بهره برداری از سيستم های قدرت

صفحه 1:
تقسیم بندي زماني مطالعات سیستم قدرت بهره برداري از سيستمهاي قدرت 

صفحه 2:
اهمیت اقتصادی تا سال 1973 ميلادي و قبل از تحریم نفتي 9۵20 از درآمد کل شركتهاي تولید برق صرف هزينه سوخت مي شد. تا سال 1980 اين رقم به 9040 رسید. در دوره 5 ساله متعاقب 1973 بهاي سوخت رشدي معادل 9025 سالیانه داشته است. حداکثر بار سالانه: 10000 مگاوات ضریب بار سالانه: 60درصد نرخ متوسط سالانه حرارتي جهت تبدیل سوخت به انرژي الكتريکي: 10500 ‎ay bas‏ ازاي هر کیلووات ساعت Annual energy produced: 107 kW x 8760 h/yr x 0.60 = 5.256 x 10!° kWh Annual fuel consumption: 10,500 Btu/kWh x 5.256 x 10!° kWh ‏هزینه متوسط سوخ‎ = 55,188 < 10'* Btu 3.15 cents per kWh Annual fuel cost: 55.188 x 10"? Btu x 3 x 1076 $/Btu = $1.66 billion چنانچه بتوان در بهره برداري از اين سیستم درصد كوچكي صرفه جوبي کرد مقدار قابل توجهي هزینه بهره برداري کاهش خواهد یافت 

صفحه 3:
مسئله توزیع اقتصادی ‎(oat‏ .5 ‎netted‏ لس ی عادص تالیر تلفات شبکه انتفال در توزيع بار سس درمدار قرار دادن نبروگاهها ‎Unit Commitment‏ کنترل خودکار تولید 

صفحه 4:
مشخصات واحدهاي تولید حرارتي- 0 پارامترهاي متعدد در مطالعات سیستم قدرت ‎٠‏ مشخصه ورودي-خروجي بعنوان مهم ترین پارامتر در بهره برداري اقتصادي از سیستم قدرت ‏ورودي ناخالص: سوخت واحد تولید است بر حسب نرخ حجم سوخت ‎steam turbine‏ مصرفي, نرخ ارزش حرارتي آن و يا نرخ هزینه بیان مي شود. ‎ ‎Bolle fue input | 8 ‎ ‎ ‎ ‎of gross 2-6% ۱ ‎FIG. 21 Biler-turbine- generator unit (Vearae (1)) ‏نرخ حرارتي ورودي‎ 0 ‏نرخ هزینه (ضربی هایس وخندر نرخ حرارتورودی( بر حسبواحد پول برسا ‎ ‎ 

صفحه 5:
مشخصات واحدهاي تولید حرارتي (ورودي-خروجي- مجسیج؟) هزینه بهره برداري< هزینه پرسنل+نگهداري+هزینه سوخت مشخصه ورودي-خروجي واحدهاي تولید از طریق طراحي و پا آزمایش هاي حرارتي بدست مي آید. ‎i‏ ‏این مشخصه ها ممکن است با گذشت ‎i‏ ‏زمان از بهره برداري نیروگاه ها تغییر يابند. _ ‎i‏ ‏در حالت ایده آل منحني بصورت محدب 2 و هموار نشان داده مي شود. ماج = حداقل بارقابل تولید توسط واحد به ۸ ویو FIG, 22 Input-output curve of a steam turbine generator علت پايداري احتراق سوخت و محدوديتهاي طراحي بوپلر دیکته مي گردد 

صفحه 6:
مشخصات واحدهاي تولید حرارتي(نرخ افزايشي حرارتي-۲) 1۳0 دسسسس؟) مشتق مشخصه ورودي-خروجي * (تغييري که در نرخ حرارتي به ازاي تغه در توان خروجي واحد) ایجاد مي شود ‎it‏ aa como, ‏با ضرب نرخ حرارتي افزايشي در بهاو‎ ٠ سوخت, هزینه افزايشي سوخت حاصلا ‎i‏ ‏مي گردد. i é ii ‘Output, PIN) FIG. 23. Incremental heat (cost) rate characterise. 

صفحه 7:
مشخصات واحدهاي تولید حرارتي(فرخ خالص حرارتي ۷//6) نشان دهنده حرارت ورودي مورد نیاز به ازاي هر کیلووات ساعت خروجي است (معکوس راندمان). تابعي از پارامترهاي طراحي از قبیل شرایط اولیه بخار, مراحل احياي حرارتي, درجه حرارت احیاء فشار کندانسور و پيچيدگي سیکل احياي تغذیه است. 1 6 ۵00 راندمان واحدهاي بخار-30 -35 درصد ‎I‏ i ۱ i 1 i ! ۱ ۱ ۱ 1 ۱ 1 ۱ ۱ ۱ ۳۳| Po fan Pres ‏ی‎ FIG. 24 Net heat rate characteristic ofa steam turbine generator wait 

صفحه 8:
مشخصات واحدهاي تولید حرارتي تقاط مربوط به مشخصه ورودي-خروجي بعد از تعیین به صورت چند جمله اي تقریب زده مي شوند. * تقریب به صورت درجه دوم کفایت مي نماید. * تقریب تکه اي خطي در هر دو روش اشاره شده مي توان مشخصه را بصورت جدول تنها در روش اول مشخصه بصورت تابع تحليلي پیوسته قابل بیان سیر ۳ FIG. 25 Approximate repesenations ofthe incremental heat rate cure نحوه نمایش مشخصه هاي ورودي-خروجي واحدها به روش مطالعه مسئله بهره برداري بستگي دارد 

صفحه 9:
تنوع مشخصات واحدهاى توليد بخارى واحدهاي بزرگ بخار داراي چند شير بخار مي باشند با افزايش بار واحد بخار ورودي نیز افزاینتن یافته و ترخ افزايشي بین تقاط گشایش شیرها کاهش مي یابد. با باز شدن يك شیر تلفات دریچه کنترل بخار به سرعت افزئیش یافته و موجب جهش ناگهاني در نرخ حرارت مي گردد. در نتیجه موجب تاپيوستگي در مشخصه نرخ افزايشي حرارتي مي گردد. با توجه به نامحدب بودن اين مشخصه ها استفاده از آنها, در روشهاي بهینه سازي محدود مي گردد. trout HMB) ute, mM) بلس ۱ | 1 1 ۱ ۱۶1 ٩ ۱ ‎uM‏ اسع ‎FIG, 26 Charaveitis of a steam turbine generator with four stam ad valves 

صفحه 10:
تنوع مشخصات واحدهاي تولید بخاري (فیروگاه شاخك مشتر ‎(Cowon “Lear‏ مسیر اصلي بخار (شاخك) متصل اند - عمدتاً به منظور تامین بخار مورد نیاذ ‎rong‏ ‏براي نواحي پرجمعیت 4 ‎bE]‏ - در طول دهه 1960 ميلادي به تدریج از رده خارج شده اند -شامل تعدادي بویلر مي باشد که به يك ۳ و ‎ene‏ =o Ad 5-5 FIG. 27. A common-header scam plant, 

صفحه 11:
تنوع مشخصات واحدهاي حرارقي (قوربين كاز و سيكل قر كيبي ‎(Cocobrard Opole Phot‏ 1- در توربین سیکل ساده, هواي ورودي در يك کمپرسور دوار فشرده شده و سپس با سوخت گاز در محفظه احتراق ترکیب مي گردد 2- انبساط ایجاد شده در محفظه احتراق موجب حرکت کمپرسور, توربین و ژنراتور مي كردد. 3- كاز خروجي از دودكش به كود واج مجعرشيود. وارد توليد كتنده هاد رعنايقاريا نعاغت ياد هب كدد نا تصن بخار ديكري رأ تغذيه نمايد سس Lf nase }_ HRSG FIG. 29. A-combinedycle plan with four gas turbines anda team turbine generator, ‏از مزاياي آن أست.‎ Sane ‏اد مان‎ -6600 WES SEES اس/90000) 

صفحه 12:
تنوع مشخصات واحدهاي حرارقي (قوربين كاز و سيكل قر كيبي ‎(Cocobrard Opole Phot‏ atte ang) Rave boas در مشخصه نيروگاههاي سیکل تركيبي, برنامه ريزي براي تئزیع اقتصادي بار را با مشکل مواجه مي سازد مشخصه راندمان نیروگاه به تعداد واحدهاي گازي دارد. 2 Number of ges turbines operating vtous, Pann) FIG. 2.10 Combined cycle plant heat rate characteristic, 

صفحه 13:
واحدهاي تولید آبي- 0 سرام -داراي مشخصه اي شبیه واحدهاي بخار (ورودي دبي آب؛ خروجي مگاوات) - در محدوده حداقل خروجي تا مقدار نامي, مشخصه بصورت خطي است. ليكن در توانهاي بیش از مقدار نامي به دلیل کاهش راندمان » ميزان دبي آب مورد نیاز افزایش مي یابد. 0 400 = دم ولا i | pt, IW) Output, PIN) Gu, PIM PIG. 212 Hydroelectric unit input-output curve FIG. 243 Incremental water rate curve for hydroelectric plant, 

صفحه 14:
واحدهاي تولید آبي- 0 سرام با تغییر ارتفاع آب, مشخصه نیروگاه نیز تحت تاثیر قرار مي گیرد. ‎‘ore‏ ‏بنابراین برنامه ريزي براي اين_ واحدها نسبت به حالتي که در آن ارتفاع آب ثابت در نظر گرفته مي شود دشوار است زیرا؛ 1- تعداد مشخصه ها افزایش مي يابد 2- حداکثر ظرفیت نیروگاه با تغییر ارتفاع آب تغییر مي نماید. ۳7 FIG. 214 Input-output curves for hydroelectric plant with a variable head 

صفحه 15:
واحدهاي تولید تلمبه اي ذخیره اي-۳۲) مسا جمس6 لاس۳ -آب توسط پمپ به حوضچه هاي بالا دست انتقال مي یابد تا در زمانهاي مناسب براي تولید انرژي الكتريكي مورد استفاده قرار گیرد - در حالت نيروگاهي داراي مشخصه عادي مي باشند. لیکن در حالت پمپ در بارهاي کمتر از بار نامي از راندمان پمپ کاسته مي شود. بنابراین بار پمپ در شرایط بهره برداري ثابت نگه داشته مي شود. - این واحدهاي تولید به عنوان ذخیره چرخان نیز در بهره برداري از سیستم قدرت مورد استفاده قرار مي گیرند - مشخصه نيروگاههاي آبي تحت تاثیر زيادي | مهم و قابل توجه در بهره برداري از سیستمها رود. tr ۱ | منم ۱ | Input By (A) Output, Py (MN) FIG. 2.18 Input-output characteristics for a pumped storage hydroplant with a fixed net hydraulic head. 

صفحه 16:
madsg.com مرجع ثابل های علمی آموزشی 

تقسيم بندي زماني مطالعات سيستم قدرت بهره برداري از سيستمهاي قدرت اهميت اقتصادي تا سال 1973ميالدي و قبل از تحريم نفتي %20از درآمد كل شركتهاي توليد برق صرف هزينه سوخت مي شد. تا سال 1980اين رقم به %40رسيد .در دوره 5ساله متعاقب 1973بهاي سوخت رشدي معادل %25ساليانه داشته است. حداكثر بار ساالنه 10000 :مگاوات ضريب بار ساالنه60 :درصد نرخ متوسط ساالنه حرارتي جهت تبديل سوخت به انرژي الكتريكي btu 10500 :به ازاي هر كيلووات ساعت هزينه متوسط سوخت]MBtu/$[ 3 : چنانچه بتوان در بهره برداري از اين سيستم درصد كوچكي صرفه جويي كرد مقدار قابل توجهي هزينه بهره برداري كاهش خواهد يافت فهرست مطالب توليد واحدهايتوليد مشخصاتواحدهاي مشخصات حرارتي واحدهايحرارتي بينواحدهاي باربين اقتصاديبار توزيعاقتصادي مسئلهتوزيع مسئله ٍٍEconomic ‏Economic Dispatch ‏Dispatch بار اقتصاديبار توزيعاقتصادي درتوزيع انتقالدر شبكهانتقال تلفاتشبكه تاثيرتلفات تاثير نيروگاهها بيننيروگاهها بين نيروگاهها دادننيروگاهها قراردادن درمدارقرار درمدار ‏Unit ‏Unit Commitment ‏Commitment توليد خودكارتوليد كنترلخودكار كنترل قدرت سيستمقدرت امنيتسيستم امنيت مشخصات واحدهاي توليد حرارتيThermal Units - • پارامترهاي متعدد در مطالعات سيستم قدرت • مشخصه ورودي-خروجي بعنوان مهم ترين پارامتر در بهره برداري اقتصادي از سيستم قدرت ورودي ناخالص :سوخت واحد توليد است بر حسب نرخ حجم سوخت مصرفي ،نرخ ارزش حرارتي آن و يا نرخ هزينه بيان مي شود. ‏of gross 2-6% نرخ حرارتي ورودي ():)Heat rate (H ‏MBtu/h :Fنرخ هزينه (ضرب بهاي سوخت در نرخ حرارت ورودي ( بر حسب واحد پول بر ساعت) مشخصات واحدهاي توليد حرارتي(ورودي-خروجي)Input-output - هزينه بهره برداري= هزينه پرسنل+نگهداري+هزينه سوخت مشخصه ورودي-خروجي واحدهاي توليد از طريق طراحي و يا آزمايش هاي حرارتي بدست مي آيد. اين مشخصه ها ممكن است با گذشت زمان از بهره برداري نيروگاه ها تغيير يابند. در حالت ايده آل منحني بصورت محدب و هموار نشان داده مي شود. حداقل بارقابل توليد توسط واحد به علت پايداري احتراق سوخت و محدوديتهاي طراحي بويلر ديكته مي گردد مشخصات واحدهاي توليد حرارتي(نرخ افزايشي حرارتي)Incremental Heat Rate- • مشتق مشخصه ورودي-خروجي • (تغييري كه در نرخ حرارتي به ازاي تغيير در توان خروجي واحد) ايجاد مي شود • با ضرب نرخ حرارتي افزايشي در بهاي سوخت ،هزينه افزايشي سوخت حاصل مي گردد. مشخصات واحدهاي توليد حرارتي(نرخ خالص حرارتي )H/P نشان دهنده حرارت ورودي مورد نياز به ازاي هر كيلووات ساعت خروجي است (معكوس راندمان) .تابعي از پارامترهاي طراحي از قبيل شرايط اوليه بخار ،مراحل احياي حرارتي ،درجه حرارت احيا، فشار كندانسور و پيچيدگي سيكل احياي تغذيه است. ‏kwh=3412 Btu 1 راندمان واحدهاي بخار= 35- 30درصد مشخصات واحدهاي توليد حرارتي نقاط مربوط به مشخصه ورودي-خروجي بعد از تعيين به صورت چند جمله اي تقريب زده مي شوند. • تقريب به صورت درجه دوم كفايت مي نمايد. • تقريب تكه اي خطي در هر دو روش اشاره شده مي توان مشخصه را بصورت جدول نشان داد تنها در روش اول مشخصه بصورت تابع تحليلي پيوسته قابل بيان است نحوه نمايش مشخصه هاي ورودي-خروجي واحدها به روش مطالعه مسئله بهره برداري بستگي دارد تنوع مشخصات واحدهاي توليد بخاري واحدهاي بزرگ بخار داراي چند شير بخار مي باشند با افزايش بار واحد بخار ورودي نيز افزايش يافته و نرخ افزايشي بين نقاط گشايش شيرها كاهش مي يابد. با باز شدن يك شير تلفات دريچه كنترل بخار به سرعت افزتيش يافته و موجب جهش ناگهاني در نرخ حرارت مي گردد. در نتيجه موجب ناپيوستگي در مشخصه نرخ افزايشي حرارتي مي گردد. با توجه به نامحدب بودن اين مشخصه ها استفاده از آنها ،در روشهاي بهينه سازي محدود مي گردد. تنوع مشخصات واحدهاي توليد بخاري (نيروگاه شاخك مشترك)Common Header- شامل تعدادي بويلر مي باشد كه به يكمسير اصلي بخار (شاخك) متصل اند عمدتًا به منظور تامين بخار مورد نيازبراي نواحي پرجمعيت در طول دهه 1960ميالدي به تدريج ازرده خارج شده اند تنوع مشخصات واحدهاي حرارتي (توربين گاز و سيكل تركيبي)Combined Cycle Plant- -1در توربين سيكل ساده، هواي ورودي در يك كمپرسور دوار فشرده شده و سپس با سوخت گاز در محفظه احتراق تركيب مي گردد -2انبساط ايجاد شده در محفظه احتراق موجب حركت كمپرسور ،توربين و ژنراتور مي گردد. -3گاز خروجي از دودكش به سيكلشود خروجي مي هوا وارد ساده وارد توليد كننده گاز گردد تا بازيافت بخار مي هاي حرارتي ساده=-25 راندمان سيكل -4 توربين بخار ديگري را تغذيه نمايد %30 راندمان باالي سيكل از مزاياي آن است خالص پيك (نرختامين -5 بار-6600 حرارتي )9000Btu/Kwh . تنوع مشخصات واحدهاي حرارتي (توربين گاز و سيكل تركيبي)Combined Cycle Plant- وجود ناپيوستگي و شيب منفي در مشخصه نيروگاههاي سيكل تركيبي ،برنامه ريزي براي تئزيع اقتصادي بار را با مشكل مواجه مي سازد مشخصه راندمان نيروگاه به تعداد واحدهاي گازي بستگي دارد. واحدهاي توليد آبيHydroelectric Units - داراي مشخصه اي شبيه واحدهاي بخار (ورودي دبي آب؛ خروجي مگاوات) در محدوده حداقل خروجي تا مقدار نامي ،مشخصه بصورت خطي است.ليكن در توانهاي بيش از مقدار نامي به دليل كاهش راندمان ،ميزان دبي آب مورد نياز افزايش مي يابد. واحدهاي توليد آبيHydroelectric Units - با تغيير ارتفاع آب ،مشخصه نيروگاه نيز تحت تاثير قرار مي گيرد. بنابراين برنامه ريزي براي اين واحدها نسبت به حالتي كه در آن ارتفاع آب ثابت در نظر گرفته مي شود دشوار است زيرا: -1تعداد مشخصه ها افزايش مي يابد -2حداكثر ظرفيت نيروگاه با تغيير ارتفاع آب تغيير مي نمايد. واحدهاي توليد تلمبه اي ذخيره ايPumbed Storage Hydroelectric Plant- آب توسط پمپ به حوضچه هاي باال دست انتقال مي يابد تا در زمانهايمناسب براي توليد انرژي الكتريكي مورد استفاده قرار گيرد در حالت نيروگاهي داراي مشخصه عادي مي باشند .ليكن در حالت پمپدر بارهاي كمتر از بار نامي از راندمان پمپ كاسته مي شود .بنابراين بار پمپ در شرايط بهره برداري ثابت نگه داشته مي شود. اين واحدهاي توليد به عنوان ذخيره چرخان نيز در بهره برداري ازسيستم قدرت مورد استفاده قرار مي گيرند مشخصه نيروگاههاي آبي تحت تاثير زيادي از ساختارهاي هيدروليكيقرار دارند .بنابراين هماهنگي نيروگاههاي آبي و حرارتي از موضوعات مهم و قابل توجه در بهره برداري از سيستمهاي قدرت به شمار مي رود.