الگوسازی تأمین برق مناطق روستایی با ترکیب انرژی‌های تجدیدپذیر

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، دانشیار دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، در پژوهش تازه‌ای استفاده از سامانه‌های ترکیبی برای تأمین برق مناطق دورافتاده را مورد ارزیابی فنی و اقتصادی قرار داده است.

 علی‌بخش کسائیان گفت: با توجه به دشواری و هزینه‌بر بودن توسعه خطوط انتقال شبکه سراسری برق در مناطق محروم و دورافتاده، امروزه سامانه‌های ترکیبی انرژی‌های تجدیدپذیر به عنوان راه حلی مؤثر برای تأمین برق به صورت مستقل از شبکه سراسری برق در نظر گرفته می‌شوند. این سامانه‌ها مبتنی بر تولید همزمان از چندین منبع تجدیدپذیر مانند خورشید و باد هستند که به همراه سامانه‌های ذخیره‌ساز می‌توانند بر ماهیت متناوب منابع تجدیدپذیر غلبه کرده و انرژی را با قابلیت اطمینان بالا و بصورت مقرون به صرفه فراهم کنند.

بنا به گزارش دانشگاه تهران، وی در معرفی این پژوهش گفت: در این پژوهش که در قالب بخشی از رساله دکتری محمدامین وزیری‌راد انجام شد، برای نخستین بار در کشور، امکان‌سنجی اقتصادی استفاده همزمان از پنل‌های خورشیدی، توربین‌های بادی، چرخه رانکین آلی (ارگانیک) به همراه ذخیره‌سازی حرارتی و سامانه ذخیره‌ساز شیمیایی (بانک باتری) مورد تحلیل قرار گرفت و روستای آشار استان سیستان و بلوچستان به عنوان منطقه‌ای مسکونی (دارای حدود ۱۰۰۰ خانوار) با چالش‌های فراوان تأمین انرژی جهت مطالعه موردی در نظر گرفته شد.

آقان کسائیان، درباره فرآیند انجام این مطالعه، گفت: ابتدا یک چرخه رانکین آلی شامل کلکتور سهموی خورشیدی به عنوان منبع حرارتی، با استفاده از الگوریتم ژنتیک در نرم‌افزار متلب (MATLAB) بهینه‌سازی شد. سپس پروفایل توان سالیانه تولیدی چرخه، بهینه‌سازی شده و وارد نرم‌افزار هومر (HOMER) شد؛ نرم‌افزاری که توسط آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر آمریکا جهت بهینه‌سازی سامانه‌های ترکیبی انرژی تهیه شده است. طی این مطالعه برای نخستین بار، چرخه رانکین در کنار منابع متداول انرژی تجدیدپذیر در این نرم‌افزار شبیه‌سازی شد. راندمان چرخه رانکین بدست آمده مابین ۱۵ الی ۳۰ درصد (متوسط بازدهی بیش از ۲۵ درصد) با مساحت کلکتور خورشیدی حدود ۱۰۰۰ متر مربع بوده است.

دانشیار گروه انرژی‌های نو و محیط زیست دانشکده علوم و فنون دانشگاه تهران همچنین درباره نحوه عملکرد فنی این سامانه، افزود: در این سامانه، کلکتور‌های سهموی، حرارت خورشید را بر روی مجاری سیال حاوی روغن ترمینول متمرکز کرده و دمای سیال را افزایش می‌دهند. سپس پمپ‌ها سیال را به سامانه ذخیره‌ساز حرارتی ارسال می‌کنند تا در مواقع نیاز به تولید انرژی، بخش ذخیره‌ساز، روغن حرارتی را به مبدل حرارتی ارسال کرده و دمای سیال کاری تولوئن را به بیش از ۳۸۰ درجه سانتیگراد افزایش دهد. در نهایت، بخار ایجاد شده به توربینی با توان نامی حدود ۲۰۰ کیلووات ارسال می‌شود تا برق تولید شود و با سرد کردن سیال کاری، این چرخه به شکل مداوم تکرار می‌شود.

استاد راهنمای این پژوهش گفت: در سامانه طراحی‌شده، به شکل نوآورانه‌ای مابقی توان مورد نیاز منطقه مسکونی با ترکیب پنل‌های خورشیدی (حدود ۴۶ درصد)، توربین‌های بادی (حدود ۲۴ درصد) و بانک باتری (حدود ۱۸ درصد) تأمین می‌شود. از نظر اقتصادی، هزینه انرژی نهایی این سامانه کمتر از ۰.۲۸ دلار بر کیلووات ساعت و دارای صرفه اقتصادی مطلوبی در مقایسه با سایر سامانه‌های ۱۰۰ درصد تجدیدپذیر جهانی بوده است. ضمن اینکه سامانه توسعه داده شده از انتشار بیش از ۱۰۰۰ تن دی اکسید کربن در سال جلوگیری می‌کند که گامی مؤثر در جهت کاهش آلاینده‌های ناشی از تولید انرژی در کشور خصوصاً در مقایسه با برق سراسری شبکه است.

عضو هیأت علمی دانشگاه تهران، درباره یافته‌های این پژوهش، گفت: نتایج شبیه‌سازی همچنین نشان داد که این سامانه قادر به تأمین بیش از ۳۵۰۰ کیلووات ساعت در روز برق با قابلیت اطمینان بالا است که می‌تواند خاموشی‌های برق را در منطقه مورد مطالعه به نزدیک صفر برساند. علاوه بر این، رویکرد نوآورانه استفاده از چرخه رانکین در کنار پنل خورشیدی و توربین بادی، به شکل مؤثری منجر به کاهش حدود ۱۰ درصدی ظرفیت بانک باتری شد که این تلاش در راستای رفع چالشی جهانی در سامانه‌های مستقل از شبکه سراسری برق قرار دارد. کاهش انتشار گاز‌های آلاینده، مقابله با گرمایش جهانی، تولید مقرون به صرفه انرژی در مناطق دورافتاده، بهبود قابلیت اطمینان منابع تجدیدپذیر انرژی و افزایش امنیت انرژی از مزایای استفاده از چنین سامانه‌هایی در کشور خواهد بود.

به نقل از دانشگاه تهران، مقاله منتج از این پژوهش با مشارکت پژوهشگرانی از دانشگاه شیان جائوتونگ چین و دانشگاه لاپن‌رانتا فنلاند در شماره ۸۹ نشریه «شهر‌ها و جامعه پایدار» از  مجلات انتشارات الزویر منتشر شده است.