Wind-Sonne Hybride Gestragte IoT-stelsel vir Real-time Waterleidingemonitoring

I. Huidige Status en Bestaande Probleme

Tans het watervoorsieningsmaatskappye uitgebreide netwerke van waterleidings wat ondergronds oor stedelike en landelike areas gelei is. Real-time monitering van leidingbedryfsdata is essensieel vir doeltreffende bevelvoering en beheer van waterproduksie en -verspreiding. Daarom moet talryke datamoniteringsstasies langs die leidings opgerig word. Tog is stabiele en betroubare kragbronne naby hierdie leidings selde beskikbaar. Selfs wanneer krag beskikbaar is, is die aanleg van toegewysde kraglyne duur, vatbaar vir skade en behels komplekse koördinering met nutsvoorsieners vir elektrisiteitsrekeninge, wat beduidende bestuursuitdagings skep.

Verskeie tipes leidingmoniteringsapparate is ontwikkel, maar die meeste het beduidende beperkings. Die twee mees algemene benaderings is:

• Laag-verbruik batterij-aangedrewe moniteringsapparate: Hierdie vereis gereeld batterjievervanging. As gevolg van kragverbruiksbeperkings is die frekwensie van dataoorskynings tipies beperk tot een keer per uur, wat onvoldoende is vir real-time operasionele riglyne.

• Sonkrag-aangedrewe moniteringsapparate: Hierdie vereis grootkapasiteitbatterye wat periodies vervang moet word, wat lei tot hoë aanvanklike investerings- en instandhoudingskoste.

Daarom is daar 'n dringende behoefte om 'n nuwe tipe waterleidingmoniteringstelsel te ontwikkel wat hierdie beperkings oorkom.

II. Inleiding tot die Wind-Son Hybrid Kragvoorsieningstelsel

'n Wind-son hybridstelsel is 'n geïntegreerde kragopwekking- en toepassingstelsel. Dit kombineer sonpaneel en windturbine (wat AC na DC omskei) om krag op te wek, en stoor die energie in batteriebank. Wanneer krag nodig is, omskei 'n inverter die gestoorde DC-krag van die batterye na AC-krag, en lewer dit deur middel van oordraaglynne aan die belasting.

Hierdie stelsel maak gelyktydige kragopwekking van beide windturbines en sonpaneelarrays moontlik. Vroeë hybridstelsels was eenvoudige kombinasies van windturbines en fotovoltaiese (PV) module, sonder gedetailleerde wiskundige modellering. Aangesien hulle hoofsaaklik vir lae-betroubare toepassings gebruik is, het hierdie vroeë stelsels dikwels kort dienstellewe gehad.

In onlangse jare, as die toepassingsgebied van hybridstelsels verwyder en die vraag na betroubaarheid en koste-effektiwiteit toegeneem het, is verskeie gevorderde sagtewarepakkette internasionaal ontwikkel om die prestasie van wind-, son- en hybridkragstelsels te simuleer. Hierdie instrumente kan verskillende stelselkonfigurasies modelleer om optimale opsies te bepaal op grond van prestasie en kragvoorsieningskoste.

Tans word twee hoofmetodes internasionaal gebruik vir die groottebepaling van hybridstelsels:

• Kragpassingmetode: Verseker dat die gekombineerde uitsetkrag van die PV-array en windturbine onder wisselende sonstraalvlakke en windspoed voorwaardes die belastingskrag oorskry. Hierdie metode word hoofsaaklik vir stelseloptimering en -beheer gebruik.

• Energiepassingmetode: Verseker dat die totale energie wat deur die PV-array en windturbine oor tyd gegenereer word, die energie wat deur die belasting onder wisselende voorwaardes verbruik word, oorskry of daarmee ooreenstem. Hierdie metode word hoofsaaklik vir stelselkragkapasiteitsontwerp gebruik.

III. Komponente van die Wind-Son Hybrid Kragstelsel

'n Wind-son hybrid kragstelsel bestaan hoofsaaklik uit 'n windturbine, sonfotovoltaiese (PV) panele, 'n beheerder, batterye, 'n inverter, en AC/DC-belastings. Die stelselkonfigurasiediagram word in die bygevoegde figuur gewys. Hierdie stelsel is 'n hybrid vernuwbaar energie-oplossing wat verskeie energiebronne—wind, son, en batterystoring—met intelligente beheertechnologie integreer vir geoptimeerde stelselbedryf.

Ⅳ.Komponente van die Wind-Son Hybrid Kragstelsel

'n Wind-son hybrid kragstelsel bestaan uit verskeie sleutelkomponente:

• Windturbine: Skakel windenergie om na meganiese energie, wat dan deur 'n generator omgeskakel word na elektriese energie. Hierdie krag laai batterye via 'n beheerder op en voorsien belastings deur 'n inverter.

• Son PV Panele: Gebruik fotovoltaiese effekte om sonlig om te skakel na elektriese energie, laai batterye op en voorsien belastings deur 'n inverter.

• Inverterstelsel: Bestaan uit verskeie inverters wat DC van batteriebankke omskei na standaard 220V AC, wat stabiliseerde bedryf van AC-belastings verseker. Dit het ook outomatiese spanskakeling vir verbeterde kragkwaliteit.

• Beheereenheid: Pas batteriestatusse aan op grond van sonintensiteit, windspoed, en belastingsveranderinge. Dit beheer direkte kragverspreiding na DC/AC-belastings en oormaatenergieslagting in batterye. Tydens onvoldoende opwekking, trek dit van batterye om stelselkontinuïteit te handhaaf.

• Batteriebank: Stoor energie van beide wind- en sonbronne, speel 'n kritieke rol in energieregulering en belastingsbalansering. Dit verseker kontinue kragvoorsiening tydens tekortkominge.

Voordelige van wind-son hybridstelsels sluit in hoër stabiliteit en betroubaarheid as gevolg van energiekomplementariteit, verminderde batteriekapasiteitsvereistes, en geminimaliseerde afhanklikheid van rugsteun-generators, wat tot beter ekonomiese en sosiale voordele lei.

Ⅴ.Kenmerke van Wind-Son Hybridstelsels

• Maak volledig gebruik van wind- en sonbronne sonder buitengewone kragvoorsiening.

• Bied dag-en-nag en seisoenlik komplementariteit, wat hoë stelselstabiliteit en koste-effektiwiteit verseker.

• Verminder onderhoudswerk en -koste beduidend.

• Verskaf onafhanklike kragvoorsiening wat nie deur natuurrampe beïnvloed word nie.

• Bedryf veilig by lae spanning met eenvoudige onderhoud.

Ⅵ.Samenstelling van Wind-Son Hybrid Leiding Moniteringstelsels

Hierdie stelsel bestaan uit twee groot dele: veldstasies en moniteringsentra. Veldstasies sluit in:

• Windturbines: Skakel windenergie om na elektriese krag vir batterystoring en -voorsiening aan beheerkassas.

• Sonpaneel: Transformeer sonenergie na elektriese krag vir batterystoring of direkte gebruik.

• Beheerders: Bestuur die stelsel se bedryf, verseker optimale laai- en ontladingssiklusse en beskerm teen oorlaai.

• Batterye: Stoor oormatige energie gegenereer deur windturbines en sonpaneel vir gebruik tydens tekortkominge.

Ⅶ.Belangrike Oorwegings vir die Implementering van Wind-Son Hybrid Moniteringsstasies

• Keuse van Windturbine: Verseker gladde bedryf en estetiese aantreklikheid, minimiseer torenlast.

• Optimale Konfigurasieontwerp: Passeer die stelsel se kapasiteit aan op grond van plaaslike natuurlike bronne om doeltreffendheid te maksimeer.

• Stygsterkteontwerp: Verseker strukturele heelheid met inagneming van windturbine- en sonpaneelgroottes en -installasiehoogtes.

Ⅷ.Aanspreek van Besorgdhede oor Wind-Son Hybridstelsels

• Veiligheidsbesorgdhede: Stelsels is ontwerp om ernstige weerstoestande te weerstaan, wat potensiële risiko's voorkom.

• Betroubaarheid van Kragvoorsiening: Adequate stooroplossings verseker konsekwente kragvoorsiening ondanks veranderlike weerstoestande.

• Kostebesorgdhede: Tegnologiese vordering het koste verlaag, wat hierdie stelsels ekonomies lewensvatbaar maak met laer operasionele en instandhoudingskoste in vergelyking met tradisionele stelsels.

Hierdie beknopte opsomming wys die noodsaaklike aspekte van wind-son hybridstelsels vir leidingmonitering, wat hul samestelling, voordele, en algemene besorgdhede aanspreek.