پروژه برق از نیروی باد - بررسی نیروگاههای بادی

فصل اول
تولید برق با استفاده از نیروی باد
مقدمه
در بسیاری از کشورهای جهان، توسعه نیروگاه های بادی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است، زیرا در این نیروگاه ها، بدون آلوده کردن محیط زیست می توان برق تولید کرد. اما بسیاری از شرکت های تولید برق مایل نیستند بخش اعظم ظرفیت تولید خود را به نیروگاه های بادی واگذارند، زیرا این منبع انرژی به طور دائم در دسترس نیست. نیروگاه های بادی را نمی توان همانند نیروگاه های متداول و معمولی کنترل کرد و این نیروگاه ها شدیداً وابسته به حضور باد هستند، در نتیجه ممکن است میزان تولید برق سالیانه در نیروگاه های بادی بسیار متغیر باشد. هر یک از این دو عامل را می توان از جنبه های مختلف خطر پذیری و ریسک دانست که این موضوع به موازات تجدید ساختار صنعت برق و در نتیجه رقابتی تر شدن آن اهمیت فوق العاده ای برخووردار شده است.
برای کاهش خطرات ناشی از متکی بودن به نوع خاصی از سوخت و یا فناوری تولید برق ، می توان از راهکارهای خاص برنامه ریزی منابع که در بر گیرنده روش های مختلف برای تنوع بخشیدن به منابع و فناوری های تولید برق است، استفاده کرد. برای ارزیابی هزینه های نسبی که مشخص کننده زمان مناسب برای ساخت یک نیروگاه برق است نیز می توان از تئوری گزینه های مالی بهره جست. روش دیگری برای اجتناب از ریسک، معاملات تأمینی است که شامل معاملات با قرار دادهای سلف می شود.
با به کار گیری اصول تئوری و عملی مربوط به برنامه ریزی منابع که در بالا ذکر شد، شرکت ها می توانند ریسک های احتمالی موجود در محیط های رقابتی را مورد شناسایی قرار داده و از احتال بروز آ«ها بکاهند.
در کشورهای که صنعت برق تحت نظارت دولت است، مصرف کنندگان و شرکت های برق به طور مشترک ریسک ها را به عهده می گیرند؛ اما عده ای معتقدند که بخش اعظم ریسک متوجه مصرف کنندگان می شود، زیرا در چنین کشورهایی، تولید برق به طور انحصاری در دست شرکت های برق است و نرخ بازگشت سرمایه توسط دولت تضمین می شود. اما به موازات حرکت بازارهای برق به سمت آزاد سازی هر چه بیشتر، شرکت های برق تلاش می کنند تا انواع مختلف خطرات و ریسک هایی را که قبلاً می توانستند از آنها چشم پوشی کنند مورد شناسایی قرار دهند و ابعاد آ«ها را ارزیابی کنند. از جمله این ریسک ها می توان به مواردی چون عدم تکمیل واحد جدید تولید برق در زمان مورد نیاز، افزایش بهای سوخت و قوانین جدید مربوط به انتشار آلاینده ها اشاره کرد. از چند جهت ریسک های مربوط به نیروگاه های ادواری همچون نیروگاه های بادی را می توان مورد بحث و بررسی قرار داد. یکی از بارز ترین انواع ریسک که متوجه نیروگاه های بادی می شود این است که ممکن است این نیروگاه ها در زمان مورد نیاز قادر به تولید برق نباشند. ولی این احتمال خطر تقریباً معادل ریسکی است که متوجه نیروگاه های برق معمولی می شود و آن عدم امکان محاسبه دقیق روند تحولات قیمت سوخت در خلال عمر مفید این نیرو گاه ها است. اگر چه سوخت مورد نیاز نیروگاه های بادی بسیار ارزان است و به وفور یافت می شود، ولی نمی توان از قبل زمان دقیق دستیابی به این منبع انرژی را پیش بینی کرد. سایر خطراتی که از نیروگاه های برق سنتی را مورد تهدید قرار می دهند عبارتند از : قوانین و مقرراتی که این نیروگاه ها را مجبور به کاهش تولید آلاینده ها می کنند و در نتیجه باعث می شوند که هزینه های تولید برق افزایش یابد. شرکت های برقی که در حال تجدید ساختار هستند، سعی می کنند تا با اصول مربوط به تجزیه و تحلیل ریسک ها آشنا شوند و از فواید و محسنات نیروگاه های بادی اطلاع یابند. با گذشت زمان، تولید کنندگان برگ و بازارهای مرتبط با آن و همچنین سیستم های تولید و توزیع برق، بیش از پیش در عملکردها و اقدامات خود ریسک ها و جنبه های مختلف آن را مد نظر قرار می دهند.
مقاله حاضر به بررسی برخی از عوامل مؤثر بر عملیات نیروگاه های بادی و و نیز برنامه ریزی برای اینگونه نیروگاه ها می پردازد. با وجود تمایل عمومی به سمت روش های نوین و تجدید ساختار صنعت برق ، تأسیساتی مه قصد به خدمت گرفتن نیروگاه های بادی را دارند، در ارزیابی این نیروگاه ها با سؤالات اساسی پیرامون تناوت دسترسی به باد و اثرات این عدم استمرار بر عملکرد سیستم های تولید برق مواجه می شوند. برای حل مشکل عدم استمرار دسترسی به باد، پیش بینی های دقیق جریان های هوا و باد بسیار مفید هستند. مسأله مهم دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، ارزیابی ظرفیت برق آنها جوابگوی تقاضا هست یا خیر. این امر مار ا به سمت ارزیابی قابلیت اطمینان این نیروگاه هاو نیز اقدامات مبتنی بر این ارزیابی ها سوق می دهد. صنعت تولید برق طیف وسیعی از شرکت ها های کوچک با یک یا دوواحد تولید برق طیف وسیعی از شرکت ها را شامل می شود که در این میان از شرکت های کوچک با یک یا دو واحد تولید برق گرفته تا شرکت های عظیم که صاحب نیروگاه هایی به ظرفیت 30 هزار مگاوات و یا بیشتر هستند، به چشم می خورد. در بررسی صنایع برق کشورهای مختلف، اعم از صنایعی که هنوز تحت نظارت دولت هستند و یا آ«هایی که مرحله تجدید ساختار را پشت سر گذارده اند، منظور از واژه تأسیسات که در این مقاله به کار رفته است، ژنراتور برق و یا شرکت های تولید برق است. علاوه بر این، چنین فرض شده است که حداقل بعضی از این شرکت های برق ، مجهز به نیروگاه های بادی و نیز واحدهای تولید برق سنتی هستند و همچنین این شرکت ها در حال سپری کردن تجدید ساختارند. صنعت برق تا کنون چنین تجربه ای کسب نکرده است . انگلستان یکی از اولین کشورهایی بود که به تجدید ساختار صنعت برق، خود اقدام کرد.
صنعت برق این کشور اخیراً تغییرات تغییرات چشمگیری در بیاری از جنبه های عملیاتی صنایع تولید برق ایجاد کرده است. وقایع اخیر در بازار برق ایالت کالیفرنیا، ثابت کرد که عواملی چون کافی بودن عرضه برق، قابلیت اطمینان اطمینان نیروگاه ها، و ارزیابی ظرفیت تولید، هنوز از اهمیت بالایی برخوردار هستند. مقاله حاضر، بحث خود در خصوص بازار برق را مبتنی بر این فرض قرار داده است که روند تجدید یاختار صنایع برق در کل جهان هنوز در جریان است و به نتیجه نهایی نرسیده است. بسیاری از مسادل فنی و زیر بتایی وجود دارند که بازار باید به آ«ها توجه کند و ممکن است قوانین اولیه بازار و و حتی قوانین بازنگری شده بعدی نیز تمامی این مسائل و موارد را مورد توجه قرار ندهند.
نتایجی که در این مقاله ارائه شده است، حاصل مطالعات متعددی است که در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر ایالات متحده (NREL) با استفاده از روش های شبیه سازی تولید برق که مبتنی بر داده های واقعی مربوط به سرعت بادد، ژنراتور و بار الکتریکی است، صورت پذیرفته است. عاوه بر این، از اطلاعات مربوط به چندین شرکت برق و نیروگه های بادی در مقاله حاضر استفاده شده است. اطلاعات ساعت به ساعت که برای نیروی باد استفاده می شود مبتنی بر داده ای واقعی باد بوده و در منحنی های قدرت انواع مختلف توربین های بادی را به طور ساعت به ساعت محاسبه کرد. برنامه های شبیه سازی تولید برق و ارزیابی قابلیت اطمینان نیروگاه ها که در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته اند عبارتند از برنامه elfin و P+ . به دنبال تجدید ساختارهای شرکت برق، این دو برنامه برای بازارهای جدید برق، بازنویسی شدند ولیکن الگوریتم های اولیه محاسبه حداقل هزینه ها هنوز اساس و پایه این برنامه ها را تشکیل می دهد. نتایج حاصل از مدل های تجربی قابلیت اطمینان در طول زمان که در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید پذیر (NREL) یه اجرا در آمده اند نیز در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه با اجرای تغییرات ساختاری، بعضی از اهداف تغییر یافته اند و بر روی مسائل دیگری تأکید شده است، ولی شرکت ها همواره به انتخاب بهترین راه برای تولید برق و افزایش هرچه بیشتر سودآوری ترغیب می شوند. برای تضمین میان عرضه برق، اتخاذ یکی از دو روش زیر یعنی قیمت گذاری مبتنی بر قابلیت اطمینان و یا نظارت دولت ضروری به نظر می رسد.
با طرح سؤالات زیر می توان بعضی از عوامل مربوط به استفاده از نیروگاه های بادی در صنایع برقی را معرفی کرد.
آیا اضافه کردن یک نیروگاه بادی می تواند باعث افزایش ارزش شرکتی شود که خود دارای نیروگاه های متعدد و گوناگون تولید برف است؟ آیا نیروگاه های بادی می توانند باعث کاهش نیاز به نیروگاه های معمولی و سنتی شوند؟ اگر چنین است، چه میزان از برق تولیدی را می توان به این نوع نیروگاه ها واگذار کرده و میزان این واگذاری را چطور می توان محاسبه کرد؟ آیا عدم استمرار دسترسی به نیروی بادی باعث بروز مشکلات اساسی بار ی سیستم های تولید برق می شود؟ در صورت مثبت بودن پاسخ این پرسش، چگونهمی توان این مشکلات را مرتفع کرد؟ آیا صاحبان نیروگاه های بادی قادر خواهند بود در بازارهای روزانه رقابت کنند و جایگاهی در ساختار چنین بازارهایی داشته باشند؟