پایان نامه بررسی کمی – کیفی ساختار و تاثیر احداث نیروگاه های تلمبه – ذخیره ای در مدیریت بار و قابلیت اطمینان شبکه قدرت
مقدمه:
نیروگاه برق آبی تلمبه – ذخیره ای روشی برای ذخیره کردن و تولید برق به منظور تأمین تقاضای پیک بالا (حداکثر تقاضای مصرف برق) می باشند که به واسطه حرکت آب بین دو مخزن ذخیره آب در ارتفاعات متفاوت هستند. در زمان تقاضای کم برق، ظرفیت تولید برق اضافی برای پمپاژ آب به مخزن آب در ارتفاع بالاتر مصرف می شود. وقتی که تقاضای برق بیشتر است آب از ارتفاع بالا از طریق توربین تولیدکننده برق به طرف مخزن آب پایین تخلیه می شود. مجموع توربین و ژنراتور قابل تغییر (برگشت) مانند پمپ و توربین عمل می کنند (معمولاً طرح توربین فرانسیس). بعضی از تأسیسات از معادن متروکه به عنوان مخزن پایین تر استفاده می کنند، ولی بسیاری از آنها از اختلاف ارتفاع بین دو حجم طبیعی آب یا از مخازن مصنوعی آب استفاده می کنند.
نیروگاه های تلمبه- ذخیره ای فقط آب را بین دو مخزن انتقال می دهند. ولی نیروگاه های ترکیبی تلمبه ذخیره ای مانند نیروگاه های برق آبی سنتی از طریق جریان رودخانه طبیعی برق تولید می کنند. نیروگاه هایی که از روش تلمبه- ذخیره ای استفاده نمی کنند نیروگاه های برق آبی سنتی گفته می شوند. نیروگاه های برق آبی سنتی که دارای ظرفیت ذخیره قابل توجه هستند ممکن است بتوانند نقش مشابهی مانند ذخیره – تلمبه ای در شبکه ایفا کنند.
با توجه به تلفات تبخیر از طریق سطح آب و تلفات تبدیل، تقریباٌ بین 70 تا 85 درصد انرژی الکتریکی مصرف شده برای پمپاژ و انتقال آب به مخزن واقع در ارتفاع بالا را می توان مجدداٌ دریافت کرد. این روش هم اکنون مقرون به صرفه ترین وسیله ذخیره مقادیر زیاد انرژی الکتریکی براساس بهره برداری است. ولی هزینه های سرمایه و وجود جغرافیای مناسب عوامل مهم تصمیم گیری در این مورد هستند.
تراکم انرژی نسبتاً کم سیستم های تلمبه ذخیره ای به حجم بسیار زیاد آب یا اختلاف ارتفاع زیاد بین دو منبع آب نیاز دارند. مثلاً 1000 کیلوگرم آب (1 متر مکعب) در بالای برج 100 متری حدود 272 کیلووات پتانسیل انرژی دارد. تنها راه ذخیره کردن مقدار قابل توجه انرژی، داشتن حجم زیاد آب در روی تپه ای نسبتاً نزدیک، ولی تا حد امکان در ارتفاع بالاتر و داشتن حجم آب دوم در منبع پایین است. در بعضی مکان ها این شرایط به طور طبیعی اتفاق می افتد و در شرایط دیگر یکی از منابع آب یا هر دو منبع آب به دست انسان ساخته و تهیه می شود. این سیستم مقرون به صرفه است چون نوسان های بار را در شبکه برق یکنواخت می کند و اجازه می دهد نیروگاه های حرارتی مانند نیروگاه های ذغال سنگی و نیروگاه های هسته ای که برق بار پایه را تولید می کنند بتوانند با راندمان پیک یا حداکثر (نیروگاه های بار پایه) به کار خود ادامه دهند در حالیکه نیاز به نیروگاه هایی که سوخت های پرهزینه مصرف می کنند را کاهش می دهند.
بهرحال هزینه سرمایه برای ساخت نیروگاه های ذخیره ای آبی زیاد است. نیروگاه های تلمبه ذخیره ای به کنترل فرکانس شبکه برق کمک می کنند و تولید برق را ذخیره می کنند. نیروگاه های حرارتی کمتر قادرند پاسخگوی تغییرات ناگهانی تقاضای برق باشند و باعث ناپایداری فرکانس و ولتاژ می شوند.
نیروگاه های تلمبه ذخیره ای مانند سایر نیروگاه های برق آبی می توانند در مدت چند ثانیه در مقابل تغییرات بار از خود عکس العمل نشان دهند. نمونه ای از نیروگاه تلمبه ذخیره ای طرح تلمبه- ذخیره ای festinog در ولز (Wales) شمالی است که چهار توربین آبی دارد و 360 مگاوات برق در مدت 60 ثانیه در هنگام نیاز به برق تولید می کند.
اولین بار از سیستم تلمبه- ذخیره ای در دهه 1890 در ایتالیا و سوییس استفاده شد. در دهه 1930 توربین برق آبی قابل برگشت ساخته و در دسترس قرار گرفت. این توربین ها می توانستند به صورت توربین – ژنراتور و در جهت عکس یا بطور معکوس به صورت پمپ های مجهز به موتور الکتریکی عمل کنند. آخرین توربین ها در مقیاس بزرگ فن آوری مهندسی توربین های دارای سرعت متغیر هستند که از راندمان بالاتری برخوردار هستند. این توربین ها همزمان با فرکانس شبکه، برق تولید می کنند و مستقل از فرکانس شبکه به صورت موتور پمپ عمل می کنند.
استفاده یا کاربرد جدید سیستم تلمبه ذخیره ای یکنواخت کردن نوسانات خروجی منبع برق متناوب است. سیستم تلبمه ذخیره ای در زمان بازده بالا و تقاضای کم در حالیکه ظرفیت پیک اضافی تولید می کند بار اضافی را نیز جذب می کند. در بعضی از نقاط دنیا قیمت برق نزدیک به صفر یا گاهی حالت منفی دارد (انتاریو کانادا در اوایل سپتامبر 2006) که در این شرایط نشان دهنده این نکته است که تولید برق بیشتر از بار مصرفی است. احتمالاً سیستم های تلمبه – ذخیره ای برای تعادل تولید برق از طریق نیروگاه فتوولتاییک با مقیاس بسیار زیاد حایز اهمیت خواهد بود. در سال 2000، ایالات متحده آمریکا دارای ظرفیت تلمبه- ذخیره ای به میزان 5/19 گیگاوات بود که 5/2 درصد ظرفیت تولید بار پایه این کشور را به عهده داشت. نیروگاه PHS منفی 5/5 گیگاوات ساعت انرژی تولید کرده است چون برای پمپاژ آب انرژی بیشتر از انرژی تولیدی مصرف می شود که به دلیل تبخیر آب، راندمان توربین و یا پمپ الکتریکی و فرسایش، تلفات انرژی اتفاق می افتد. در سال 1999، اروپا از مجموع 188 گیگاوات نیروی برق آبی 32 گیگاوات ظرفیت تلمبه ذخیره ای داشت که نشاندهنده 5/5 درصد مجموع ظرفیت برق در اروپا است.
2-1 : فن آوری های احتمالی
درمورد استفاده از منابع زیرزمینی مانند سدهای پایین تر تحقیقات به عمل آمده است. از معادن نمک می توان به عنوان منبع ذخیره آب در نیروگاه های تلمبه- ذخیره ای استفاده کرد اگرچه حل نمک ناخواسته می تواند مسئله ساز باشد. در صورت امکان از تأسیسات زیرزمینی برای این نوع نیروگاه ها می توان استفاده کرد و تأسیسات تلمبه – ذخیره ای آنها را توسعه داد روشی جدید در سیستم تلمبه – ذخیره ای استفاده از توربین های بادی برای به کار بردن در پمپ های آب است. این توربین ها با دریافت انرژی از باد باعث افزایش کارایی و راندمان نیروگاه تلمبه ذخیره ای می شوند.
3-1 : نیروگاه های تلمبه ذخیره ای در کشورهای جهان
1) استرالیا
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای 80 مگاواتی “بندیلا” سال 1977 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای 160 مگاواتی “کانگرو” ولی سال 1977 .
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای 1500 مگاواتی “تموت تری” سال 1973 .
4- نیروگاه تلمبه ذخیره ای 500 مگاواتی “وی ون هو” .
2) لهستان
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای دای چو با ظرفیت 5/79 مگاوات .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای نیدزیکا با ظرفیت 6/92 مگاوات.
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای پرایکا- زار با ظرفیت 500 مگاوات.
4- نیروگاه تلمبه ذخیره ای سولینا با ظرفیت 200 مگاوات.
5- نیروگاه تلمبه ذخیره ای زرنوویک با ظرفیت 716 مگاوات .
6- نیروگاه تلمبه ذخیره ای ریدو با ظرفیت 150 مگاوات.
3)اتریش
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای هاسلینگ با ظرفیت 360 مگاوات سال 1988 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای لونرسی و رک دارای ظرفیت 232 مگاوات سال 1958 .
3- نیروگاه کرافت و رک گروپ فرگنت 100 مگاواتی .
4- نیروگاه کوتای با ظرفیت 250 مگاوات سال 1981 .
5- نیروگاه تلمبه ذخیره ای مالتا- هاپتسوف با ظرفیت 730 مگاوات سال 1979.
6- نیروگاه تلمبه ذخیره ای روداند ورک I، 198 مگاواتی سال 1952 .
7- نیروگاه تلمبه ذخیره ای روداند ورک II، 176 مگاواتی سال 1976 .
8- نیروگاه تلمبه ذخیره ای رب هگ 231 مگاواتی، سال 1972 .
9- نیروگاه تلمبه ذخیره ای سایلز 500 مگاواتی سال 1981 .
4) بلژیک
نیروگاه تلمبه ذخیره ای کو (Coo) 1100 مگاواتی سال 1979.
5)بلغارستان
پاوک PAVEC چیرا با ظرفیت 800 مگاوات سال 1998 .
6) کانادا
نیروگاه تلمبه ذخیره ای سرآدام بک در نزدیکی آبشارهای نیاگارا با ظرفیت 174 مگاوات سال 1957 با توربین های Deriaz .
7) چین
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای گنگزو با ظرفیت 2400 مگاوات سال 2000 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای تیان هنگپنگ 1800 مگاواتی سال 2001 .
8) کرواسی
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای 25/1 تا 14/1 مگاواتی لپیکا RHE سال 1985 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیرهای 276 تا 240 مگاواتی ویلبیت RHE سال 1984 .
9) جمهوری چک
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای دبلسیس 480 مگاواتی سال 1978.
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای دلوهه سترانه 650 مگاواتی سال 1996 .
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای ستسکو ویس 45 مگاواتی سال 1947 .
10) فرانسه
1- گرند مزون نیروگاه تلمبه ذخیره ای 1070 مگاواتی سال 1997 .
2- دکش La Coche نیروگاه تلمبه ذخیره ای 285 مگاواتی سال 1976 .
1- مونتزیک Montezic نیروگاه تلمبه ذخیره ای 920 مگاواتی سال 1983.
2- رانسی Rance نیروگاه جزر و مدی 240 مگاواتی سال 1966 با پمپ های برید Bybrid .
3- رون Revin نیروگاه تلمبه ذخیره ای 800 مگاواتی سال 1976 .
4- سوپر بیسورت Super Bissorte تلمبه ذخیره ای 720 مگاواتی سال 1978
11) پرتقال
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای اگویی را Aguieira 270 مگاواتی .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای الکوا Alqueva 260 مگاواتی .
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای آلتورباکو Alto Rabagao 72 مگاواتی .
4- نیروگاه تلمبه ذخیره ای توراو Torrao 144 مگاواتی .
5- نیروگاه تلمبه ذخیره ای ویلارینو 2، 74 مگاواتی.
12) روسیه
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای کیوبن Kuban 9/15 الی 2/19 مگاواتی سال 1968 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای زاگورسک Zagorsk 1200 الی 1320 مگاواتی سال 1994 .
3- زیلنچک Zelenchuk نیروگاه در دست ساخت 140 تا 6/150 مگاواتی .
13) صربستان
بجینابستا Bajina Basta نیروگاه تلمبه ذخیره ای با ظرفیت 614 مگاوات .
14) سلواکی
نیروگاه تلمبه ذخیره ای Cierny Vah با ظرفیت 16/735 مگاوات .
15) آفریقای جنوبی
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای درکنز برگ Drakensberg آفریقای جنوبی با ظرفیت 1000 مگاوات سال ساخت 1983 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای پالمیت (Palmiet) با ظرفیت 400 مگاوات .
16) اسپانیا
1- آگویو (Cantabria) Aguayo نیروگاه تلمبه ذخیره ای با ظرفیت 339 مگاوات .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Moralets– Liauset 210 مگاواتی .
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای La Muela (Valencla) 628 مگاواتی .
4- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Sallente– Estany Gento با ظرفیت 451 مگاوات .
5- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Tajo de la Encantada با ظرفیت 360 مگاوات .
6- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Tavascan– Montmara با ظرفیت 52 مگاوات .
7- نیروگاه تلمبه ذخیره ای ویلارینو Villarino با ظرفیت 810 مگاوات .
17) آلمان
1- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Erzhausen 220 مگاواتی سال 1964 .
2- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Geesttacht هامبورگ 120 مگاواتی سال 1958 .
3- نیروگاه تلمبه ذخیره ای گلدیشتال Goldisthal سال 2000، 1060 مگاواتی .
4- نیروگاه تلمبه ذخیره ای Happurg سال 1958، 160 مگاواتی .
5- نیروگاه تلمبه ذخیره ای گلدیشتال Goldisthal سال 2000، 1060 مگاواتی.
18) ایران
سیاه بیشه نیروگاه تلمبه ذخیره ای 1140 مگاواتی سال 1996 .
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.