طراحی و بهینه‌سازی یک سیستم ترکیبی فتوولتاییک‌ـ‌باتری‌ـ‌دیزل ژنراتور به‌منظور تغذیۀ یک شبکۀ دورافتادۀ جزیره‌ای

نویسندگان

1 دانشگاه علوم و تحقفیقات تهران

2 دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این مقاله، یک سیستم تولید توان ترکیبی فتوولتاییک-باتری-دیزل ژنراتور برای تغذیۀ یک شبکۀ جزیره‌ای دورافتاده در شمال‌غرب کشور، طراحی و بهینه‌سازی می‌شود. با توجه به عدم دسترسی آسان به شبکۀ مذکور، تهیۀ سوخت برای ژنراتور نصب‌شده در محل مشکل است؛ ازاین‌رو در اینجا هدف از طراحی سیستم، استفادۀ حداقلی از ژنراتور و کاهش مصرف سوخت آن است. به این منظور در ابتدا ظرفیت باتری و سیستم فتوولتاییک به‌منظور تأمین انرژی با کمترین هزینۀ تولید توسط نرم‌افزار HOMER بهینه‌سازی می‌شود. پس از طراحی ظرفیت مناسب برای منابع، یک سیستم مدیریت توان بهینه به‌منظور استفادۀ حداقلی از ژنراتور برای منابع موجود با استفاده از نرم‌افزار MATLAB طراحی می‌شود. در این روش، از نمایۀ بار و پیش‌بینی شدت تابش خورشید در روز پیش رو استفاده شده است. همان‌طور که نشان داده می‌شود، با استفاده از روش معرفی‌شده، ساعات کاری ژنراتور و درنتیجه، مصرف سوخت آن کاهش می‌یابد. همچنین نشان داده می‌شود که در روش معرفی‌شده، امکان استفاده از باتری با ظرفیت‌های پایین‌تر از مقادیر محاسبه‌شده در نرم‌افزار HOMER  میسر است که می‌تواند باعث کاهش هزینۀ نصب سیستم و درنهایت، کاهش هزینۀ تولید انرژی شود. همچنین نشان داده می‌شود که با استفاده از روش معرفی‌شده، در اواسط روز که تولید توان در سیستم فتوولتاییک حداکثر بوده و مصرف بار حداقل است، نیازی به استفاده از بارهای تلفاتی برای ایجاد تعادل توان وجود نخواهد داشت. به‌دلیل عدم نیاز به بارهای زائد در روش معرفی‌شده، ساعت کار سیستم به اندازۀ 26% در مقایسه با روش معمول که در نرم افزار HOMER استفاده می‌شود کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


[1] Sao,C. K., Lehn, P. W., "Control and Power Management of Converter Fed Micro Grids", IEEE Trans. Power Syst., Vol. 23, No. 3, pp. 1088–1098, Aug. 2008. [2] Nayar, C., "Innovative Remote Micro-Grid Systems", International Journal of Environment and Sustainability, Vol. 1, No. 3, pp. 53-65, 2012. [3] Datta, M., Senjyu, T.,Yona,A., Funabashi, T., Kim,C. H., "A Frequency-Control Approach by Photovoltaic Generator in a PV–Diesel Hybrid Power System", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 26, No. 2, pp. 559-571, June 2011. [4] Pelland, S., Turcotte, D., Colgate, G., Swingler,A., "Nemiah Valley Photovoltaic-Diesel Mini-Grid: System Performance and Fuel Saving Based on One Year of Monitored Data," IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 3, pp. 167-175, 2012. [5] Malosh,J. B., Johnson,R.,Bubendorf,S., "Part-Load of Diesel- Electric Generators,"State of Alaska, Department of Transportation and Public Facilities, 1985. [6] Makarov,Y. V.,Du,P.,Kintner-Meyer,M., Jin, C.,Illian,H., "Sizing Energy Storage to Accommodate High Penetration of Variable Energy Resources," IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 3, No. 1, pp. 34-40, 2012. [7] Tonkoski, R., "Impact of High Penetration of Photovoltaics on Low Voltage Systems and Remedial Actions," Ph.D. Dissertation, Concordia University Montreal, Quebec, Canada, 2011. [8] Bachi, M. D., "Economic Dispatch and Demand Side Management in Diesel Hybrid", Montreal, Quebec, 2012. [9] Kroposki, B., Burman, K., Keller, J.,Kandt, A., "Integrating High Levels of Renewables into the Lanai Electric Grid," NREL, 2012. [10] Pradhan, A. K., Kar,S. K., Mohanty, M. K., "Modeling, Simulation and Economic Analysis of Off Grid Hybrid Renewable Power System for an Un Electrified Village in Odisha", in Proc: Electrical, Electronics, Signals, Communication and Optimization (EESCO), pp. 1-6, 2015. [11] Bhandari, Y., Chalise, S., Sternhagen, J., Tonkoski, R., "Reducing Fuel Consumption in Microgrids Using PV, Batteries, and Generator Cycling", In Proc: Electro/Information Technology (EIT), pp. 1-4, 2013. [12] Tudu, B., Mandal, K. K., Chakraborty, N., Mukherjee, I, "Stand-alone Hybrid Renewable Energy System-An Alternative to Increased Energy Demand", In Proc: Control, Instrumentation, Energy & Communication, pp. 335-339, 2014. [13] Belila, A., Tabbache, B., "A Control Strategy of Hybrid System Diesel-Photovoltaic-Battery for Stand-alone Applications", IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), pp. 860-865, 2015. [14] Kusakana, k., "Daily Operation cost Minimization of Photovoltaic Diesel-Battery Hybrid Systems Using Different Control Strategies", Industrial Electronics Society, IECON, 41st Annual Conference of the IEEE, pp. 3609-3613, 2015. [15] Pelland, S., Turcotte, D., Colgate, G., Swingler, A., "Nemiah Valley Photovoltaic-Diesel Mini-Grid: System Performance and Fuel Saving Based on One Year of Monitored Data", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 3, pp. 167-175, 2012. [16] Lopes, L., Katiraei, F., Mauch, K., Vandenbergh, M. A., "PV Hybrid Mini-Grids: Applicable Control Methods for Various Situations", IEA, Task 11, Subtask 20, Activity 21, 2012. [17] Tutkun, N., Can, O., "Optimal Load Management in a Low Power off-Grid Wind-Photovoltaic Microhybrid System", IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), pp. 1-5, 2016. [18] Liu, X., Wang, P., Loh, P. C., "A Hybrid AC/DC Microgrid and Its Coordination Control", IEEE Trans. Smart Grid, Vol. 2, No.2, pp. 278–286, 2011. [19] NASA Surface Meteorology and Solar Energy: Data Subset, [Online]. Available: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/subset.cgi?email=skip%40larc.nasa.gov&latmin=38&lonmin=45&latmax=12&lonmax=46&month=1&tenyear=avg_dnr&grid=clr_sky&submit=Submit