توسط : با رشد روزافزون مصرف انرژی و گسترش منابع انرژی پراکنده (DER) مانند توربین‌های بادی، سیستم‌های خورشیدی و واحدهای بیومس، نیاز به سیستم‌های قدرت هوشمند برای یکپارچه‌سازی این منابع بیش از پیش احساس می‌شود. نیروگاه مجازی (VPP) به‌عنوان راه‌حلی نوین، امکان تجمیع، کنترل و مدیریت واحدهای تولید پراکنده را فراهم می‌کند و نقش مهمی در تحول صنعت برق دارد.
منابع انرژی پراکنده با وجود مزایای فنی و اقتصادی، به‌دلیل ماهیت متناوب و وابستگی به شرایط آب‌وهوایی، چالش‌هایی مانند نوسان در تولید و عدم امکان مشارکت در بازارهای برق را به‌همراه دارند. نیروگاه‌های مجازی با یکپارچه‌سازی این منابع، آن‌ها را قادر می‌سازند تا به‌صورت گروهی عمل کرده و در بازارهای عمده‌فروشی برق مشارکت کنند. در این مطلب از کلین پست نیروگاه‌های مجازی را بررسی می‌کنیم.
نیروگاه مجازی چیست؟
نیروگاه مجازی (Virtual power planet) مجموعه‌ای از واحدهای تولید پراکنده، ذخیره‌سازهای انرژی و بارهای قابل کنترل است که از طریق یک سیستم کنترل مرکزی مدیریت می‌شوند. این سیستم با استفاده از فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی پیشرفته (ICT)، امکان نظارت، کنترل و بهینه‌سازی عملکرد اجزا را فراهم می‌کند.
نیروگاه مجازی چگونه کار می‌کند؟
نرم‌افزار نیروگاه‌های VPP از شبکه موجود انتقال و توزیع برق ـ شامل سیم‌ها، تیرها و پست‌های برق ـ استفاده می‌کند تا پنل‌های خورشیدی، توربین‌های بادی، توربین‌های آبی کوچک، پمپ‌های حرارتی، سلول‌های سوختی، باتری خودروهای برقی (EV) و یا میکروگریدهای تجدیدپذیر متعلق به خانه‌ها، کسب‌وکارها و تأسیسات مختلف را به هم متصل و هماهنگ کند. نیروگاه VPP ظرفیت تولید برق و ذخیره‌سازی انرژی این منابع پراکنده (DERs) را تجمیع کرده و به یک مخزن مشترک انرژی می‌افزاید.
اعضای نیروگاه مجازی مشخص می‌کنند چه مقدار از تولید برق یا ذخیره باتری خود را در اختیار VPP قرار دهند. سپس VPP این منابع پراکنده را پایش کرده و تصمیم می‌گیرد که چگونه از توان هر عضو استفاده کند.
نیروگاه‌های مجازی با بهره‌گیری از این مخزن مشترک، تاب‌آوری شبکه را افزایش می‌دهند و به‌دلیل بهره‌وری ناشی از مقیاس، به اعضا امکان می‌دهند از فروش برق و خدمات ذخیره‌سازی درآمد بیشتری کسب کنند، نسبت به حالتی که به‌صورت انفرادی عمل کنند.
معمولاً نیروگاه‌های مجازی توسط شرکت‌های برق یا ارائه‌دهندگان منابع انرژی پراکنده (DER) و یا از طریق همکاری‌های مشترک دولتی ـ خصوصی راه‌اندازی می‌شوند.
تفاوت نیروگاه مجازی با نیروگاه سنتی چیست؟
تفاوت اصلی بین نیروگاه مجازی و نیروگاه سنتی در ساختار و نحوه عملکرد آن‌هاست. یک نیروگاه سنتی معمولاً شامل یک مرکز تولید متمرکز و بزرگ در یک مکان مشخص است (مانند نیروگاه گازی یا بخاری) که برق را به‌صورت متمرکز تولید و به شبکه تزریق می‌کند. درمقابل، نیروگاه مجازی از اتصال و هماهنگی تعداد زیادی از منابع انرژی پراکنده و کوچک تشکیل شده است که در مکان‌های مختلف جغرافیایی قرار دارند. این منابع می‌توانند شامل پنل‌های خورشیدی خانگی، باتری‌های ذخیره‌سازی، خودروهای برقی، سیستم‌های گرمایشی هوشمند و دیگر فناوری‌های تولید و مصرف انرژی در مقیاس کوچک باشند.
اجزای اصلی نیروگاه مجازی
یک نیروگاه مجازی برای عملکرد موفق به سه رکن اساسی متکی است:
۱. فناوری‌های تولید (Generation Technologies)
این جزء، هسته فیزیکی و منبع تولید انرژی نیروگاه مجازی را تشکیل می‌دهد. برخلاف نیروگاه‌های سنتی که معمولاً از یک یا چند واحد بزرگ تولیدی استفاده می‌کنند، یک نیروگاه مجازی از ده‌ها یا حتی صدها منبع تولید پراکنده (DER) کوچک و متنوع تشکیل شده است. این منابع شامل:
- سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر: توربین‌های بادی، پنل‌های خورشیدی (PV)، نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک.
- سیستم‌های تولید همزمان برق و حرارت (CHP): این سیستم‌ها که در مقیاس کوچک (میکرو و مینی) هستند، با بازدهی بالا همزمان برق و گرما تولید می‌کنند.
- واحدهای بیومس و بیوگاز: که از سوخت‌های زیستی برای تولید برق استفاده می‌کنند.
- ژنراتورهای توزیع‌شده (DG): این ژنراتورها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- ژنراتور توزیع خانگی (DDG): برای مصارف خاص یک ساختمان یا مجتمع مسکونی/تجاری.
- ژنراتور توزیع عمومی (PDG): که هدف اصلی آن تزریق توان به شبکه است و به مصرف‌کننده خاصی تعلق ندارد.
۲. فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)
این جزء، مغز و سیستم عصبی نیروگاه مجازی محسوب می‌شود. بدون یک زیرساخت ICT قوی، مدیریت و هماهنگی منابع پراکنده غیرممکن است. این بخش امکان نظارت، کنترل و بهینه‌سازی تمامی اجزا را از راه دور فراهم می‌کند. سیستم‌های کلیدی در این بخش عبارتند از:
- سیستم مدیریت انرژی (EMS): این سیستم در مرکز کنترل (VPPO) قرار دارد و مسئول تصمیم‌گیری‌های کلان است. EMS داده‌ها را از همه منابع جمع‌آوری کرده و براساس الگوریتم‌های پیشرفته، برنامه‌ریزی تولید، پیش‌بینی بار و بهینه‌سازی اقتصادی را انجام می‌دهد.
- سیستم کنترل نظارتی و اکتساب داده (SCADA): این سیستم وظیفه جمع‌آوری داده‌های لحظه‌ای (مانند توان تولیدی، ولتاژ، وضعیت کلیدها) از میدان و همچنین ارسال فرمان‌های کنترلی به‌سمت تجهیزات را بر عهده دارد.
- مرکز دیسپاچینگ توزیع (DCC): این مرکز به‌عنوان پل ارتباطی بین نیروگاه مجازی و اپراتور شبکه توزیع عمل می‌کند.
- کنترل‌کننده‌ها و عامل‌های محلی: این دستگاه‌ها در محل هر واحد تولیدی یا مصرفی نصب می‌شوند و وظیفه اجرای فرمان‌های ارسالی از مرکز و همچنین گزارش‌دهی وضعیت محلی را دارند.
۳. فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی (Energy Storage Technologies)
این جزء، عنصر کلیدی برای افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان نیروگاه مجازی است. از آنجا که خروجی بسیاری از منابع تجدیدپذیر (مانند باد و خورشید) متغیر و غیرقابل پیش‌بینی است، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS) این نوسانات را کنترل کرده و امکان ذخیره انرژی مازاد برای استفاده در زمان اوج مصرف را فراهم می‌کنند. انواع این فناوری‌ها شامل:
- سیستم‌های باتری (BESS): پرکاربردترین نوع که پاسخ سریعی دارند.
- ذخیره‌سازی انرژی با هوای فشرده (CAES): برای مقیاس‌های بزرگ.
- ذخیره‌سازی انرژی با چرخ لنگر (FWES): برای تأمین توان لحظه‌ای و بسیار سریع.
- ذخیره‌سازی انرژی با ابرخازن (SCES): برای جبران‌سازی نوسانات بسیار کوتاه‌مدت.
- ذخیره‌سازی انرژی با تلمبه هیدرولیکی (HPES): که یک فناوری بالغ و برای مقیاس بسیار بزرگ است.
درنهایت، این سه جزء در کنار یکدیگر و تحت مدیریت یک اپراتور نیروگاه مجازی (VPPO) کار می‌کنند تا مجموعه‌ای نامنسجم از تولیدکنندگان کوچک را به یک نیروگاه مجازی واحد، قابل اطمینان و قابل عرضه در بازار برق تبدیل کنند.
انواع نیروگاه‌های مجازی
نیروگاه‌های مجازی عمدتاً براساس کارکرد و هدفی که دنبال می‌کنند به دو دسته اصلی نیروگاه مجازی صنعتی و نیروگاه مجازی تجاری تقسیم‌بندی می‌شوند. این تقسیم‌بندی نشان‌دهنده دو نقش مکمل در سیستم قدرت است.
نیروگاه مجازی صنعتی که با نام TVPP شناخته می‌شود، بر جنبه‌های فنی و عملیاتی متمرکز است. این نوع نیروگاه، واحدهای تولید پراکنده واقع در یک منطقه جغرافیایی مشخص را یکپارچه می‌کند و مستقیماً با اپراتورهای شبکه برای مدیریت مسائل فنی مانند پایداری ولتاژ، کنترل فرکانس و ارائه خدمات جانبی تعامل دارد. در واقع، TVPP به‌عنوان یک رابط فنی عمل می‌کند تا اطمینان حاصل شود که این واحدهای پراکنده می‌توانند به‌طور ایمن و پایدار در شبکه محلی ادغام شده و آن را تقویت کنند.
درمقابل، نیروگاه مجازی تجاری یا CVPP بر جنبه‌های اقتصادی و بازرگانی تمرکز دارد. برخلاف نوع صنعتی، CVPP لزوماً محدود به یک منطقه جغرافیایی خاص نیست و می‌تواند واحدهای تولید پراکنده پراکنده در سرتاسر شبکه انتقال و توزیع را تحت مدیریت خود بگیرد. وظیفه اصلی آن، تجمیع ظرفیت این واحدها برای مشارکت مؤثر در بازارهای عمده‌فروشی برق است. یک CVPP با پیش‌بینی تولید، مدیریت قراردادها و ارائه پیشنهادهای خرید و فروش جمعی، این امکان را برای تولیدکنندگان کوچک فراهم می‌آورد تا در بازاری رقابت کنند که به تنهایی قادر به حضور در آن نبودند.
در نهایت، این دو نوع نیروگاه با هم همکاری می‌کنند؛ به این صورت که CVPP مسئولیت معاملات تجاری را بر عهده می‌گیرد و سپس دستورات عملیاتی لازم را به TVPP منتقل می‌کند تا به‌صورت فنی در شبکه اجرا شوند. این تفکیک نقش‌ها باعث کارایی بیشتر هم در بازار و هم در بهره‌برداری از شبکه می‌شود.
مزایای نیروگاه مجازی
مزیت‌های نیروگاه مجازی عبارتند از:
- کاهش قطعی برق: با مدیریت هوشمند تقاضا و عرضه، این سیستم می‌تواند در زمان اوج مصرف یا کمبود تولید، با کاهش مصرف یا آزادسازی انرژی ذخیره‌شده، از قطعی برق جلوگیری کند.
- توسعه انرژی پاک: نیروگاه مجازی امکان ادغام منابع تجدیدپذیر پراکنده را فراهم می‌کند و به این ترتیب سهم انرژی‌های پاک در شبکه افزایش می‌یابد.
- حفظ محیط زیست: با کاهش نیاز به نیروگاه‌های اوج سوخت فسیلی که آلایندگی بالایی دارند، به سلامت محیط زیست و جوامع محلی کمک می‌شود.
- کاهش هزینه‌های انرژی: با انتقال مصرف به ساعات کم‌باری و استفاده بهینه از منابع، هزینه‌های کلی انرژی کاهش یافته و مشارکت‌کنندگان نیز از incentives مالی بهره‌مند می‌شوند.
- این سیستم با بهره‌گیری از فناوری‌های دیجیتال و هوشمند، امکان مدیریت بهینه منابع پراکنده را فراهم کرده و انعطاف‌پذیری شبکه برق را افزایش می‌دهد.
- امکان مشارکت واحدهای کوچک در بازار برق
- کاهش نوسانات شبکه
- افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها
- بهبود پایداری و قابلیت اطمینان سیستم قدرت
- توسعه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر
خلاصه
نیروگاه مجازی به‌عنوان یک راه‌حل هوشمند و انعطاف‌پذیر، نقش کلیدی در یکپارچه‌سازی منابع انرژی پراکنده و توسعه شبکه‌های برق پایدار ایفا می‌کند. با به کارگیری این فناوری، می‌توان به بهبود عملکرد سیستم قدرت، کاهش آلایندگی و افزایش مشارکت فعال مصرف‌کنندگان-تولیدکنندگان (Prosumers) در بازار انرژی امیدوار بود.
بیشتر بخوانید: ابلاغ دستورالعمل ایجاد نیروگاه مجازی در تابلوی برق سبز بورس انرژی
