با توسعه شبکه های توزیع و مفهوم ریزشبکه، استفاده از واحدهای انرژی تجدیدپذیر در شبکه های توزیع رو به افزایش است. نگرانی که در استفاده از این واحدهای تولیدی وجود دارد، ماهیت تناوبی بودن انرژی اولیه (باد و خورشید) در این واحدها است. با توجه به اینکه تغییرات سرعت باد غیرقابل کنترل بوده، توان تولیدی توربین های بادی دارای نوسان است که می تواند پدیده های کیفیت توان مانند تغییرات فرکانس یا افت ولتاژ یا فلیکر ولتاژ را بوجود آورد. یکی از روش های غلبه بر این مشکل استفاده از سیستم های ذخیره کننده انرژی یا BESS می باشد. استفاده از این سیستم ها نه تنها قابلیت اطمینان سیستم را بالا می برد، بلکه پایداری حالت گذرا را نیز با پاسخ سریعی که دارند تضمین میکنند. بعنوان مثال، در صورتی که توان مصرفی شبکه متشکل از توربین های بادی در مدت زمان کوتاهی بیشتر از توان تولیدی مزرعه بادی باشد، در این شرایط سیستم با افت فرکانس روبرو شده و برای جلوگیری از خسارت وارده به مصرف کننده های حساس به این پدیده مانند بارهای القایی، سیستم ذخیره کننده انرژی با سرعت دینامیکی بالای خود وارد عمل شده و کمبود توان را برای این مدت کوتاه جبران می کند و فرکانس را به مقدار نامی باز میگرداند تا دوباره تعادل بین عرضه و تقاضا برقرار شود. مزیت دیگر استفاده از سیستم ذخیره کننده انرژی در کنار نیروگاه بادی از نقطه نظر اقتصادی است. به عبارتی دیگر، با توجه به اینکه قیمت برق و توان تولیدی توربین های بادی در طول روز متغییر است، ذخیره کردن انرژی در طول دوره هایی که قیمت برق پایین است و سپس فروش برق در دوره های با قیمت بالا یک ایده اقتصادی است. هدف از ایده پیشنهاد شده این است که از تغییرات قیمت برق در طول روز استفاده کرده و درآمدی از این طریق کسب کنیم که این عمل مستلزم یک برنامه زمانی دقیق برای شارژ و دشارژ واحد ذخیره کننده انرژی است. سود ناشی از فروش برق در این استراتژی با بهره برداری بهینه از سیستم ذخیره کننده انرژی در ارتباط است.
روش برنامه ریزی دینامیکی برای افزایش سود
برنامه ریزی دینامیکی یکی از روشهای بهینه سازی هزینه در صنعت برق است. همانند روش در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها که با الگوریتم برنامه ریزی دینامیکی قابل اجرا است. نفوذ واحدهای تولید توان مبتنی بر توربین بادی در سیستم های قدت منجر به توسعه روش های بهره برداری متنوعی شده است. یکی از روش هایی که بیشتر در مقالات برای بهبود پخش توان تولیدی توربین های بادی استفاده شده است، هماهنگی آنها با واحدهای ذخیره کننده انرژی برای جبران تغییرات توان مورد انتظار ناشی از توربین های بادی است. در واقع انحراف توان تولیدی توربین بادی باید به طریقی جبران شود. نفوذ بالای توربین های بادی در سیستم قدرت باعث به وجود آمدن آمدن چالش هایی نظیر پدیده های کیفیت توان، قابلیت اطمینان، حفاظت و کنترل سیستم می شود. نفوذ بالای توربین های بادی در شبکه برق به دلیل ماهیت تناوبی آنها دارای محدودیت است. به همین دلیل ضروری است تا در کنار این واحدها از یک واحد قابل کنترل نظیر سیستم ذخیره کننده انرژی نیز استفاده کنیم. با این وجود استفاده از سیستم ذخیره ساز هزینه بر و برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر جهت کاهش هزینه ها، سایز آن باید به اندازه کافی کوچک باشد. بنابراین نیروگاه های بادی با در نظر گرفتن پارامترهای زیر می تواندد اقتصادی باشند:
الف) کاهش دادن هزینه های مربوط به سیستم ذخیره کننده انرژی
ب) کاهش سایز منبع ذخیره ساز انرژی
ج) توسعه روش های دیسپاچینگ موثر
یکی از روش های افزایش سود بهره برداری نیروگاه بادی در بازه های زمانی معین استفاده از روش برنامه ریزی دینامیکی است. به همین منظور استراتژی بهینه سازی برای ماکزیمم کردن درآمد اقتصادی ناشی از برق فروخته شده به شبکه با استفاده از مفهوم برنامه ریزی دینامیکی با درنظر گرفتن محدودیت های بهره برداری سیستم ذخیره کننده انرژی و توربین بادی فرموله میشود. ساختار سیستم توربین بادی با واحد ذخیره کننده انرژی در شکل زیر ۱ نشان داده شده است.
شکل۱- ساختار توربین بادی و BESS
رابطه بین ظرفیت BESS و درصد بهبود درآمد بدون درنظر گرفتن ذخیره سازی باید مشخص شود. این عمل برای تعیین سایز BESS بویژه در نیروگاه بادی مفید است و سرمایه گذاری برای ایجاد بیشترین سود در مدت زمان معینی را نتیجه میدهد.
اگر در سیستم نشان داده شده در شکل ۱ میزان توان تولیدی توربین بادی و همچنین میزان برق فروخته شده در مدت زمان معینی را داشته باشیم، از اختلاف این دو مقدار توان یک اختلاف توان حاصل میشود. که این اختلاف با BESS در ارتباط است. به عبارتی اگر این اختلاف توان بزرگتر از صفر باشد، BESS شارژ میشود. واضح است که مقدار درآمد بدست آمده از فروش برق از حاصلضرب انرژی فروخته شده در ساعت معین در نرخ فروش برق در همان ساعت بدست می آید. علاوه بر این سیستم ذخیره کننده یک نرخ ماکزیمم شارژ نیز دارد که باید درنظر گرفته شود.
الگوریتم برنامه ریزی دینامیکی یک روش بهینه سازی افلاین است که دارای دو نوع پیشرو و پسرو است. روشی که در اینجا استفاده شده روش برنامه ریزی دینامیکی پسرو است. یعنی الگورتیم هموره زمان های گذشته را درنظر میگیرد و روبه عقب حرکت میکند. این روش بر روی یک سیستم تست نمونه مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج آن به شرح زیر است. با این روش پیشنهادی صاحبان نیروگاه بادی با ترکیب آنها با BESS می توانند درآمد بیشتری کسب کنند. در نیروگاه های بادی ترکیب شده با BESS معمولا سطح ذخیره سازی بالا بوده است. اگر شرایط نرمال را در نظر بگیریم، ذخیره سازی در ساعاتی که قیمت برق پایین است انجام گرفته و در ساعاتی که قیمت برق بالا است، انرژی ذخیره شده فروخته میشود. میزان سودی دریافتی از این روش به شدت تحت تاثیر بازار برق و راندمان BESS است.