محاسبه هزینه برق مصرفی در شرایط نفوذ بالای انرژی خورشیدی و استفاده از سیستم‌های ذخیره در شبکه قدرت ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده
سهم بالایی از ظرفیت‌سازی‌های انجام شده بر روی انرژی‌های تجدیدپذیر مربوط به انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر خورشیدی و بادی است. در کشور ایران با توجه به پتانسیل انرژی خورشیدی موجود، برنامه‌ریزی بلندمدت کشور برای توسعه این منبع انرژی علیرغم ذات تغییرپذیر بالای آن وجود دارد. بکارگیری این منابع تجدیدپذیر، چالش‌ها و هزینه‌های مستقیم و غیرمستقیمی را برای شبکه قدرت بدنبال دارد. یکی از آثار بکارگیری انرژی‌های تجدیدپذیرپذیر متغیر نیاز به جبران تغییرپذیری آنها به کمک سایر نیروگاه‌ها و همچنین ذخیره‌سازها است که باعث افزایش هزینه برق تحویلی به مصرف‌کننده می‌شود. این مقاله به بررسی هزینه تحمیل شده برای تامین برق در نتیجه نفوذ انرژی‌ خورشیدی و استفاده از ذخیره‌سازها می‌پردازد. از آنجایی که برای بررسی اثر یک متغیر، نیاز است سایر متغیرها ثابت نگه‌داشته شوند، فرض شده ضریب بهره‌برداری از نیروگا‌ه‌های تولید منعطف ثابت بماند. چهار سیستم ذخیره‌ساز مورد بررسی قرارگرفته‌اند: سیستم تلمبه‌ذخیره‌ای، باتری‌، تولید هیدروژن و استفاده از پیل سوختی و ترکیب هیدروژن با گاز در توربین گاز. نتایج حاصل نشان می‌دهند که هزینه همتراز شده برق با لحاظ زنجیره تولید و ذخیره‌سازی در سناریوهای مختلف به ترتیب 3/0، 09/0، 42/1 و 89/0 دلار به ازای کیلووات‌ساعت است. این مقادیر بیانگر آن هستند که نیروگاه تلمبه‌ذخیره‌ای و سپس باتری‌های در مقیاس شبکه می‌توانند ذخیره‌سازی انرژی را با کمترین هزینه انجام دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. -مراجع

    [1]   A. Shahsavari, Y. Hossein, and S. Esrafiel, Share of solar power in the global energy basket by 2030, Journal of Renewable and New Energy, pp. 116-121,

    1. (in Persian)

    [2]  H. Zibandeh, Examining the flexibility of the power system due to the increase of renewable energies and uncertainty, in 3rd International Conference on Electrical Engineering, Tehran, 2019. (in Persian)

    [3]  M. Mohammadi Khiyareh and A. Karshenasan, The Nonlinear Relationship Between Economic Growth, Energy Prices, and Renewable Energy: A Threshold Regression Approach, Journal of Renewable and New energy, 1396. (in Persian)

    [4]  H. Zibandeh, Examining the flexibility of the power system due to the increase of renewable energies and uncertainty, in 3rd International Conference on Electrical Engineering, Tehran, 2019. (in Persian)

    [5]  R. Pourdarbani, An Analysis of the Current Status and Future Demands of Renewable Energy in Iran and Its Marketing, Journal of Renewable and new energy, 1399. (in Persian)

    [6]  N. Khalilpur Tilmi, J. Rezaian, and I. Mahdavi, Multi-objective optimization for meeting electricity demand using scheduling of renewable resources and conventional resources, Iranian Electric Industry Journal Of Quality And Productivity, 2018. (in Persian)

    [7]  S. Ould Amrouche, D. Rekioua, T. Rekioua, and S. Bacha, Overview of energy storage in renewable energy systems, International Journal of Hydrogen Energy, 2023.

    [8]  N. Güntera and A. Marinopoulos, Energy storage for grid services and applications: Classification, market review, metrics, and methodology for evaluation of deployment cases, Journal of Energy Storage, 2016.

    [9]  E. M. G. Rodrigues, R. Godina, A. W. Bizuayehu, S. F. Santos, J. Contreras, and J. P. S. Catalao, Energy storage systems supporting increased penetration of renewables in islanded systems, Energy, 2014.

    [10] M. Bagheri, E. Zare Aliabadi, and A. Enzabati, Investigating the Impact of Using Renewable Resources in Meeting Power Grid Demand by Proposing a Bi-Objective Mathematical Model, Journal of Renewable and New Energy, 1398. (in Persian)

    [11] C. A. Hill, M. Clayton Such, D. Chen, J. Gonzalez, and W. Grady, Battery Energy Storage for Enabling Integration of Distributed Solar Power Generation, IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 3, No. 2, pp. 850-857, 2012.

    [12] K. C. Divya and J. Østergaard, Battery energy storage technology for power systems—An overview, Electric Power Systems Research, Vol 79, No. 4, 2009.

    [13] B. Lin and W. Wu, Economic Viability of Battery Energy Storage and Grid Strategy: A Special Case of China Electricity Market, Energy, 2017.

    [14] X. Fan, B. Liu, J. Liu, et al. Battery Technologies for Grid-Level Large-Scale Electrical Energy Storage, Trans. Tianjin Univ. Vol. 26, pp. 92–103, 2020.

    [15] C. Tarhan and M. A. Çil, A study on hydrogen, the clean energy of the future: Hydrogen storage methods, Journal of Energy Storage, 2021.

    [16] A. S. Larimi, A Review of the Sustainability of Resources and Systems for Hydrogen Production and Storage and Its Future, Journal of Renewable and New Energy, 1399. (in Persian)

    [17] F. J. de Sisternes, J. D. Jenkins, and A. Botterud, The value of energy storage in decarbonizing the electricity sector, Applied Energy, 2016.

    [18] Marco Cavana, Andrea Mazza, Gianfranco Chicco, and Pierluigi Leone, Electrical and gas networks coupling through hydrogen blending under increasing distributed photovoltaic generation, Applied Energy, 2021.

    [19] M. Ozturk and I. Dincer, System development and assessment for green hydrogen generation and blending with natural gas, Energy, 2022.

    [20] J. B. Cristello, J. M. Yang, R. Hugo, Y. Lee, and S. S. Park, Feasibility analysis of blending hydrogen into natural gas networks, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 48, No. 46, pp. 17605–17629, 2023.

    [21] M. Davis, A. Okunlola, G. Di Lullo, T. Giwa, and A. Kumar, Greenhouse gas reduction potential and cost-effectiveness of economy-wide hydrogen-natural gas blending for energy end uses, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 171, pp. 112962, 2023,

    [22] D. Kirchem and W. P. Schill, Power sector effects of green hydrogen production in Germany, Energy Policy, 2023.

    [23] M. Yue, H. Lambert, E. Pahon, R. Roche, S. Jemei, and D. Hissel, Hydrogen energy systems: A critical review of technologies, applications, trends and challenges, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021.

    [24] Y. Dong, Z. Hana, C. Li, S. Ma, and Z. Ma, Research on the optimal planning method of hydrogen-storage units in wind–hydrogen energy system considering hydrogen energy source, Energy Reports, 2023.

    [25] O. J. Guerra, J. Zhang, J. Eichman, P. Denholm, B. Hodge, and J. Kurtz, The Value of Seasonal Energy Storage Technologies for the Integration of Wind and Solar Power, Energy Environ Sci, 2020.

    [26] M. Jahangiri, M. Soulouknga, F. Bardei, A. Shamsabadi, E. Akinlabi, S. Sichilalu, A. Mostafaeipour, Techno-econo-environmental optimal operation of grid-wind-solar electricity generation with hydrogen storage system for domestic scale, case study in Chad, International Journal of Hydrogen Energy, 2019.

    [27] N.G. Kiryanova, P.V. Matrenin, S.V. Mitrofanov, S.E. Kokin, and M. Kh. Safaraliev, Hydrogen energy storage systems to improve wind power plant efficiency considering electricity tariff dynamics, International Journal of Hydrogen Energy, 2022.

    [28] E. Komuri Yousef Abad and M. Mirsoufian, Challenges of hydrogen fuel in gas turbines, in 29th International Conference of Mechanical Engineering, Tehran, 2021. (in Persian)

    [29] Y. Norollahi, H. Yousefi, R. Moltames, and R. Fattahi, Performance Evaluation of a Hydrogen Production System Using Combined Photovoltaic-Organic Rankine Cycle Technology, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 10, No. 2, pp. 36-45, 2023. (in Persian)

    [30] MAPNA group, Mapna MGT-75, Last accessed 21 November 2024; https://mapnagroup.com/mapnafeatures/mgt-75/.

    [31] IEA, LCOE and value-adjusted LCOE for solar PV plus battery storage, coal and natural gas in selected regions in the Stated Policies Scenario, 2022-2030.

    [32] B. A. Bhayo, H. H. Al-Kayiem, and S. I. Gilani, Assessment of standalone solar PV-Battery system for electricity generation and utilization of excess power for water pumping, Solar Energy, Vol. 194, pp. 766–776, 2019.

    [33] Y. Y. Siburian, P. Adriana, S. Danastri, and B. Priyono, Economic Analysis of Combination of Pumped Hydroelectric Storage (PHS) and Floating Photovoltaic + PV Roof Top + PV in empty land of Power Plant Area, in Proceedings of the 4th Asia Pacific Conference on Research in Industrial and Systems Engineering, 2022.

    [34] C. Hunter, E. Reznicek, M. Penev, J. Eichman, and S. Baldwin, Energy Storage Analysis, 2020.

    [35] N. D. Nordin and H. A. Rahman, Sizing and economic analysis of standalone photovoltaic system with hydrogen storage, in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 93, No. 1, 2017.

     

  • تاریخ دریافت 01 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 11 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 02 اسفند 1403