نیروگاه مجازی چیست
نیروگاه مجازی چیست

نیروگاه مجازی چیست

اولین چیزی که باید درباره نیروگاه مجازی بدانیم، این است که نیروگاه مجازی مانند یک نیروگاه سنتی نیست که کارش فقط تولید برق باشد. در واقع، یک نیروگاه مجازی مجموعه‌ای از واحدهای غیرمتمرکز در یک شبکه برق است که توسط یک سیستم کنترل متمرکز واحد به هم متصل شده و کار می‌کنند. این واحدها می‌توانند تولیدکننده برق (مانند نیروگاه‌های بادی، زیست‌گاز، خورشیدی، مولدهای همزمان برق و حرارت (CHP) یا نیروگاه‌های آبی)، واحدهای ذخیره‌سازی انرژی، مصرف‌کنندگان برق یا نیروگاه‌های برق به گرما و برق به گاز باشند. به هر کدام از این واحدها «دارایی» (Asset) نیز می‌گویند.

هنگامی که واحدها در یک نیروگاه مجازی در کنار هم قرار می‌گیرند، توان و انعطاف‌پذیری واحدهای انبوه می‌تواند به‌صورت جمعی مبادله شود. بنابراین، حتی واحدهای کوچک نیز به بازارهای پرسود (مانند بازار ذخیره تعادل) دسترسی پیدا می‌کنند؛ کاری که نمی‌توانند به‌صورت جداگانه انجام دهند. هر واحد غیرمتمرکزی که برق مصرف، ذخیره یا تولید می کند، می‌تواند بخشی از یک نیروگاه مجازی شود.

نیروگاه مجازی

علاوه بر بهره‌برداری از هر واحد منفرد در نیروگاه مجازی، سیستم کنترل مرکزی، درست مانند یک نیروگاه بزرگ و معمولی، از یک الگوریتم ویژه برای تنظیم دستورات ذخیره متعادل از اپراتورهای سیستم انتقال و شرایط شبکه استفاده می‌کند. علاوه بر این، نیروگاه مجازی می‌تواند به‌سرعت و به‌طور کارآمد هنگام تجارت برق واکنش نشان دهد و عملکرد نیروگاه را مطابق با سیگنال‌های قیمت مبادلات برق تنظیم کند.

تغییر نیروگاه‌ها با تغییرات بازار

امروزه، بازارهای جهانی انرژی با تغییرات عمده ای روبه‌رو شده‌اند و مدل تولید متمرکز برق در نیروگاه‌های تحت مدیریت شرکت‌های بزرگ در حال تبدیل به تولید انرژی غیرمتمرکز و اغلب تجدیدپذیر در تأسیسات کوچک است. این مولدهای مقیاس کوچک معمولاً متعلق به شرکت‌ها یا منازل مسکونی کوچکی‌ هستند که نقش «توصرف‌کننده» (Prosumer) را ایفا می‌کنند. اصطلاح توصرف‌کننده ترکیب تولیدکننده و مصرف‌کننده است.

در سال‌های اخیر، صنعت برق یک تغییر پارادایم واقعی را تجریه کرده و نفوذ هرچه‌بیشتر انرژی‌های تجدیدپذیر، ساختار و عملکرد سنتی شبکه برق را به چالش کشیده است. مدل های کسب‌و‌کار باید بازتعریف شوند و شبکه‌های برق بازطراحی گردند. در صورتی که رویکردهای مناسبی اتخاذ شود، تنوع منابع تجدیدپذیری مانند خورشید و باد لزوماً تعادل سیستم را به خطر نمی‌اندازد و این دقیقاً همان جایی است که بحث «نیروگاه مجازی» (Virtual Power Plant) یا به‌اختصار VPP مطرح می‌شود.

نیروگاه مجازی: مجموعه‌ای از تولیدکننده‌ها و مصرف‌کننده‌های کوچک

یک واحد نیروگاهی به‌تنهایی نمی‌تواند بار کل سیستم انرژی را تأمین کند. اما با پیوستن تولیدکنندگان انرژی‌های تجدیدپذیر می‌توان تغییری جدی ایجاد کرد. در پایان دهه ۱۹۹۰، زمانی که بازارهای برق سیاست بازار آزاد را در پیش گرفتند، اولین مفاهیم مربوط به نیروگاه‌های مجازی متولد شد. البته این مفاهیم عمدتاً به‌صورت نظری بود، نه عملی. فناوری رایانه و شبکه آن زمان و شرایط نظارتی حاکم هنوز برای پروژه‌های در مقیاس لازم برای توسعه سیستمی و اقتصادی یک نیروگاه مجازی آن‌چنان مناسب نبود.

با این حال، دو رویداد در سال 2010 رخ داد که به تبدیل شدن نیروگاه‌های مجازی به واقعیت کمک کرد. نخست، فناوری‌های مرتبط با رایانه به‌طور قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته بود و راه را برای پیاده‌سازی یک سیستم کنترلی با عملکرد مناسب و در دسترس که در زمان واقعی کار می‌کرد، گشوده بود. دوم، دولت آلمان عدم استفاده این کشور از انرژی هسته‌ای را همراه با ساختارهای جدید برای بازار انرژی اعلام و قانون انرژی‌های تجدیدپذیر را اصلاح کرد. این تغییرات پایه اقتصادی و قانونی انتقال انرژی در آلمان و موجبات عملی شدن نیروگاه‌های مجازی را فراهم کرد.

| نیروگاه مجازی چیست | Virtual Power Plant 4 | نیروگاه مجازی چیست | تازه‌ها | هیمل | نمایندگی هیمل | آماد برق سپهر نماینده هیمل در ایران

هوش جمعی با واحدهای غیرمتمرکز

نیروگاه مجازی مجموعه‌ای از چندین تأسیسات در مقیاس کوچک و متوسط است که برق مصرف یا تولید می‌کنند. در حالت کلی، واحدهای کوچکِ جدا از هم نمی‌توانند در مبادلات برق انعطاف‌پذیر یا متعادل‌کننده باشند، زیرا مشخصات تولید یا مصرف آن‌ها شدیداً  متغیر است. این واحدها ممکن است به‌دلیل قطعی‌های پیش‌بینی‌نشده در دسترس نباشند یا حداقل اندازه پیشنهادی بازارها را برآورده نکنند. علاوه‌ بر این، الزامات سختگیرانه‌ای در مورد در دسترس و قابل اطمینان بودن انعطاف‌پذیری در بازار وجود دارد.

راه‌‌حل غلبه بر این موانع ساده است: واحدها باید با هم کار کنند! ترکیبی از چندین واحد تولید و مصرف انعطاف‌پذیر، که توسط یک سیستم هوشمند مرکزی کنترل می‌شود، ایده اصلی یک نیروگاه مجازی است. به این ترتیب، یک نیروگاه مجازی می‌تواند خدماتی را در بازار ارائه دهد که همان نیروگاه‌های مرکزی بزرگ یا مصرف‌کنندگان صنعتی قادر به انجام آن هستند.

ظرفیت نیروگاه‌های مجازی می‌تواند به ظرفیت کل یک یا چند نیروگاه هسته‌ای برسد، اگرچه به دلیل نوسانات منابع انرژی تجدیدپذیر، این مقدار دائماً تغییر می‌کند. اگر باد نوزد یا خورشید نتابد، مولدهای خورشیدی و بادی کمتر به نیروگاه مجازی کمک می‌کنند. ترکیب انواع منابع انرژی در یک نیروگاه مجازی برای جلوگیری از عدم تعادل توان امری ضروری است.

با توجه به ظرفیت ذخیره‌سازی محدود شبکه، تقریباً تنها همان مقدار توان مصرفی را می‌توان به شبکه تزریق کرد. واحدهای ادغام‌شده در یک نیروگاه مجازی می‌توانند تولیدکننده‌های برق، واحدهای ذخیره انرژی، مصرف‌کنندگان برق و دستگاه‌های خاصی مانند نیروگاه‌های بزرگ تبدیل برق به گرما باشند. برخی از این واحدها به دلیل انعطاف‌پذیری‌ای که دارند، بسیار ارزشمند هستند. واحدها می‌توانند تغییرات در تأمین برق ناشی از مواردی مانند کم بودن سرعت باد، ابری بودن هوا و… را در هر دو جهت منفی و مثبت جبران کنند.

نیروگاه‌ مجازی و انعطاف‌پذیری بازار برق

انعطاف‌پذیری (توانایی سریع و تطبیق‌پذیر برای ایجاد تعادل در شبکه)، یکی از بزرگ‌ترین نقاط قوت نیروگاه‌های مجازی و قابل‌توجه‌ترین تفاوت آن‌ها در مقایسه با نیروگاه‌های معمولی است. نیروگاه‌های مجازی می‌توانند از توان ذخیره‌شده برای واکنش به تغییرات قیمت برق در بازار استفاده کنند و به‌سرعت با عرضه برق موجود در شبکه سازگار شوند و تبادلات را انجام دهند. به هر روی، قیمت برق دائماً تا ۹۶ بار در معاملات روزانه بورس برق تغییر می‌کند. تفاوت قیمت دو یا حتی سه رقمی در هر مگاوات-ساعت در اینجا جای تعجب ندارد.

قیمت برق همیشه ثابت نیست

نیروگاه‌های بزرگ دارای خروجی ثابت چندصد مگاوات، سریعاً به محدودیت‌های فنی خود می‌رسند. این بدین معنی است که زمان زیادی طول می‌کشد تا سرعت توربین‌های نیروگاه به‌اندازه‌ای کاهش پیدا کند که بتواند با افزایش تولید برق بادی ناشی از طوفان تطبیق پیدا کند. با این حال، برای جلوگیری از اضافه‌بار شبکه، توان بادی سازگار با محیط‌زیست از شبکه حذف می‌شود.

در مقابل، یک نیروگاه مجازی به‌سادگی خروجی نیروگاه‌های آبی و زیست‌گاز متصل را کاهش می‌دهد تا به نیروی باد مازاد واکنش نشان دهند. اگر توان بسیار کمی در شبکه وجود داشته باشد، سیستم کنترل می‌تواند تولید برق نیروگاهای برق‌آبی یا زیست‌گاز را افزایش دهد. بنابراین، نیروگاه مجازی به‌سرعت نوسانات تولید برق را در زمان واقعی متعادل می‌کند، بدون اینکه شبکه عمومی را تحت فشار قرار دهد. برای ارسال دستوراتی که مقادیر تولید را کاهش یا افزایش می‌دهد، سیستم کنترل از یک واسط برنامه‌نویسی کاربردی (API) یا واحدهای کنترل از راه دور نصب‌شده روی هر واحد استفاده می‌کند.

| نیروگاه مجازی چیست | Virtual Power Plant 2 | نیروگاه مجازی چیست | تازه‌ها | هیمل | نمایندگی هیمل | آماد برق سپهر نماینده هیمل در ایران

اتصال شبکه در یک نیروگاه مجازی

نیروگاه مجازی از یک اتصال داده بسیار ایمن و مبتنی بر تونل‌زنی برای انتقال دستورات و داده‌ها بین سیستم کنترل و دارایی‌های فردی بهره می‌برد. حتی اگر این اتصالات تونلی از زیرساخت ارتباط عمومی استفاده کنند، پروتکل‌هایی وجود دارد که اطلاعات مربوط به نیروگاه مجازی را از جریان عمومی داده جدا می‌کند. ممکن است کلمات کلیدی‌ای مانند «اینترنت اشیا»، « انقلاب صنعتی چهارم» یا «صنعتی ۴٫۰» و «ماشین به ماشین» به ذهنتان خطور کند، اما منظور یک اتصال داده با اتصال ثابت و موبایل ایمن و محافظت‌شده خاص است.

ارتباط دوطرفه بین نیروگاه مجازی و هر واحد نه‌تنها اجرای دستورات را تسهیل می‌کند، بلکه امکان تبادل بی‌درنگ و دائمی داده‌ها در مورد ظرفیت واحدهای شبکه و در نتیجه، کل نیروگاه مجازی را نیز فراهم می‌کند. این داده‌ها شامل ظرفیت تغذیه گزارش‌شده مولدهای خورشیدی و بادی، داده‌های مصرف و شاخص‌های ظرفیت ذخیره‌سازی است و بنابراین برای پیش‌بینی دقیق به‌منظور برنامه‌ریزی عملیاتی دارایی‌های انرژی انعطاف‌پذیر و تجارت برق ضروری خواهد بود. داده‌ها به‌طور خودکار در اکثر موارد در نرم‌افزار نیروگاه مجازی پردازش و ارزیابی می‌شوند. این نرم‌افزار بسیاری از وظایف مربوط به شروع و اجرای معاملات در مبادلات برق را برعهده دارد.

ذخیره تعادل نیروگاه‌های مجازی

تولیدکنندگان انرژی تجدیدپذیر مانند زیست‌گاز، مولدهای همزمان (CHP)، مولدهای برق‌آبی و برق اضطراری انعطاف‌پذیر هستند و بنابراین یک مزیت اضافه دارند: آن‌ها نمی‌توانند تولید برق را در صورت وجود مازاد در شبکه (یعنی ذخیره تعادل منفی) کاهش دهند یا متوقف کنند، اما در صورت کمبود برق (یعنی ذخیره تعادل مثبت) برق اضافه خود را به شبکه تزریق می‌کنند.

برای تأمین ذخیره تعادل، یک واحد باید حداقل یک مگاوات ظرفیت داشته باشد. چندین واحد را می‌توان در یک نیروگاه مجازی به هم متصل کرد و به این آستانه رسید. بنابراین، خوشه واحدها به کنترل‌های ذخیره متعادل توسط اپراتور سیستم انتقال (TSO) به‌طور جمعی پاسخ می‌دهد و سود را بین تمام اپراتورهای واحدها تقسیم می‌کند. علاوه بر این، مصرف‌کنندگان برق می‌توانند ذخیره تعادل منفی را ایجاد کنند. به عنوان مثال، یک کارخانه صنعتی که بخشی از نیروگاه مجازی است، می‌تواند دستور افزایش تولید را دریافت کند و در نتیجه توان اضافی را از شبکه حذف کند.

مصرف‌کنندگان برق در نیروگاه‌های مجازی

مصرف‌کنندگان برق صنعتی و تجاری به لطف داده‌های جمع‌آوری‌شده در نیروگاه مجازی می‌توانند از سیگنال‌های قیمتی که از مبادلات برق می‌آید سود ببرند. آن‌ها می‌توانند مصرف برق خود را به زمان‌هایی محدود کنند که برق به‌راحتی در بازار در دسترس و در نتیجه ارزان است. بدین ترتیب، شرکت‌ها می‌توانند هزینه‌های برق خود را تا یک‌سوم کاهش دهند.

این بهینه‌سازی مصرف را می‌توان در صورت تمایل توسط نیروگاه مجازی کاملاً خودکار کرد. سیستم کنترل نیروگاه مجازی دستورات را به اتاق کنترل ماشین شرکت ارسال می‌کند. البته این دستورات با محدودیت‌های واحد مطابقت دارد و فقط در حد نیاز مداخله می‌کند. با این حال، یک کنتور برای اندازه‌گیری مصرف مورد نیاز است که البته فقط برای مصرف‌کنندگانی با مصرف برق مورد انتظار بیش از ۱۰۰ هزار کیلووات-ساعت در سال در دسترس است.

امید به کنتورهای هوشمند

خانوارهای خصوصی در آلمان و سایر کشورها تا رسیدن به این سطح زیاد از مصرف برق فاصله دارند. بنابراین ادغام آن‌ها در نیروگاه‌های مجازی باید مشروط به اسن است که کنتورهای هوشمند جزئی از استاندارد هر خانه باشند. امیدهایی جود دارد که کنتورهای هوشمند به‌زودی جایگزین کنتورهای سه‌فاز قدیمی دهه ۱۹۲۰ شوند و پس از قریب به صد سال آن‌ها را از رده خارج کنند. هنگامی که استفاده از وسایلی مانند اجاق گاز، بخاری، یخچال، ماشین لباسشویی و آب‌گرم را بتوان به‌صورت هوشمندانه بهینه کرد تا با قیمت پایین برق هماهنگ شود، مصرف برق خانه نیز مقرون‌به‌صرفه‌تر خواهد شد.

| نیروگاه مجازی چیست | Virtual Power Plant 3 | نیروگاه مجازی چیست | تازه‌ها | هیمل | نمایندگی هیمل | آماد برق سپهر نماینده هیمل در ایران

دیجیتالی شدن بخش انرژی توسط نیروگاه‌های مجازی

وقتی صحبت از دیجیتالی بودن آینده به میان می‌آید، بخش انرژی نیز از این قاعده مستثنی نیست. عرضه برق، مانند بسیاری از جنبه‌های زندگی ما، در حال تغییر اساسی، نه‌تنها در سطح ملی، بلکه در مقیاس جهانی است. ما، درنهایت، از نیروگاه‌های بزرگ با سوخت فسیلی به‌سمت واحدهای کوچک‌تر و غیرمتمرکز که از طریق فرصت‌های دیجیتالی‌سازی به یکدیگر متصل شده‌اند و دائماً در حال گسترش هستند، حرکت خواهیم کرد.

مشابه خدمات درخواست خودرو و پلتفرم‌های رزرو هتل، نیروگاه‌های مجازی عامل یک تغییر دموکراتیک در تأمین برق هستند. درواقع، اپراتورهای نیروگاه مجازی صاحب نیروگاه نیستند. آن‌ها فقط روشی را بهینه می کنند که در آن از هر واحد متصل، که هنوز متعلق به شخص ثالثی است، استفاده شود. با انجام این کار، بزرگ‌ترین نیروگاه‌های مجازی امروزی تاکنون از ظرفیت کل بزرگ‌ترین نیروگاه‌های هسته‌ای فراتر رفته‌اند، و در این فرایند، انرژی سازگار با محیط‌زیست را از واحدهای به‌هم‌متصل‌شده تولید کرده و چالش‌هایی را که بازارهای برق با آن مواجه هستند، برطرف می‌کنند.

این چالش‌ها افزایش تعداد وسایل نقلیه الکتریکی در بخش حمل‌و‌نقل و تعداد هاب‌های شبکه و مراکز کامپیوتری در پاسخ به دیجیتالی شدن است که به طور تصاعدی در حال رشد است و همه آن‌ها به مقادیر زیادی برق نیاز دارند. با منابع تولید معمولی و یا یک منبع انرژی، این خواسته‌ها مطابق با در نظر گرفتن محدودیت‌های زیست‌محیطی برآورده نمی‌شود. رویکرد ترکیبی و غیرمتمرکز یک نیروگاه مجازی، که از طیف وسیعی از فناوری‌ها و منابع انرژی بهره می‌برد، ابزاری حیاتی است که چشم‌انداز انرژی آینده را شکل خواهد داد.

منبع

Next Kraftwerke

این پست دارای 2 نظر است

  1. حسین

    ممنون از مطلب خوبتون
    مفید بود

    1. amadbarghcom

      سلام. خواهش می‌کنم. خوشحالیم که مطلب مفیدی بوده برای شما.

دیدگاهتان را بنویسید