Tuulivoima- ja aurinkovoima yhdistelmävoimavarais IoT-järjestelmä reaaliaikaiseen vesiputkivalvonnan toteuttamiseen

I. Nykyinen tila ja olemassa olevat ongelmat

Nykyisin vesihuoltoyrityksillä on laajat vedenputkiverkot, jotka ulottuvat kaupunki- ja maaseutualueille. Veden tuotannon ja jakelun tehokkaan hallinnoinnin ja ohjaamisen kannalta on olennaista, että putkien toimintadataa seurataan reaaliajassa. Tämä edellyttää monien datavalvontasijainnin perustamista putkien varrella. Kuitenkin vakaita ja luotettavia sähkölähteitä näiden putkien lähellä on harvinaisesti saatavilla. Vaikka sähkö olisi saatavilla, erityisten sähköjohtojen asentaminen on kallista, altis vahingoituksenalle ja vaatii monimutkaista yhteistyötä energiayritysten kanssa sähkölaskutukseen liittyvissä asioissa, mikä aiheuttaa merkittäviä hallintohaasteita.

Eri tyyppisiä putkivalvontalaitteita on kehitetty, mutta useimmat niistä kärsivät huomattavista rajoitteista. Kaksi yleisintä lähestymistapaa ovat:

• Matalan tehon akkuvoimatut valvontalaitteet: Nämä vaativat säännöllistä akkuvaihtoa. Energiakulutusrajoitusten vuoksi tiedonsiirtotiedon taajuus on yleensä rajoitettu kerran tunnissa, mikä ei riitä reaaliaikaiseen toimintohallintaan.

• Auringonvoiman valvontalaitteet: Nämä vaativat suuret kapasiteettiset akut, jotka tarvitsevat säännöllistä vaihtoa, mikä johtaa korkeisiin alkukustannuksiin ja ylläpitoon.

Tämän vuoksi on kiireellistä kehittää uudenlainen vedenputkivalvontajärjestelmä, joka ylittää nämä rajoitteet.

II. Tuuli-aurinkoyhdistelmäsähköntarjunnan järjestelmän esittely

Tuuli-aurinkoyhdistelmä on integroitu sähköntuotanto- ja sovellusjärjestelmä. Se yhdistää aurinkopaneelit ja tuuliturbiinit (jotka muuntavat vaihtovirtaa suoraksi virtaksi) sähköntuotantoon, tallentamalla energian akkusäilöihin. Kun sähköä tarvitaan, kääntäjä muuntaa tallennetun suoran virran akkujen sähkön vaihtovirraksi, toimittamalla sen siirtolinjojen kautta kuormaan.

Tämä järjestelmä mahdollistaa samanaikaisen sähköntuotannon sekä tuuliturbiineista että aurinkopaneeliryhmistä. Varhaiset yhdistelmäjärjestelmät olivat yksinkertaisia tuuliturbiinien ja aurinkopaneelien yhdistelmiä, joiden matemaattinen mallintaminen oli puutteellista. Koska ne käytettiin pääasiassa matalan luotettavuuden sovelluksiin, nämä varhaiset järjestelmät usein olivat lyhytaikaisia.

Viime vuosina, kun yhdistelmäjärjestelmien sovellusalat ovat laajentuneet ja vaatimukset luotettavuudesta ja kustannustehokkuudesta ovat kasvaneet, on kehitetty useita edistyneitä ohjelmistoja kansainoisesti simuloidakseen tuulen, aurinkoenergian ja yhdistelmäjärjestelmien suorituskykyä. Näitä työkaluja voidaan käyttää eri järjestelmäkonfiguraatioiden mallintamiseen, jotta voidaan määrittää optimaaliset asetukset suorituskyvyn ja sähköntarjonnan kustannusten perusteella.

Nykyisin kahdella päämenetelmällä mitataan yhdistelmäjärjestelmiä kansainoisesti:

• Tehtäväparitarve: Takaava, että PV-ryhmän ja tuuliturbiinin yhdistetty tuotantoteho vaihtelevissa aurinkosäteily- ja tuulenopeusolosuhteissa ylittää kuorman tehotarpeen. Tätä menetelmää käytetään pääasiassa järjestelmän optimointiin ja ohjaamiseen.

• Energiamääräparitarve: Takaava, että PV-ryhmän ja tuuliturbiinin yhteinen tuotettu energia ajan mittaan vastaa tai ylittää kuorman kulutuksen vaihtelevissa olosuhteissa. Tätä menetelmää käytetään pääasiassa järjestelmän sähkökapasiteetin suunnitteluun.

III. Tuuli-aurinkoyhdistelmäsähköjärjestelmän komponentit

Tuuli-aurinkoyhdistelmäsähköjärjestelmä koostuu pääasiassa tuuliturbiinista, aurinkopaneeleista, ohjaimesta, akkuista, kääntäjästä ja AC/DC-kuormista. Järjestelmän konfiguraatiokaavio on liitetty kuvana. Tämä järjestelmä on hybridiuusiutuva energiaratkaisu, joka integroi useita energialähteitä – tuulen, aurinkoenergian ja akkujen varastoinnin – sekä älykkäästi ohjauksen teknologian optimoitua järjestelmän toimintaa varten.

IV. Tuuli-aurinkoyhdistelmäsähköjärjestelmän komponentit

Tuuli-aurinkoyhdistelmäsähköjärjestelmä koostuu useista avainkomponenteista:

• Tuuliturbiini: Muuntaa tuulivoiman mekaaniseksi voimaksi, jota sitten generatori muuttaa sähköenergiaksi. Tämä sähkö lataa akkuja ohjaimen kautta ja toimittaa kuormia kääntäjän kautta.

• Aurinkopaneelit: Hyödyntävät fotovoltaista vaikutusta muuttaakseen auringonvaloa sähköenergiaksi, lataa akkuja ja toimittaa kuormia kääntäjän kautta.

• Kääntäjäjärjestelmä: Koostuu useista kääntäjistä, jotka muuntavat akkujoukon suoran virran standardiksi 220V vaihtovirtaksi, varmistamalla AC-kuormien vakauden. Sillä on myös automaattinen jännitesäädös parhaan sähkölaadun takaamiseksi.

• Ohjausyksikkö: Säätää akkujen tilaa aurinkovalon intensiteetin, tuulen nopeuden ja kuormien muutosten perusteella. Se hallitsee suoraa sähköntoimitusta DC/AC-kuormille ja ylijäämäenergian varastointia akkuissa. Kun tuotanto on riittämätöntä, se nostaa akkuista energiaa järjestelmän jatkuvuuden ylläpitämiseksi.

• Akkujoukko: Varastoaa tuulen ja aurinkoenergian, toimien keskeisenä roolina energian säätelyssä ja kuormien tasapainossa. Se varmistaa jatkuvan sähköntoimituksen puutteen aikana.

Tuuli-aurinkoyhdistelmäjärjestelmien etuja ovat korkeampi vakaus ja luotettavuus energian täydentävyyden ansiosta, pienempi akkukapasiteettitarve ja vähäinen varakohteen tarve, mikä johtaa parempiin taloudellisiin ja sosiaalisiin hyötyihin.

V. Tuuli-aurinkoyhdistelmäjärjestelmien ominaisuudet

• Hyödyntää täysin tuulen ja aurinkoenergian resursseja ilman ulkopuolista sähköntarvetta.

• Tarjoaa päivä- ja yön välisen sekä vuodenaikavälisten täydentävyyden, mikä takaa korkean järjestelmän vakauden ja kustannustehokkuuden.

• Vähentää huomattavasti ylläpitoa ja kustannuksia.

• Tarjoaa itsenäisen sähköntoimituksen, joka ei ole vaarassa luonnonkatastrofeissa.

• Toimii turvallisesti alhaisilla jännitteillä yksinkertaisella ylläpidolla.

VI. Tuuli-aurinkoyhdistelmäputkivalvontajärjestelmän rakenne

Tämä järjestelmä koostuu kahdesta pääosasta: kenttäasemista ja valvontakeskuksista. Kenttäasemat sisältävät:

• Tuuliturbiinit: Muuntavat tuulivoiman sähköenergiaksi akkujen varastointiin ja ohjauskorttien toimitukseen.

• Aurinkopaneelit: Muuntavat aurinkoenergian sähköenergiaksi akkujen varastointiin tai suoraan käyttöön.

• Ohjaimet: Hallitsevat järjestelmän toimintaa, varmistavat optimaalisen lataus/purkukierroksen ja suojaavat ylikulutuksesta.

• Akkut: Varastoivat ylijäämäenergian, joka tuotetaan tuuliturbiineista ja aurinkopaneeleista, käyttöön puutteen aikana.

VII. Avaintekijät tuuli-aurinkoyhdistelmävalvontaaseman toteuttamisessa

• Tuuliturbiinin valinta: Varmista sujuva toiminta ja estetiikka, minimoi tornin kuormituksen.

• Optimaalinen konfiguraation suunnittelu: Suunnittele järjestelmän kapasiteetti paikallisten luonnonvarojen perusteella maksimoituna tehokkuudella.

• Pylvään vahvuussuunnittelu: Varmista rakenteellinen eheyden ottaen huomioon tuuliturbiinien ja aurinkopaneelien koot ja asennuskorkeudet.

VIII. Huolenpoisto tuuli-aurinkoyhdistelmäjärjestelmien suhteen

• Turvallisuushuolen: Järjestelmät on suunniteltu kestämään vakavia sääolosuhteita, estää potentiaalisia vaaroja.

• Sähköntarjonnan luotettavuus: Riittävät varastusratkaisut takaavat jatkuvan sähköntoimituksen vaihtelevissa sääolosuhteissa.

• Kustannushuolen: Teknologian edistys on vähentänyt kustannuksia, tekemästä näistä järjestelmistä taloudellisesti kannattavia, pienemmällä toimintakustannuksella ja ylläpidolla verrattuna perinteisiin järjestelmiin.

Tämä tiivis yhteenveto korostaa tuuli-aurinkoyhdistelmäjärjestelmien olennaisia näkökohtia putkivalvonnassa, käsittelien niiden rakennetta, etuja ja yleisiä huolenaiheita.