تازه های صنعت برق

استفاده از باتري‌هاي سولفور ـ سديم (NAS) با چگالي انرژي بالا براي ذخيره‌سازي انرژي الكتريكي هم‌اكنون كارشناسان در آزمايشگاه تحقيقاتي برق آمريكا (AEP) در ايالت اوهايو در حال آزمايش بر روي يك باتري جديد ساكن هستند كه قابليت انباشت مقدار زيادي انرژي الكتريكي جهت استفاده در زمان‌هاي اوج مصرف و كاربردهاي كيفيت توان(Power Quality Applications) را داراست. اين فن‌آوري مي‌تواند كمبودهاي توليد و محدوديتهاي انتقال را كه موجب خاموشي و ساير نارسايي‌هاي برقي مي‌شود، تأمين كند.
شركت برق توكيو (TEPCO) و شركت NGK ساخت باتري با چگالي بالاي سولفور ـ سديم (NAS) را طي دهه 1980 به نتيجه رساندند. به عنوان بخشي از اين فعاليت بيش از 20 نمونه نمايشي از باتريهاي مذكور از جمله دو واحد 6 مگاواتي در نيروگاههاي (TEPCO)،‌در ژاپن نصب شده‌اند. هر يك از اين واحدها مي‌توانند تا 48 مگاوات‌ساعت انرژي ذخيره شده براي كاربردهاي متوازن‌سازي بار روزانه فراهم كنند كه نياز به توليد برق لازم در ساعات اوج مصرف را كاهش مي‌دهد.
به عنوان بخشي از همكاريهاي مشترك TEPCO و NGK براي معرفي فن آوري NAS در آمريكا، مركز تحقيقات (AEP) يك باتري فشرده 5/12 كيلوواتي را در مركز فن آوري دولان (Dolan Technology Center) آزمايش مي‌كند . اين آزمايش اولين كاربرد باتري ساكن در امريكا با استفاده از فن‌آوري باتري سولفور – سديم خواهد بود.
ذخيره‌سازي انبوه و اقتصادي انرژي همواره به عنوان حلقه مفقوده حداكثرسازي بازده سيستم قدرت تلقي شده است. به نظر مدير شركت دولان، فن آوري باتري‌هاي NAS مي‌تواند اين حلقه مفقوده باشد. هزينه و سازگاري سيستم از عوامل اصلي ارزيابي اين سيستمها به شمار مي‌روند. در واقع باتري ابزار جديدي است كه براي حل مشكلات تحويل انرژي در آينده به كار گرفته مي‌شود.
بايد توجه داشت كه ذخيره‌سازي انرژي الكتريكي فكر جديدي نيست و قبلاً نيز با استفاده از فن آوريهاي ديگري چون چرخ طيار (Fly Wheels)، خازن‌ها، باتري‌هاي اسيد و سرب، هواي فشرده و ذخيره‌سازي انرژي مغناطيسي فوق هادي
(Super Conductivity Magnetic Energy Storage) انجام شده است.
آنچه كه فن‌آوري باتري NAS را متمايز مي‌كند، چگالي انرژي زياد، كارايي بالا و طول عمر زياد آن است . به نحوي كه چگالي انرژي باتري‌هاي NAS سه برابر باتري‌هاي اسيد و سرب معمولي است.
باتري مي‌تواند در 8 ساعت شارژ شده و انرژي الكتريكي ذخيره شده را در همان مدت پس داده و در صورت ثابت نگه داشتن دما در حدود 600 درجه فارنهايت، بطور نامحدود ذخيره كند.
باتري‌هاي سولفور ـ‌ سديم نياز به زيرساخت‌هاي لازم براي توليد، توزيع و انتقال جهت برآورده‌ساختن تقاضاي انرژي در زمانهاي اوج مصرف را كاهش مي‌دهند. باتري‌هاي مذكور مي‌توانند براي تحويل برق به مناطقي كه قبلاً‌ به علت محدوديت‌هاي انتقال و توزيع داراي كمبودهايي بوده‌اند، بكار برده شده و نيز به عنوان منبعي آماده براي حفاظت در مقابل اختلالات برق عمل كنند.
باتري NAS در ژاپن براي كاربردهاي متوازن سازي بار (Load Leveling) و نيز به عنوان يك منبع توان اضطراري و يا به عنوان واسطه (Suffer) براي خروجي ناپايدار منابع انرژي طبيعي از قبيل باد و انرژي خورشيدي مورد آزمايش قرار گرفته‌اند.
استفاده از باتري‌هاي NAS تثبيت تقاضاي برق را كه داراي نوسانات قابل ملاحظه‌اي بين ساعات روز و شب است ممكن مي‌سازد كه يكي از نتايج آن كاهش هزينه برق مشتريان خواهد بود.
با شارژ كردن باتري در طول ساعات غيراوج مصرف و استفاده از برق ذخيره شده در مواقع اوج مصرف، توليد‌كننده انرژي خواهد توانست توليد خود را به نحوي كاراتر به انجام برساند. اين فرآيند براي يك مشتري (مصرف‌كننده) هنگامي اقتصادي خواهد بود كه بين هزينه برق در ساعات اوج و غير اوج مصرف تفاوت زيادي وجود داشته باشد و يا باعث كاهش قله ديماند (تقاضا) شده و ياكنتورهاي دوتعرفه‌اي نصب شده باشد.
اگر نتايج آزمايشات بر باتري NAS موفقيت‌آميز باشد، AEP بعداً در يكي ديگر از جايگاه‌هاي خود براي اصلاح قله بار (پيك‌سايي) و نيز كاربردهاي اضطراري از اين باتري استفاده خواهد كرد. در واقع هدف آن است كه باتري‌هاي NAS بصورت تجاري طي 2 تا 3 سال آينده در آمريكا عرضه شوند.

توزيع توليد با استفاده از ميكروتوربين‌ها

هزينه انتقال و توزيع برق سهم بالايي از هزينه توليد انرژي را در برمي‌گيرد. اين ميزان براي شبكه‌هاي رايج تا 500 دلار به ازاي هر KW مي‌رسد. در مسير انتقال و توزيع الكتريسيته تا7% انرژي هدر مي‌رود. بنابراين چنانچه توزيع توليد جايگزين انتقال و توزيع الكتريسيته گردد هزينه انرژي الكتريكي به مقدار قابل توجهي كاهش خواهد يافت. در صنعت برق آمريكا در دهه 1990 توزيع توليد گسترش بيشتري يافته به طوري كه 20% نيروگاههاي جديدالتاسيس از نوع واحدهاي كوچك مي‌باشند. براساس اطلاعات موجود در حدود GW10 از نيروگاههاي موجود در گستره –1MW10 مي‌باشند كه حدود 80% آن را نيروگاههاي ديزلي (رفت و برگشت) تشكيل مي‌دهند. قسمت اعظم واحدهاي كوچك توليد برق توسط كارخانه كاترپيلار (Caterpillar) ساخته شده‌اند. جنرال الكتريك (GE)، زيمنس و ABB نيز در اين زمينه با كاترپيلار رقابت دارند . موتورهاي رفت و برگشتي از لحاظ اقتصادي بسيار مقرون به صرفه بوده و قطعات يدكي و سرويس آنها نيز به سادگي در سراسر دنيا دردسترس است ولي نكته منفي اين ماشينها نگهداري و آلودگي ايجاد شده توسط آنهاست. گرچه تلاشهاي زيادي در زمينه بهبود اين دو مسأله براي ماشينهاي رفت و برگشتي مي‌شود ولي ميكروتوربينها از لحاظ نگهداري و ايجاد آلودگي وضعيت بهتري در مقايسه با موتورهاي ديزلي دارند.
زماني كه ميكروتوربين مدل 330 توسط كپستون ارايه شد موجب معرفي فن‌آوري جديد ميكروتوربين شد. البته تاكنون يك تعريف دقيق براي ميكروتوربين نشده است ولي معمولاً اين لفظ براي توربينهاي گازي با سرعت بالا در گستره قدرت KW300-15 بكار مي‌رود. صنعت ميكروتوربين در چند تكنولوژي توربينهاي گازي كوچك، مولدهاي كمكي و اتومربينهاي توربو مطرح شد. هسته اصلي يك ميكروتوربين قسمت توربين ـ كمپرسور است كه با سرعت بسيار بالا دوران مي‌كند (در مدل Capstone 330 سرعت دوران rpm96000 است) و در امتداد آن ژنراتور با سرعت بالا وجود دارد كه داراي مغناطيس‌هاي دايمي است. يك پارامتر كليدي جهت كاهش اصطكاك استفاده از ياتاقانهاي هوايي يا به عبارتي ياتاقان‌هاي گازي است كه ضمن كاهش اصطكاك عمر ياتاقان را نيز افزايش داده و امكان داشتن سرعت بالا را فراهم مي‌كند.
ژنراتور سرعت بالا برق با فركانس بالا (در مدل Capstone 330, 1600HZ) توليد كرده و فركانس برق توليدي به روش الكترونيكي به مقدار مناسب كاهش مي‌يابد.
به طور كلي ميكروتوربين دو مزيت عمده دارد يكي كاهش تزريق آلاينده‌ها به محيط و ديگر كاهش تعميرات و مقايسه با مولدهاي ديگر است. در جدول زير مقادير توليدي THC, CO, Nox (هيدروكربورها) براي چند نمونه مقايسه شده است.

ميزان آلاينده‌هاي توليدي در واحدهاي مختلف (PPM)

همانطور كه ملاحظه مي‌شود ميزان ذرات اشاره شده در محصولات خروجي ميكروتوربين كمترين است.
در ارتباط با تعميرات تجربه نشان داده كه ميكروتوربين‌ها نياز به تعميرات بسياركمي دارند . به طور نمونه يك واحد ميكروتوربين در Tulsa بعد از 20000 ساعت كار تنها نياز به تعويض فيلترهاي هوا داشته است . به علاوه ميكروتوربين‌ها سبك و كوچك هستند و عملكرد آنها با لرزش كم و توليد صداي اندك همراه است.
نكته ديگري كه براي ميكروتوربين‌ها وجود دارد چگونگي اتصال به شبكه سراسري برق است. اين مسأله به كمك الكترونيك و ميكروپروسسورها تا حد زيادي مرتفع شده و همچنان در حال پيشرفت است. البته به غير از مسأله تكنيكي اشاره شده در صنعت برق آمريكا جهت اتصال به شبكه، شرايط حداقلي لازم است است كه اين نيز مسأله‌اي براي ميكروتوربين‌ها وجود دارد ولي اين شرايط در حال بهبود بوده و ارتباط ميكروتوربين‌ها با شبكه آسان‌تر شده است.
مسأله ديگري كه در گسترش ميكروتوربين‌ها مطرح است هزينه تمام شده است. اين هزينه براي يك واحد تا 1100 دلار به ازاي هر KW است گرچه اين مبلغ كمتر از مقادير مربوط به واحدهاي توزيع قدرت مشابه مانند توربينهاي بادي و پيل سوختي است ولي از اين ميزان 500 دلار مربوط به واحدهاي ديزلي بيشتر است . چنانچه ميكروتوربين‌ها به تعداد زياد مورد استفاده قرار گيرند هزينه اشاره شده در بالا كاهش يافته و با هزينه مربوط به انواع ديزلي قابل رقابت بوده بخصوص كه از لحاظ تعميرات بسيار بهتر از واحدهاي ديزلي هستند.
تركيب ميكروتوربين‌ها با تجهيزات ذخيره انرژي (مانند باطري‌ها و چرخ لنگرها) موجب بهبود كيفي برق توليدي و افزايش قابليت سيستم خواهد شد. امكانات ايجاد شده توسط شبكه اينترنت و كامپيوترهاي حساس موجب افزايش كارايي صنعت توليد برق شده است. البته توليد برق تنها مسأله ميزان KWh نيست بلكه بيشتر مسأله كيفيت و قابليت در مدار بودن برق توليدي است. بيشتر قطعي برق در شبكه‌ها در قسمت توزيع است كه بهترين راه حل اين مسأله توزيع توليد است. با توجه به آلودگي كم ميكروتوربين‌ها و بخصوص عدم استفاده از روغن‌ در ياتاقانها امكان استفاده از محصولات خروجي توربين در بعضي فرآيندهاي صنعتي وجود دارد و مي‌توان از اين واحدها در سيستمهاي توليد مشترك قدرت و حرارت بنحو مناسب استفاده كرد. در اين صورت بازده كلي واحد تا 80-70% افزايش خواهد يافت. استفاده به عنوان شارژر باطري در بعضي از اتومبيل‌هاي جديد (با توجه به آلودگي كم)‌مورد توجه قرار گرفته كه اين مورد بطورعملي در نوعي اتوبوس در آمريكا استفاده شده و نتيجه مثبت داشته است.

خصوصي‌سازي و رقابت در صنعت برق درايالتهاي آمريكا

رقابت و خصوصي‌سازي صنابع برق در جهان به سرعت در حال رشد است. بطور كلي هدف از رقابت و خصوصي‌سازي صنعت برق،‌كاهش هزينه‌هاي مربوط به انرژي است. با توجه به اينكه در ايالات متحده آمريكا نيز تاكنون 24 ايالت و District of Columbia اين سياست را اتخاذ كرده‌اند، لذا همواره درباره رقابت صنايع برق و نحوه انتخاب شركت توليدكننده سؤالاتي مطرح است كه در زير به نمونه‌اي از آنها پرداخته شده است.
منظور از رقابت الكتريكي چيست؟ رقابت الكتريكي ايده‌اي است كه به مصرف‌كنندگان اين امكان را مي‌دهد كه شركت تأمين‌كننده انرژي الكتريكي خود را از ميان شركتهاي برق رقيب انتخاب كنند. اين انتخاب اصولاً‌ براساس قيمت انرژي و قيمت كيفيت ساير خدمات آن شركتهاست.
تفاوت بين سرويسهاي الكتريكي رايج سنتي با سيستم رقابتي چيست؟ تحت سيستم رايج سنتي (غيررقابتي)، مصرف‌كنندگان امكان انتخاب تأمين‌كننده برق را نداشته و برق مصرفي آنها از شركتهاي برق منطقه‌اي (دولتي) تأمين مي‌شود و آن شركت برق مصرفي مشتركان را توليد،‌انتقال و به نواحي مصرفي توزيع مي‌كند. در اين طرح نرخ و تعرفه‌ها توسط قانونگذاران ايالتي و دولتي (Regulators) تعيين مي‌شود. در حالي كه در سيستم رقابتي علاوه بر اينكه مصرف‌كنندگان، شركت تأمين‌كننده را تعيين مي‌كنند،‌ نرخ‌ها و تعرفه‌هاي فروش، با اينكه اساساً از مقررات خاصي تبعيت مي‌كند،‌ سرانجام توسط بازار تعيين مي‌شود، اين بدان معنا است كه ميزان نرخ تقاضا و عرضه انرژي، قيمت نهايي را مشخص مي‌كند. نرخ هزينه‌هاي مربوط به خدمات شبكه‌هاي انتقال و توزيع همچنان تحت نظارت و قانونگذاران ايالتي باقي خواهد ماند.
تاكنون چند ايالت اين سيستم رقابتي را در پيش گرفته است؟ در آمريكا تاكنون 23 ايالت و Disrict of Columbia بازارهاي الكتريكي رقابتي را پذيرفته‌اند.
چگونه قيمتهاي متفاوت انرژي در يك فضاي رقابتي مطرح هستند؟ در سيستم رايج سنتي تمامي هزينه‌هايي كه مشترك پرداخت مي‌كند توسط نهادهاي قانونگذار دولت فدرال و ايالتها تعيين مي‌شود در حالي كه در سيستم رقابتي هزينه‌هاي برق در بازار تعيين مي‌شود. به عبارت بهتر مكانيزم عرضه و تقاضا آن را تعيين مي‌كند. ولي همچنان هزينه‌هاي انتقال و توزيع تحت مقررات و تعرفه‌هاي تعيين شده توسط سازمانهاي قانونگذار تعيين مي‌شود.
آيا هنوز مصرف‌كننده‌اي مي‌تواند برق مصرفي خود را از شركت برق منطقه‌ خود خريداري كند؟
بيشتر ايالتها كه اين سيستم را اتخاذ كرده‌اند،‌مصرف‌كننده مي‌تواند برق مصرفي خود را از شركت برق منطقه خود و يا از شركت خدماتي رقابتي كه به آن ملحق شده است، خريداري كند.
چه اتفاقي رخ خواهد داد اگر مصرف‌كننده‌اي نخواهد يك توليدكننده رقابتي را انتخاب كند؟ در صورتي كه مصرف‌كننده‌اي تمايل نداشته باشد به سيستم رقابتي بپيوندند، برق مصرفي او از همان شركت قبلي تأمين مي‌شود.
اگر مصرف‌كنندگان به اين سيستم بپيوندند چه حقوقي بدست خواهند آورد؟ در سيستم رقابتي، بيشتر ايالتها قوانين و استانداردهايي را اتخاذ مي‌كنند كه در آنها ايمني، قابليت اطمينان و ساير شرايط را تضمين مي‌كند همچنين اطلاعات روشني در مورد هزينه‌هاي مصرف انرژي، به مصرف‌كنندگان داده مي‌شود و در واقع بين مصرف‌كننده و توليدكننده قرارداد روشني وجود دارد كه به امضاي آنها خواهد رسيد.
چه عاملي در اين سيستم حفظ حقوق مصرف‌كنندگان را تضمين مي‌كند؟ در اين سيستم كميسيون‌هاي دولتي ـ‌ايالتي مسؤول حفظ حقوق مصرف‌كنندگان هستند و در صورت هرگونه اختلافي بين توليدكننده و مصرف‌كننده اين كميسيون‌ها موظف به حل و فصل آن مي‌باشند.