КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

1. Введение

Быстрое истощение ископаемых видов топлива потребовало неотложной необходимости в альтернативных источниках энергии для удовлетворения постоянно растущего спроса на энергию. Еще одной ключевой причиной сокращения потребления ископаемых видов топлива являются учащающиеся явления глобального потепления. Экологически безопасные технологии производства электроэнергии будут играть важную роль в будущем энергоснабжения.

Поскольку ресурсы возобновляемых источников являются прерывистыми, комбинация двух или более технологий выработки и хранения энергии могут улучшить производительность системы. Комбинированная система возобновляемых источников энергии (КСВИЭ) объединяет два или более возобновляемых энергетических ресурса с некоторым обычным источником (дизельным или бензиновым генератором).

Пример использования дизельного генератора в совокупности с ветроустановкой и солнечными панелями показан на рис.1.

Рисунок 1. Солнечные панели / ветроустановка / аккумуляторная батарея / дизельный генератор

2. Методология.

Необходимо представлять четко определенную и стандартизованную структуру последовательности действий, предпринятых для генерации энергии на основе комбинированной системы электрификации. Эта структура заключаются в следующем:

a. Оценка спроса:

С помощью точного прогнозирования нагрузки в отдаленных местах можно снизить нагрузку. Оценка нагрузки также может быть проведена путем опроса местных жителей.

б. Оценка ресурсов:

Оценка может быть проведена путем расчета потенциальных ресурсов, имеющихся в наличии для ветра, солнечной энергии, биомассы, газа и других возобновляемых источников энергии с использованием имеющихся метеорологических данных.

в. Барьеры / ограничения:

- Ежегодный спрос на электроэнергию,

- Надежность,

- Чистая текущая стоимость,

- Факторы окружающей среды,

- Занятость.

3. Критерии оптимизации комбинированной системы.

Чтобы выбрать оптимальную комбинацию комбинированной системы для удовлетворения потребностей населения, оценка должна проводиться на основе надежности вырабатываемой мощности и стоимости жизненного цикла системы.

3.1 Анализ надежности вырабатываемой мощности.

Надежность вырабатываемой мощности считается важным фактором в процессе разработки комбинированной системы [1, 2].

3.2 Анализ стоимости системы

Существует несколько экономических критериев для анализа стоимости системы, таких как:

- Чистая текущая стоимость [5],

- Уточненная стоимость энергии [6],

- Стоимость жизненного цикла [7].

Чистая текущая стоимость определяется из общей текущей стоимости, которая включает начальную стоимость всех компонентов системы, стоимость замены любого компонента, которая возникает в течение жизненного цикла проекта, и стоимость обслуживания.

4. Оптимизация размеров единиц измерения

1. Методы оптимизации

Для разработчиков важно найти подходящий метод оптимизации выбора оптимальной конфигурации системы. Существует несколько методов оптимизации для комбинированной системы.

Используются: графические методы построения, вероятностный подход, итерационная техника, методы искусственного интеллекта и многоцелевая разработка.

- Метод графического построения: этот метод был представлен учеными Боровым и Саламехом [10] на основе использования долгосрочных данных о солнечном излучении, скорости ветра, зарегистрированных за каждый час дня в течение 30 лет.

- Вероятностный подход. Такой подход расчета учитывает влияние изменения солнечного излучения и изменчивости скорости ветра в конструкции системы.Ученый Буцарелли [12] предложил метод калибровки, рассматривающий изменение энергии хранения как случайное блуждание.

- Итерационная техника [14]: была предложена модель оптимизации комбинированной солнечной ветровой системы, которая использует метод итеративной оптимизации, следующий за моделью с оценкой мощности энергии для надежности мощности и стоимости системы соответственно.Аналогичным образом был представлен итерационный метод оптимизации. Необходимо выбрать размер ветровой турбины и номер модуля солнечной панели, используя итеративную процедуру, чтобы узнать разницу между генерируемой и требуемой мощностью. И свести ее к минимуму в течение определенного периода времени.

- Искусственный интеллект: это термин, который в самом широком смысле означает способность машины выполнять функции, которые характеризуют человеческую мысль. Методы искусственного интеллекта, такие как искусственные нейронные сети, генетический алгоритм, нечеткая логика, PSO (оптимизация роевых частиц, ACO (оптимизация колоний муравьев), широко используемая для оптимизации комбинированной системы с целью максимизации ее экономических преимуществ.

5. Хранение

Технология хранения важна для обеспечения непрерывной подачи энергии на нагрузку. Существует много типов хранилищ энергии, которые могут быть использованы в комбинированной системе возобновляемых источников энергии, например, в хранилище энергии сжатого воздуха, гидронасосе с накачкой, водородных топливных элементах, маховиках, суперконденсаторах, сверхпроводящем хранилище магнитной энергии и батареях.

Использование сверхпроводящих хранилищ магнитной энергии - новая технология, которая имеет наивысшую эффективность, но она очень дорогая из-за использования сверхпроводящей проводки в катушке. Водородные хранилища и суперконденсаторы не являются предпочтительными для установок, где постоянная техническая поддержка недоступна. Для приложения с малой мощностью использование гидронасосов с накачкой не оправдано, так как в системе есть большие начальные затраты. Хранилище энергии сжатого воздуха - относительно дешевая форма хранения энергии, но для местоположения системы необходимы подземные накопители для сжатого воздуха. Маховики эффективны и имеют низкую стоимость, но они имеют высокую скорость разряда. Аккумуляторные батареи являются идеальным решением для комбинированных систем, поскольку они представляют собой изученную форму хранения и могут обеспечить высокую плотность энергии и высокую мощность при низких затратах.

6. Заключение

В статье представлен обзор комбинированных систем возобновляемых источников энергии. В частности, рассматриваются различные аспекты, такие как методология, размер и оптимизация единиц измерения, хранение и управление потоками энергии. Также в статье освещаются будущие тенденции и современные проблемы комбинированных систем энергоснабжения.

Список литературы:

1. Yang HX, Burnett J, Lu L, «Weather data and probability analysis of hybrid photovoltaic–wind power generation systems in Hong Kong», in Renew Energy, 2003, vol. 28(11), pp. 1813–1824.
2. Maghraby HAM, Shwehdi MH, Al-Bassam GK, «Probabilistic assessment of photovoltaic (PV) generation systems», in IEEE Trans Power Syst, 2002, vol. 17(1), pp. 205–208.
3. Li C-H, Zhu X-J, Cao G-Y, and [etc], «Dynamic modeling and sizing optimization of stand-alone photovoltaic power systems using hybrid energy storage technology», 2009, in Renew Energy, vol. 32(3), pp. 815–826.
4. Al-Ashwal AM, Moghram IS, «Proportion assessment of combined PV–wind generating systems», 1997, in Renew Energy, vol. 10(1), pp. 43–51.
5. Diaf S, Notton G, Belhamel M and [etc], «Design and technoeconomical optimization for hybrid PV/wind system under various meteorological conditions», in Appl Energy, 2008, vol. 85(10), pp. 968-987.