Sistema ng IoT na Pinapagana ng Hybrid na Pwersa ng Hangin at Solar para sa Real-Time na Pagmomonito ng Tubig Pipeline

I. Kasalukuyang Kalagayan at Umiiral na mga Problema

Sa kasalukuyan, ang mga kompanya ng pagbibigay ng tubig ay may malawak na mga network ng pipeline na inilapat sa ilalim ng lupa sa urban at rural na lugar. Ang real-time monitoring ng data ng operasyon ng pipeline ay mahalaga para sa epektibong pamamahala at kontrol ng produksyon at distribusyon ng tubig. Dahil dito, kailangan ng maraming estasyon ng pag-monitor ng data sa buong pipeline. Gayunpaman, ang matatag at maasahang pinagmulan ng kuryente malapit sa mga pipeline ay malamang na hindi available. Kahit na mayroong kuryente, ang paglalapat ng dedikadong linya ng kuryente ay mahal, madaling masira, at nangangailangan ng mahirap na pakikipagtulungan sa mga provider ng kuryente para sa billing, na nagdudulot ng malaking hamon sa pamamahala.

Ang iba't ibang uri ng mga aparato para sa pag-monitor ng pipeline ay unti-unting nabuo, ngunit ang karamihan ay may mahalagang limitasyon. Ang dalawang pinaka-karaniwang pamamaraan ay:

• Mga aparato na pinapatakbo ng baterya na may mababang kapangyarihan: Ang mga ito ay nangangailangan ng regular na palitan ng baterya. Dahil sa limitasyon sa paggamit ng kuryente, ang frequency ng pagpapadala ng data ay karaniwang limitado sa isang beses bawat oras, na hindi sapat para sa real-time operational guidance.

• Mga aparato na pinapatakbo ng solar: Ang mga ito ay nangangailangan ng malaking kapasidad na baterya na kailangang palitan paminsan-minsan, na nagreresulta sa mataas na initial investment at maintenance costs.

Dahil dito, mayroong urgenteng pangangailangan na bumuo ng bagong uri ng sistema ng pag-monitor ng pipeline ng tubig na makakalampas sa mga limitasyon na ito.

II. Pagpapakilala sa Wind-Solar Hybrid Power Supply System

Ang wind-solar hybrid system ay isang integrated power generation at application system. Ito ay nagpapakombina ng solar panels at wind turbines (na nagco-convert ng AC to DC) upang lumikha ng kuryente, na inuulit sa mga battery banks. Kapag kailangan ng kuryente, ang inverter ay nagco-convert ng nakaimbak na DC electricity mula sa mga baterya sa AC electricity, na inuulit sa load sa pamamagitan ng transmission lines.

Ang sistema na ito ay nagbibigay ng kakayahan para sa simultaneuos na pag-generate ng kuryente mula sa parehong wind turbines at solar panel arrays. Ang mga unang hybrid systems ay simple combination ng wind turbines at photovoltaic (PV) modules, na walang detalyadong mathematical modeling. Dahil ginagamit ang mga ito para sa mga low-reliability applications, ang mga unang sistema na ito ay karaniwang may maikling service life.

Sa mga kamakailang taon, bilang ang application scope ng mga hybrid systems ay lumaganap at tumaas ang mga demand para sa reliability at cost-effectiveness, ang maraming advanced software packages ay nabuo sa international level upang simula ang performance ng wind, solar, at hybrid power systems. Ang mga tools na ito ay maaaring imodel ang iba't ibang system configurations upang matukoy ang optimal setups batay sa performance at power supply costs.

Sa kasalukuyan, ang dalawang pangunahing paraan ay ginagamit sa international level para sa sizing ng hybrid systems:

• Power Matching Method: Nag-aasure na ang combined output power ng PV array at wind turbine sa iba't ibang kondisyon ng solar radiation at wind speed ay lumampas sa load power. Ang paraan na ito ay pangunahing ginagamit para sa system optimization at control.

• Energy Matching Method: Nag-aasure na ang total energy generated ng PV array at wind turbine sa loob ng panahon ay lumampas o tumutugon sa energy consumed ng load sa iba't ibang kondisyon. Ang paraan na ito ay pangunahing ginagamit para sa system power capacity design.

III. Mga Komponente ng Wind-Solar Hybrid Power System

Ang wind-solar hybrid power system ay pangunahing binubuo ng wind turbine, solar photovoltaic (PV) panels, controller, batteries, inverter, at AC/DC loads. Ang diagram ng system configuration ay ipinapakita sa kasama na figure. Ang sistema na ito ay isang hybrid renewable energy solution na nagpapakombina ng maraming source ng enerhiya—wind, solar, at battery storage—kasama ang intelligent control technology para sa optimized system operation.

Ⅳ.Mga Komponente ng Wind-Solar Hybrid Power System

Ang wind-solar hybrid power system ay binubuo ng ilang pangunahing komponente:

• Wind Turbine: Nagsasalin ng wind energy sa mechanical energy, na pagkatapos ay sinusunod sa electrical energy ng pamamagitan ng generator. Ang kuryente na ito ay nagcha-charge ng mga baterya sa pamamagitan ng controller at nagbibigay ng kuryente sa mga load sa pamamagitan ng inverter.

• Solar PV Panels: Gumagamit ng photovoltaic effects upang isalin ang sunlight sa electrical energy, na nagcha-charge ng mga baterya at nagbibigay ng kuryente sa mga load sa pamamagitan ng inverter.

• Inverter System: Binubuo ng maraming inverter na nagco-convert ng DC mula sa mga battery bank sa standard 220V AC, na nag-aasure ng stable operation ng AC load devices. Ito rin ay may automatic voltage stabilization para sa mas magandang kalidad ng kuryente.

• Control Unit: Nagsasala ng estado ng mga baterya batay sa solar intensity, wind speed, at pagbabago ng load. Ito ay nagmamaneho ng direct power distribution sa DC/AC loads at excess energy storage sa mga baterya. Sa panahon ng insufficient generation, ito ay kumukuha mula sa mga baterya upang panatilihin ang patuloy na operasyon ng sistema.

• Battery Bank: Nagsasala ng enerhiya mula sa parehong wind at solar sources, na may mahalagang papel sa regulation at balancing ng load. Ito ay nag-aasure ng patuloy na suplay ng kuryente sa panahon ng shortages.

Ang mga adhika ng wind-solar hybrid systems ay kinabibilangan ng mas mataas na stability at reliability dahil sa complementarity ng enerhiya, reduced battery capacity requirements, at minimized reliance sa backup generators, na nagreresulta sa mas magandang ekonomiko at sosyal na benepisyo.

Ⅴ.Karakteristik ng Wind-Solar Hybrid Systems

• Fully utilizes wind and solar resources without external power supply.

• Offers day-night and seasonal complementarity, ensuring high system stability and cost-effectiveness.

• Reduces maintenance work and costs significantly.

• Provides independent power supply unaffected by natural disasters.

• Operates safely at low voltages with simple maintenance.

Ⅵ.Composition of Wind-Solar Hybrid Pipeline Monitoring Systems

This system comprises two major parts: field stations and monitoring centers. Field stations include:

• Wind Turbines: Convert wind energy into electricity for battery storage and supply to control boxes.

• Solar Panels: Transform solar energy into electricity for battery storage or direct use.

• Controllers: Manage the system’s operation, ensuring optimal charge/discharge cycles and protecting against overcharging.

• Batteries: Store excess energy generated by wind turbines and solar panels for use during shortages.

Ⅶ.Key Considerations for Implementing Wind-Solar Hybrid Monitoring Stations

• Wind Turbine Selection: Ensure smooth operation and aesthetic appeal, minimizing tower load.

• Optimal Configuration Design: Tailor the system's capacity based on local natural resources to maximize efficiency.

• Pole Strength Design: Ensure structural integrity considering wind turbine and solar panel sizes and installation heights.

Ⅷ.Addressing Concerns about Wind-Solar Hybrid Systems

• Safety Concerns: Systems are designed to withstand severe weather conditions, preventing potential hazards.

• Power Supply Reliability: Adequate storage solutions ensure consistent power supply despite variable weather conditions.

• Cost Issues: Technological advancements have reduced costs, making these systems economically viable with lower operational and maintenance expenses compared to traditional systems.

This concise summary highlights the essential aspects of wind-solar hybrid systems for pipeline monitoring, addressing their composition, advantages, and common concerns.