سامانۀ یکپارچۀ مدیریت انرژی الکتریکی کلبۀ سبز: آزمون فنی‌اقتصادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 ، مدیریت صنعتی- کیفیت و بهره‌وری، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

ماهیت تناوب انرژی تمایل به استفاده از سامانه‌های ترکیبی را افزایش داده و کنترل بهینۀ این سامانه‌ها از نظر هزینه و قابلیت اطمینان با افزایش استفاده از سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر ترکیبی، به‌ویژه در برق‌رسانی از راه دور، از اهمیت بالایی برخوردار شده است. در این پژوهش، مدیریت انرژی با استفاده از الگوریتم تصمیم‌گیری پویا و کنترل‌کنندۀ هوشمند انجام شده است. این سامانه به‌طور خودکار و پویا با تغییرات خروجی منبع خورشیدی و انرژی بادی و باتری‌ها تطبیق یافته و قادر به پاسخ‌گویی درخواست‌های بیرونی، مانند سیگنال‌های ولتاژ و محدودیت‌های سامانۀ قدرت یا درخواست‌های اپراتور است. نتایج نشان داد چنانچه نفوذ انرژی تجدیدپذیر 8/23% باشد، با میانگین مصرف سوخت فسیلی سالانه 407 لیتر، انرژی تولیدی سامانۀ تبدیل انرژی تجدیدپذیر ترکیبی معادل kWh/yr 1697 بوده و خالص ارزش فعلی برابر 68/553 دلار و نرخ بازگشت سرمایۀ داخلی برابر 49/21% با دورۀ بازگشت سرمایۀ 71/15 سال است. با افزایش نفوذ انرژی تجدیدپذیر به 54%، مصرف سوخت فسیلی، سالانه 253 لیتر شده و انرژی تولیدی معادل kWh/yr 1652 و نرخ بازگشت سرمایه برابر 5/19% با دورۀ بازگشت سرمایۀ 61/17 سال محاسبه می‌شود. مدیریت انرژی کلبۀ سبز با نفوذ 100% انرژی تجدیدپذیر، kWh/yr 1933 انرژی بدون انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی و خالص ارزش فعلی 09/372- دلار را همراه دارد. از دید سیاست‌گذاری انرژی، چنانچه تعرفۀ خرید برق تجدیدپذیر به بیش از 06/ دلار افزایش یابد، اجرای این روش اقتصادی خواهد باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Green, M.A., Hishikawa, Y., Dunlop, E.D., Levi, D.H., Hohl-Ebinger, J. and Ho-Baillie, A.W.Y. Solar cell efficiency tables (version 51). Prog Photovoltaics Res Appl, Vol. 26, pp. 3–12, 2003.
[2] Cai, W., Li, X., Maleki, A., Pourfayaz, F., Rosen, M.A., Alhuyi Nazari, M., et al. "Optimal sizing and location based on economic parameters for an off-grid application of a hybrid system with photovoltaic, battery and diesel technology". Energy, Vol. 201, pp. 117480, 2020.
[3] Awad, OI., Ali, OM., Mamat, R., Abdullah, AA., Najafi, G., Kamarulzaman, MK., et al. "Using fusel oil as a blend in gasoline to improve SI engine efficiencies: A comprehensive review". Renew Sustain Energy Rev, Vol. 69, pp. 32–42, 2017.
[4] Esmaeili shayan, M., Najafi, G., Gorjian, S. Design Principles and Applications of Solar Power Systems (In Persian). First Edit. Tehran: ACECR Publication- Amirkabir University of Technology Branch; 2020.
[5] Zhong, RZ., Cheng, L., Wang, YQ., Sun, XZ., Luo, DW., Fang, Y., et al. "Effects of anthelmintic treatment on ewe feed intake, digestion, milk production and lamb growth", SPRINGER Verlag, SINGAPOR, Vol. 155, 2017.
[6] Esmaeili shayan, M., Najafi, G., Banakar, A. "Power quality in flexible photovoltaic system on curved surfaces". J Energy Plan Policy Res, Vol. 3, pp. 36–105, 2017.
[7] Jouda, A., Elyes, F., Rabhi, A., Abdelkader, M. "Optimization of scaling factors of fuzzy–mppt controller for stand-alone photovoltaic system by particle swarm optimization". Energy Procedi, a Vol. 111, pp. 63–95, 2017.
[8] Girija, S., Joshi, A. "Fast hybrid PSO-APF algorithm for path planning in obstacle rich environment". Elsevier B.V, IFAC-PapersOnLine, Vol. 52, pp. 25–30, 2019.
[9] Sorensen, B. Solar energy storage. Academic Press; 2015.
[10]         Salmani1, A., Sadeghzadeh, S., Naseh, MR. "Optimization and sensitivity analysis of a hybrid system in KISH_IRAN". Int J Emerg Technol Adv Eng, Vol. 4, pp. 49–55, 2014.
[11]         Alabdul Salam, M., Aziz, A., Alwaeli, AHA., Kazem, HA. "Optimal sizing of photovoltaic systems using HOMER for Sohar, Oman". Int J Renew ENERGY Res 2013.
[12]         Aghaei, J., Karami, M., Muttaqi, KM., Shayanfar, HA., Ahmadi, A. "MIP-based stochastic security-constrained daily hydrothermal generation scheduling". IEEE Syst J, Vol. 9, pp. 28–61, 2015.
[13]         Sinha, S., Chandel, SS. "Review of software tools for hybrid renewable energy systems". Renew Sustain Energy Rev, Vol. 32, pp. 192–205, 2014.
[14]         Esmaeili Shayan, M., Esmaeili Shayan, S., Nazari, A. "Possibility of supplying energy to border villages by solar energy sources". Energy Equip Syst, Vol. 9, pp. 279–289, 2021.
[15]         Yang, B., Wang, J., Zhang, X., Yu, L., Shu, H., Yu, T., et al. "Control of SMES systems in distribution networks with renewable energy integration: A perturbation estimation approach". Energy, Vol. 202, pp. 3–12, 2020.
[16]         Sulaeman, S., Brown, E., Quispe-Abad, R., Müller, N. "Floating PV system as an alternative pathway to the amazon dam underproduction". Renew Sustain Energy Rev 2021; 135: 110082.
[17]         Li, Y., Gao, W., Ruan, Y. "Performance investigation of grid-connected residential PV-battery system focusing on enhancing self-consumption and peak shaving in Kyushu, Japan". Renew Energy, Vol. 127, pp. 514–523, 2018.
[18]         Petrollese, M., Cau, G., Cocco, D. "Use of weather forecast for increasing the self-consumption rate of home solar systems: An Italian case study". Appl Energy, Vol. 2012, pp. 746–758, 2018.
[19]         Alarifi, A., Ali, AlZubi, A., Alfarraj, O., Alwadain, A. "Automated control scheduling to improve the operative performance of smart renewable energy systems". Sustain Energy Technol Assessments, Vol. 45, pp. 3–12, 2021.
[20]         Pravin, PS., Misra, S., Bhartiya, S., Gudi, RD. "A reactive scheduling and control framework for integration of renewable energy sources with a reformer-based fuel cell system and an energy storage device". J Process Control, Vol. 87, pp. 147–165, 2020.
[21]         Dong, X., Lu, J., Sun, B. "Min-max operation optimization of renewable energy combined cooling, heating, and power systems based on model predictive control". IFAC-PapersOnLine, Vol. 53, pp. 12809–14, 2020.
[22]         Noghreian, E., Koofigar, HR. "Power control of hybrid energy systems with renewable sources (wind-photovoltaic) using switched systems strategy". Sustain Energy, Grids Networks, Vol. 21, pp. 3–12, 2020.
[23]         Lalouni, S., Rekioua, D., Rekioua, T., Matagne, E. "Fuzzy logic control of stand-alone photovoltaic system with battery storage". J Power Sources, Vol. 193, pp. 899–907, 2009.
[24]         Maeda, T., Ito, H., Hasegawa, Y., Zhou, Z., Ishida, M. "Study on control method of the stand-alone direct-coupling photovoltaic - Water electrolyzer". Int J Hydrogen Energy, Vol. 37, pp. 4819–28, 2012.
[25]         Sridhar, H., Meera, KS. "Study of grid connected solar photovoltaic system using real time digital simulator". 2014 Int. Conf. Adv. Electron. Comput. Commun. ICAECC 2014, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.; 2015.
[26]         Yang, H., Zhou, W., Lu, L., Fang, Z. "Optimal sizing method for stand-alone hybrid solar-wind system with LPSP technology by using genetic algorithm". Sol Energy, Vol. 82, pp. 354–67, 2008.  .
[27]         Azadbakht, M., Esmaeili Shayan, M. Jafari, H. "Investigation of Long Shaft Failure in John Deere 955 Grain Combine Harvester under Static Load". Univers J Agric Res, , Vol. 1, pp. 70–73, 2013.
[28]         Esameili Shayan, M., Najafi, G., Esameili shayan, S. "Design of an Integrated Photovoltaic Site: Case of Isfahan’s Jarghouyeh photovoltaic plant". J Energy Plan Policy Res, , Vol. 6, pp. 229–250, 2021.
[29]         Esmaeili Shayan, M., Najafi, G., Lorenzini, G. "Phase change material mixed with chloride salt graphite foam infiltration for latent heat storage applications at higher temperatures and pressures". Int J Energy Environ Eng, Vol. 13, pp. 739–749, 2022.
[30]         Esmaeili Shayan, M., Najafi, G,, Ghobadian, B., Gorjian, S., Mazlan, M. "Sustainable design of a Near-Zero-Emissions building assisted by a smart hybrid renewable microgrid". Int J Renew Energy Dev, Vol. 11, pp. 741–780, 2022.
[31]         Ghasemzadeh, F., Esmaeili Shayan, M. Nanotechnology in the Service of Solar Energy Systems. Nanotechnol. Environ., London: IntechOpen; 2020.