نیروگاه مجازی

نیروگاه مجازی (virtual power plant) یا VPP یا نیروگاه تولید مجازی (virtual generation plant) یا VGP خوشه‌ای از دستگاه‌های تولید پراکنده (distributed generation) همانند میکرو سی اچ پی (microCHP)، توربین‌های بادی (wind turbines)، نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک، تولید‌کننده‌های الکتریسیته به کمک انرژی‌های تجدید پذیر و مانند آن است که همگی به وسیله یک بخش کنترل مرکزی با هم اداره می‌شوند.

این مود کاری مجتمع (concerted operational mode) مزایای زیادی همانند توانایی تحویل برق تولیدی با واکنش سریع نسبت به بار پیک (peak load) دارد. چنین VPP می‌تواند جایگزین نیروگاه‌های سنتی شود و انعطاف‌پذیری و راندمان بالاتری را فراهم نماید. انعطاف‌پذیری بیش‌تر باعث واکنش بهتر سیستم نسبت به نوسانات می‌شود. البته VPP یک سیستم پیچیده است که نیاز به بهینه‌سازی و کنترل پیچیده و یک روش ارتباطی مطمئن دارد.

مطابق با گزارش‌های تازه، بازار VPP تا چند سال آینده دارای رشد ثابتی خواهد بود و در سناریوی محافظه‌کارانه در کل دنیا از ۵.۲ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۰ تا حدود ۷.۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۵ خواهد رسید و در سناریوی خوش‌بینانه‌تر بازار VPP دنیا در همان زمان می‌تواند به ۱۲.۷ میلیارد دلار نیز برسد.

نیروگاه‌های مجازی نوعی اینترنت انرژی ایجاد می‌کنند. این سیستم‌ها شبکه‌های موجود را به تامین‌کننده دلخواه الکتریسیته و خدمات مشتریان تبدیل می‌کنند. ارزش فزاینده VPP‌ها برای کاربران نهایی و خدمات دهندگان تاسیسات با استفاده از مجموعه‌ای از سیستم‌های دینامیک نرم‌افزار محور می‌باشد که مقادیر را به صورت هم‌زمان محاسبه می‌کنند و به سرعت به شرایط باری مصرف‌کنندگان واکنش نشان می‌دهند.

نیروگاه‌های مجازی نه تنها با سمت تامین سر و کار دارند، بلکه به مدیریت سمت مصرف و قابلیت اطمینان شبکه از راه پاسخ مصرف (demand response) یا DR و دیگر روش‌های شیفت کردن بار در زمان واقعی (real time) نیز کمک می‌کنند.

مود کاری مجتمع (concerted operational mode) مزایایی زیادی همانند توانایی تحویل برق بار پیک (peak load) و یا توان دنبال‌کننده بار (load-following power) در زمان کوتاه را دارد.

نیروگاه مجازی زمانی کاربرد دارد که تعداد زیادی ساختمان با تاسیسات تولید پراکنده (distributed generation) یا DG و یا تعدادی ساختمان دارای یک قبض برق مشترک باشند در حالی که یک یا چند ساختمان از بین آن‌ها قابلیت تولید برق در محل را داشته باشند. به این حالت، نیروگاه تولید مجازی می‌گویند، زیرا نیروگاه‌های خرد به عنوان یک نیروگاه واحد تحت مدیریت قرار می‌گیرند. در این شرایط تنظیم هر کدام از ژنراتور‌ها وابسته به بار ساختمان‌های مختلف خواهد بود. باید یک بهینه‌سازی کلی بر روی کل تولید‌کنندگان انجام گیرد. در مقیاس بزرگ‌تر، کل منطقه جغرافیایی با هزاران واحد تولید پراکنده از دید تبادل توان و یا یک اپراتور مستقل سیستم (independent system operator) یا ISO به صورت یک VGP قابل دیسپاچ شدن در نظر گرفته می‌شود.

شکل زیر مثالی از استفاده از یک ژنراتور برای گروهی از ساختمان‌ها است. در این شکل فرض شده است که یک مدرسه ابتدایی دارای یک قرارداد اتصالی با ساختمان‌های مسکونی اطراف خود می‌باشد. شکل بار‌های الکتریکی مدرسه به صورت خط ممتد و برای مجموع آپارتمان‌ها به صورت نقطه‌چین نشان داده شده است. میله‌های عمودی نشان‌دهنده بار‌های دانه‌دانه است. در این سناریو یک ژنراتور ۵۰ کیلوواتی در مدرسه در جایی به کار می‌افتد که بار‌های دانه‌ای بزرگ‌تر از ۲۰۰ کیلووات باشد. مشارکت ژنراتور با بخش بالایی تیره‌تر هر میله نشان داده می‌شود. شکل بار ترکیبی این ساختمان‌ها از زمان‌بندی‌های مختلف مصرف این دو نوع ساختمان سود می‌برد. به این ترتیب که فاکتور بار (load factor) افزایش می‌یابد، ولی بار ترکیبی شبکه چندان بالاتر از بار کاری مدرسه به تنهایی نخواهد بود. با تقسیم هزینه‌های کاری ژنراتور به علاوه افزودن صرفه‌جویی حاصل از هزینه‌های پیک، مشارکت هر ساختمان در هزینه‌های کلی کاهش می‌یابد.

 

یک شکل شماتیک برای VGB در زیر نشان داده شده است. قایل شدن تفاوت بین تجهیزات محاسباتی واقع شده در سایت مرکزی و هر واحد تولید پراکنده یا DG قابل توجه است.


در سیستم VGB، انتقال داده‌های لازم بین واحد‌های DG و سایت مرکزی کاهش می‌یابد. سیستم باید بهینه‌سازی و کنترل را به صورت هم‌زمان انجام دهد. در نتیجه پردازش داده فشرده به صورتی محلی و در سایت تولید انجام می‌شود. دلیل دیگری برای کاهش انتقال اطلاعات کاهش ریسک خطا در داده‌ها و مزاحمت غیر مجاز می‌باشد.

هر تاسیسات DG باید یک کنترل دیسپاچ (dispatch) فراهم می‌کند که فراتر از شرایط اینترنت، رادیو فرکانس یا RF، فیبر، کابل و یا اتصال تلفنی می‌باشد؛ به این معنی که هر سایت در شرایط فقدان ارتباطات بین پایگاه مرکزی و تجهیزات DG به صورت مستقل به کار خود ادامه خواهد داد و حالت پیش‌فرض آن همه روشن (all-on) و یا همه خاموش (all-off) نخواهد بود. این مساله اشاره به این دارد که درجه‌ای از قابلیت بهینه‌سازی باید درون کنترلر محلی ساکن شده باشد. به همین دلیل، کنترلر محلی نیازی به این ندارد که خروجی الکتریکی و حرارتی DG، بار‌های الکتریکی و حرارتی و قبض‌های تاسیسات را اندازه‌گیری کند.