مقدمه

1

تاثیر و اهمیت نیروگاه های تجدید پذیر به عنوان یکی از اصلی ترین منابع تامین انرژی در سطح جهان بر هیچ کس پوشیده نبوده و فواید فراوان و بی بدیل این قبیل نیروگاه ها موجب گردیده است تا سرمایه گذاری های گسترده ای به منظور احداث نیروگاه های تجدید پذیر و به خصوص خورشیدی و بادی صورت پذیرد تا آنجا که در تعدادی از کشورها درصد قابل توجهی از انرژی مصرفی در طول یک سال از منابع تجدید پذیر تامین می گردد. رشد سرمایه گذاری در نیروگاه های تجدید پذیر به دلیل کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، اثرات مثبت زیست محیطی و هزینه های پایین بهره برداری با شیب زیادی در حال افزایش بوده و در طول ده سال گذشته و سال های آینده به عنوان یکی از اصلی ترین مراکز جذب سرمایه شناخته شده و می شود. کشور ما نیز به عنوان یکی از بزرگترین تولید کنندگان سوخت های فسیلی در جهان از شرایط حاضر مستثنا نبوده و با عنایت به سیاست های تعیین شده در سال ۱۴۰۰ در جهت حرکت به سمت ایجاد ۴۰۰۰ مگاوات ظرفیت نیروگاه های تجدید پذیر گام بر می دارد.  بخش اعظمی از نیروگاه های مذکور با توجه به منحنی تولید نیروگاه های خورشیدی و منحنی مصرف کشور و پیک ظهر تابستان مصرف که همزمان با حداکثر تولید نیروگاه های خورشیدی خواهد بود، به جهت رفع مشکل تامین پیک بار کشور بر اساس فن آوری های خورشیدی طراحی و اجرا خواهد شد.

ایجاد زیر ساخت های بهره برداری صحیح نیروگاه های تجدید پذیر با توجه به پهنه وسیع این نیروگاه ها (به طور مثال هر نیروگاه خورشیدی 100 مگاواتی نیاز به 150 هکتار زمین خواهد داشت.) و تعداد تجهیزات نصب شده در آنها (هر نیروگاه خورشیدی 100 مگاواتی بنا به طراحی دارای حدود 200،000 پنل خورشیدی، بیش از 800 اینورتر استرینگ، بیش از 40 ترانسفورماتور و 200 تابلو تجمیع کننده، 200 تابلو LV و 50  تابلو MV خواهد بود.) و محل نصب این نیروگاه (عموما در مناطق دور افتاده و بیابانی تاسیس می گردند.) از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. یکی از مهم ترین زیر ساخت های مذکور در راستای شناسایی سریع و به موقع مشکلات سایت های نیروگاهی و رفع آنها، گزارش گیری از عملکرد نیروگاه و اپراتور بهره برداری و ارایه اطلاعات جمع آوری شده به مالک نیروگاه به صورت Online  (بر بستر اینترنت) و Realtime (به صورت در لحظه) و با هدف افزیش تولید نیروگاه ها و یا حفظ انرژی تولید شده در شرایط بهینه به منظور حد اکثر سازی بازگشت پذیری اقتصادی نیروگاه می باشد.

شرکت فن آور همراه هوشمند افق با تکیه بر دانش تحلیل داده و Machine Learning انباشت شده در این شرکت حاصل از انجام پروژه های متعدد در این حوزه و بهره مندی از برنامه نویسان و کارشناسان حوزه خورشیدی که سابقه گسترده در ساخت، بهره برداری و بهینه سازی عملکرد نیروگاه های تجدید پذیر دارند و تجربه طراحی و راه اندازی سیستم مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی 10 مگاواتی شهید فخری زاده (امید 1) به مالکیت شرکت معدنی و صنعتی چادرملو، طرح حاضر با عنوان سیستم های مانیتورینگ دینامیک  (Dynamic Active Monitoring System) را تهیه و پیاده سازی نموده است که برای اولین بار در سطح کشور و به عنوان یکی از پیشتازان این حوزه در سطح جهان با قرار گرفتن فیمابین اپراتور، شرکت بهره برداری، مالک و سرمایه گذار نیروگاه و بهره وری از پروسه های پیچیده تحلیل داده و Machine Learning خدمات مانیتورینگ Real Time و Online را با هدف کاهش زمان شناسایی و رفع مشکل (Troubleshooting) و تسهیل گزارش گیری از سیستم، ایجاد ارتباط  و مداوم فیمابین تجهیزات و بهره بردار، کنترل عملکرد کلیه تجهیزات سایت خورشیدی و نهایتا افزایش سود آوری نیروگاه از طریق بهینه سازی تولید آن و انجام برنامه ریزی شده کلیه یت و پروسه های بهره برداری (شامل Preventive & Corrective Maintenances)  را ارایه می نماید.

سیستم مانیتورینگ دینامیک (Dynamic Active Monitoring)

سیستم های مانیتورینگ متداول استفاده شده در پروژه های خورشیدی به طور معمول تنها تحمیع کننده داده های جمع آوری شده از تجهیزات اندازه گیری موجود در سایت و طبقه بندی این داده در دیتا بیس های ذخیره سازی Online و نمایش آنها به کمک یک رابط کاربری یا Human Machine Interface (HMI) می باشند حال آنکه در رویکرد جدید سیستم های مانیتورینگ علاوه بر جایگاه مذکور، جایگاه جدیدی برای سیستم مانیتورینگ به عنوان بخش هوشمندی از پروسه بهره برداری نیروگاه تعریف می شود که در واقع در راستای افزایش بهره وری نیروگاه به عنوان همراه بهره بردار، سرمایه گذار و اپراتور نقش ایفا خواهد کرد. در جایگاه جدید اتلاق واژه HMI به این سیستم ها در واقع دست کم گرفتن نقش سیستم مانیتورینگ در کلیت نیروگاه بوده حال آنکه در واقع سیستم پیشنهادی به عنوان نوعی خدمت بخشی از مسوولیت های بهره برداری نیروگاه را بر عهده گرفته و علاوه بر تسهیل گسترده یت های انجام شده توسط اپراتور و بهره بردار و نیروگاه دار نقش Supervision بررسی عملکرد صحیح تجهیزات و اپراتور و بهره بردار را بر عهده خواهد گرفت. سیستم پیشنهادی در واقع قدم های اولیه در نیل به سمت هدف طراحی و راه اندازی نیروگاه های تجدید پذیر Unmanned و یا بدون نیروی اپراتوری بوده که تنها بر اساس تشخیص نرم افزار مبنی بر نیاز به بررسی اشکال خاص در سیستم و یا نیاز به انجام فرآیند های بهره برداری نیروگاه از نیرو های مذکور استفاده خواهد شد. این مهم در کنار فواید گسترده نرم افزار در کاهش هزینه های اجرایی و عملیاتی تاثیر گذار بوده و از طرف دیگر با شناسایی سریع مشکلات و علل کاهش تولید و همچنین پیش بینی وقوع کاهش تولید در افزایش درآمد های نیروگاه و سود آوری آن تاثیر بسزایی خواهد داشت.

2

سیستم مانیتورینگ دینامیک  و یا Dynamic Active Monitoring توسعه یافته به توسط مجموعه فن آور همراه هوشمند افق بر اساس سه ساختار دسترسی Online و ارایه خدمات Real Time (مشابه اطلاع رسانی سریع به تلفن همراه اپراتور و مالک نیروگاه مبنی بر قطعی و یا کاهش تولید و یا  شدن سنسور اعلان حریق) و طراحی مادول وار استوار گردیده است.

3

ساختار Online

در واقع کلیه داده ها و تحلیل ها و محاسبات نرم افزار در لحظه و توسط هر کاربر از پیش تعریف شده در سیستم و در داخل رابط کاربری شخصی سازی شده قابل دسترس می باشد.  این دسترسی با استفاده از بستر اینترنت و در پروتکل های امن نه تنها برای اپراتور بلکه برای شرکت بهره برداری و پرسنل شرکت کارفرماو مالک نیروگاه و یا حتی سازمان انرژی های تجدید پذیر و بهینه سازی مصرف انرژی (ساتبا) قابل تعریف و تنظیم خواهد بود. لازم به ذکر است که با عنایت به ملزومات پدافند غیر عامل تعریف شده در کشور و خروج کلیه داده های نیروگاه های خورشیدی دارای سیستم های مانیتورینگ بین المللی از کشور، سیستم پیشنهادی به عنوان یکی از الویت های اصلی داده های دریافت شده از نیروگاه را در دو بستر ذخیره سازی (در داخل و خارج از نیروگاه) تجمیع کرده و صیانت از داده های با ارزش جمع آوری شده را به عنوان یکی از مهم ترین اهداف خود در نظر گرفته است. این داده ها در زمان ارایه خدمات توسط سیستم مانیتورینگ ذخیره شده و در هیچ حالتی حذف، جابه جا و یا تغییر نخواهد یافت. در صورت قطع همکاری نیز کلیه داده های ذخیره شده با فرض تحویل به کارفرما و مالک نیروگاه Backup گیری خواهند شد.

 

ساختار Real Time

سیستم به صورت  و با پایش داده های تولید شده در نیروگاه در لحظه موارد مشکوک، معیوب و یا متمایز در داده های دریافت شده را شناسایی کرده و در اختیار اپراتور قرار خواهد داد. این موارد در ساعات اداری بر روی مانیتور اپراتور قابل نمایش بوده و در خصوص برخی موارد محدود مشابه قطع کامل نیروگاه و یا عملکرد سیستم اعلان حریق و یا ورود و خروج های خارج از روال متداول به صورت ایمیل و یا SMS قابلیت اطلاع رسانی به افراد از پیش تعیین شده خواهد داشت. این ساختار Real Time بودن سیستم مانیتوریگ در واقع نرم افزار مانیتورینگ را به عنوان یک خدمت مداوم در بهره برداری نیروگاه تعریف کرده که در جهت بهبود ساختار های تولید نیروگاه نقش ایفا خواهد کرد.

ساختار ماژول وار

پیکره بندی کلی سیستم مانیتوریگ شرکت فن آور همراه هوشمند افق بر پایه ایجاد دسترسی بیش از 60 مادول تعریف شده و قابل استفاده در سیستم (در کامل ترین حالت نرم افزار) طراحی گردیده است. این مادول ها که هر یک بر پایه داده های جمع آوری شده از نیروگاه وظیفه خاصی را بر عهده گرفته اند با دسترسی به دیتا بیس کلی بر روی داده های جمع آوری شده تحلیل های معینی را انجام داده و نتیجه حاصل را مجددا به دیتابیس به جهت استفاده در سایر تحلیل ها و یا نمایش در HMI بر می گردانند. تیم همراه هوشمند برنامه توسعه ماژول های مختلف را در سال جاری دارد تا در نسخه های بالاتر در نرم افزار رو نمایی شود.

تحلیل داده و Machine Learning استفاده شده در سیستم مانیتورینگ دینامیک (Dynamic Active Monitoring)

با عنایت به تجربیات گسترده و سابقه شرکت فن آور همراه هوشمند افق در طراحی سیستم های مبتنی بر Machine Learning و تحلیل داده، پیکره بندی اصلی نرم افزار مانیتوریگ به گونه ای طراحی شده است تا با استفاده از فن آوری های مذکور در جهت بهبود عملکرد نیروگاه و به خصوص افزایش تولید آن قدم بر دارد. در این ماژول  و در بازه حداقل 6 ماهه و به کمک توابع رگرسیونی پیجیده عملکرد نیروگاه بر اساس کلیه پارامتر های تاثیر گذار شبیه سازی شده و در نهایت تابع رگرسیون تعیین میزان تولید نیروگاه استخراج می گردد. این تابع به صورت مستمر و در بازه های زمانی کارکرد نیروگاه اصلاح شده و با افزایش تعداد داده های موجود تدقیق خواهد شد.

4نهایتا با مقایسه نتیجه خروجی تابع رگرسیونی و مقدار واقعی تولید و استعلام خودکار از ماژول  های داخلی نرم افزار در هر بازه معین امکان شناسایی دلایل کاهش تولید و درصد دخالت آنها در میزان عدم النفع فراهم خواهد بود که در واقع در این حالت وظیفه کامل Troubleshooting و تعیین دلایل کمبود تولید نیروگاه به توسط نرم افزار صورت پذیرفته و اپراتور در این بخش تنها مسوول رسیدگی به موارد اعلام شده توسط نرم افزار خواهد بود. در این ساختار با عنایت به پایش لحظه ای کلیه داده های تولید شده توسط نیروگاه، در لحظه مشکلات کمبود تولید شناسایی شده و به این ترتیب میزان تولید نیروگاه به طور قابل توجهی بهبود خواهد بخشید. این مهم به خصوص در رابطه با نیروگاه های با عمر بیش از 5 سال و با وجود عملکرد مستمر ماژول  تحلیل داده که به شناسایی کامل نیروگاه و تکمیل تابع رگرسیون پیش بینی تولید خواهد انجامید بسیار پر کاربرد خواهد بود. روش استفاده شده در ماژول  تحلیل داده استفاده شده در نرم افزار مانیتورینگ به طور کامل در داخل کشور و بر پایه دانش فنی شرکت ایجاد شده و در این خصوص یکی از نمونه های برجسته و پیشرو در جهان می باشد.