی تولیدی خود را به فروش رسانده و یا حالت کمکی برای بازاریابی داشته باشد.
١- جلوگیری از افزایش ظرفیت شبکه: DG به عنوان یک منبع کمکی و اضافی به تأمین انرژی می پردازد و لذا می تواند تا حدودی شرکت توزیع را از ایجاد سیستم جدید تولید، انتقال و توزیع بازدارد.
٢- کاهش تلفات الکتریکی در بخش انتقال و توزیع: با نصب DG، شبکه انتقال و توزیع به منظور حمل و ارائه انرژی به مشترکین کوچکتر شده و لذا تلفات نیز کاهش می یابد.
٣- به تأخیر انداختن و به روزآوری شبکه های انتقال و توزیع: با استفاده از DG، شرکت های توزیع می توانند جوابگوی رشد بار بوده و لذا با تأخیر زمانی نسبت به بهبود ظرفیت اقدام کنند.
٤- تأمین توان راکتیو: برخی تکنولوژی های DG مانند موتورهای رفت و برگشتی می توانند تولید توان راکتیو کنند. این امر سبب کمک به تقویت و پایداری ولتاژ شبکه می شود.
٥- کاهش تراکم دیماند و انتقال انرژی: با نصب سیستم تولید توان در محل مصرف و یا نزدیک به آن، طول مؤثر شبکه انتقال و توزیع افزایش می یابد و ظرفیت شبکه برای جوابگویی به سایر مشترکین آزاد می شود.
٦- پیک سائی: DG می تواند سبب کاهش دیماند مشترکین در ساعات اوج مصرف شود که این امر سبب کاهش هزینه ها خواهد شد.
٧- کاهش حاشیه رزرو: با نصب DG میزان دیماند کلی شبکه پایین آمده و ظرفیت تولید بهبود می یابد و لذا نیاز به رزرو کمتری در شبکه است.
٨- بهبود کیفیت توان: با نصب DG، اثرات منفی کیفیت توان از جمله ولتاژ و فرکانس نامطلوب در شبکه کاهش می یابد.
٩- افزایش قابلیت توان: استفاده از DG می تواند سبب کاهش و یا حذف خاموشی در نقاط معینی از شبکه توزیع شود.
علیرغم تمام مزایای DG باید توجه خاصی به اثرات منفی احتمالی آن روی شبکه توزیع داشته باشیم که شاید بیشترین این تأثیرات، مسائل مربوط به سطح ولتاژ و هماهنگی حفاظتی باشد.
همچنین موجب پیچیده شدن شبکه و در نتیجه توسعه سیستم حفاظت شبکه شده و نیز بهره برداری و کنترل شبکه را نیز مشکل می سازد.
اتصال DG ها به شبکه باعث ایجاد هارمونیک در شبکه و کاهش امپدانس اتصال کوتاه می شود. ضمنا اگر در هنگام خاموشی، DG متصل به شبکه به صورت جزیره ای کار کند می تواند برای تعمیرکاران شبکه خطرناک باشد.