Hibridni vjetro-sunčani strujni IoT sustav za stvarnotempo prateći vodovodi
I. Trenutno stanje i postojeći problemi
Trenutno, vodovodne kompanije imaju obsežne mreže podzemnih cjevovoda raspoređene kroz urbana i ruralna područja. Stvarno vrijeme nadzor podataka o radu cjevovoda je ključan za učinkovitu komandu i kontrolu proizvodnje i distribucije vode. Kao rezultat, duž cjevovoda mora biti postavljeno mnogo stanica za nadzor podataka. Međutim, stabilni i pouzdani izvori struje blizu ovih cjevovoda rijetko su dostupni. Čak i kada je struja dostupna, postavljanje posebnih linija za snabdevanje strujom je skupo, osjetljivo na oštećenja i zahtijeva složenu koordinaciju s pružateljima usluga za naplatu struje, što stvara značajne izazove u upravljanju.
Razvijeni su različiti tipovi uređaja za nadzor cjevovoda, ali većina njih ima značajne ograničenja. Dva najčešća pristupa su:
Uređaji za nadzor s niskopotrosnom baterijom: Ovi uređaji zahtijevaju redovito zamjenjivanje baterija. Zbog ograničenja potrošnje energije, frekvencija prijenosa podataka obično je ograničena na jednom putu po satu, što nije dovoljno za stvarno-vremensko operativno upravljanje.
Uređaji za nadzor na solarnoj energiji: Ovi uređaji zahtijevaju velike kapacitete baterija koje treba redovito zamjenjivati, što rezultira visokim početnim ulozi i troškovima održavanja.
Stoga postoji nužda za razvojem novog tipa sustava za nadzor cjevovoda koji premaši ova ograničenja.
II. Uvod u hibridni sustav snabdevanja strujom od vjetra i sunca
Hibridni sustav od vjetra i sunca je integrirani sustav generiranja i primjene struje. On kombinira solarni paneli i vjetroelektrane (koje pretvaraju AC u DC) za generiranje struje, pohranjujući energiju u baterijske banke. Kada je potrebna struja, inverter pretvara pohranjenu DC struju iz baterija u AC struju, dostavljajući je putem prijenosnih linija opterećenju.
Ovaj sustav omogućuje istodobnu proizvodnju struje iz vjetroelektrana i poljoprivrede solarnih panela. Rani hibridni sustavi bili su jednostavne kombinacije vjetroelektrana i fotovoltačkih (PV) modula, bez detaljnog matematičkog modeliranja. Budući da su se uglavnom koristili za aplikacije s niskom pouzdanosti, ovi rani sustavi često imali su kratku životnu dobu.
U posljednjih nekoliko godina, kako se opseg primjene hibridnih sustava proširio i porastla su zahtjeve za pouzdanosti i ekonomičnosti, razvijeno je nekoliko naprednih softverskih paketa međunarodno za simulaciju performansi sustava od vjetra, sunca i hibridne struje. Ovi alati mogu modelirati različite konfiguracije sustava kako bi se utvrdile optimalne postavke na temelju performansi i troškova snabdevanja strujom.
Trenutno, dva glavna metoda se koriste međunarodno za dimenzioniranje hibridnih sustava:
Metoda usklađivanja snage: Osigurava da ukupna izlazna snaga PV polja i vjetroelektrane pod varijabilnim uvjetima solarnog zračenja i brzine vjetra premaši snagu opterećenja. Ova metoda uglavnom se koristi za optimizaciju i kontrolu sustava.
Metoda usklađivanja energije: Osigurava da ukupna energija proizvedena od PV polja i vjetroelektrane tijekom vremena zadovoljava ili premaši energiju potrošenu od opterećenja pod varijabilnim uvjetima. Ova metoda uglavnom se koristi za dizajn kapaciteta snage sustava.
III. Komponente hibridnog sustava snabdevanja strujom od vjetra i sunca
Hibridni sustav snabdevanja strujom od vjetra i sunca sastoji se od vjetroelektrane, solarnih fotovoltačkih (PV) panela, kontrolera, baterija, invertera i AC/DC opterećenja. Slika konfiguracije sustava prikazana je na privaćenom dijagramu. Ovaj sustav je hibridno rješenje obnovljive energije koje integriše više izvora energije—vjetar, sunce i pohrana baterija—uz inteligentnu tehnologiju kontrole za optimiziranu operaciju sustava.
Ⅳ. Komponente hibridnog sustava snabdevanja strujom od vjetra i sunca
Hibridni sustav snabdevanja strujom od vjetra i sunca sastoji se od nekoliko ključnih komponenti:
Vjetroelektrana: Pretvara energiju vjetra u mehaničku energiju, koja se zatim pretvara u električnu energiju generatorom. Ova struja puni baterije putem kontrolera i snabdijeva opterećenje putem invertera.
Solarni PV paneli: Koriste fotoelektrični efekt za pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju, puni baterije i snabdijeva opterećenje putem invertera.
Inverter sistem: Sastoji se od više invertera koji pretvaraju DC struju iz baterijskih banaka u standardnu 220V AC struju, osiguravajući stabilnu operaciju AC opterećenja. Također ima automatsko stabiliziranje napona za poboljšanu kvalitetu struje.
Kontrolni jedinica: Prilagođava stanje baterija na temelju intenziteta sunca, brzine vjetra i promjena opterećenja. Upravlja direktnim snabdijevanjem DC/AC opterećenja i pohranom prekomjerne energije u baterije. Tijekom nedostatka proizvodnje, ispisuje iz baterija kako bi se održala kontinuitet sustava.
Baterijska banka: Pohranjuje energiju iz oba izvora, vjetra i sunca, igrajući ključnu ulogu u regulaciji i balansiranju opterećenja. Osigurava neprekidno snabdijevanje strujom tijekom nedostataka.
Prednosti hibridnih sustava od vjetra i sunca uključuju veću stabilnost i pouzdanost zbog komplementarnosti energije, smanjene potrebe za kapacitetom baterija i minimiziranu ovisnost o rezervnim generatorima, što dovodi do boljih ekonomskih i društvenih prednosti.
Ⅴ. Karakteristike hibridnih sustava od vjetra i sunca
Potpuno iskorištava resurse vjetra i sunca bez vanjskog snabdevanja strujom.
Nudi dnevno-noćnu i sezonsku komplementarnost, osiguravajući visoku stabilnost i ekonomičnost sustava.
Značajno smanjuje radove održavanja i troškove.
Pruža neovisno snabdevanje strujom neovisno o prirodnim katastrofama.
Sigurno funkcionira na niskim naponima s jednostavnim održavanjem.
Ⅵ. Sastav hibridnih sustava nadzora cjevovoda od vjetra i sunca
Ovaj sustav sastoji se od dvije glavne komponente: terenskih stanica i centara za nadzor. Terenske stanice uključuju:
Vjetroelektrane: Pretvaraju energiju vjetra u struju za pohranu u baterije i snabdijevanje kontrolnih kutija.
Solarni paneli: Pretvaraju sunčevu energiju u struju za pohranu u baterije ili direktne upotrebe.
Kontroleri: Upravljaju radom sustava, osiguravajući optimalne cikluse punjenja i razpunjenja i zaštitu od preopterećenja.
Baterije: Pohranjuju prekomjernu energiju generiranu od vjetroelektrana i solarnih panela za upotrebu tijekom nedostataka.
Ⅶ. Ključne smjernice za implementaciju hibridnih stanica nadzora od vjetra i sunca
Odabir vjetroelektrane: Osigurajte gladak rad i estetski privlačnost, minimalizirajući opterećenje toranj.
Optimalni dizajn konfiguracije: Prilagodite kapacitet sustava na temelju lokalnih prirodnih resursa kako biste maksimizirali učinkovitost.
Dizajn čvrstoće stuba: Osigurajte strukturnu integritet uzimajući u obzir veličinu vjetroelektrana i solarnih panela i visine instalacije.
Ⅷ. Rješavanje zabrinutosti vezanih uz hibridne sustave od vjetra i sunca
Sigurnosne zabrinutosti: Sustavi su dizajnirani da izdržavaju teške vremenske uvjete, spreučavajući potencijalne opasnosti.
Pouzdanost snabdevanja strujom: Dovoljne rješenja za pohranu osiguravaju konstantno snabdevanje strujom unatoč varijabilnim vremenskim uvjetima.
Troškovne pitanja: Tehnološki napredak smanjio je troškove, čineći ove sustave ekonomski isplativima s nižim operativnim i održavanjem u usporedbi s tradicionalnim sustavima.
Ovaj sažetak naglašava ključne aspekte hibridnih sustava od vjetra i sunca za nadzor cjevovoda, obrađujući njihov sastav, prednosti i uobičajene zabrinutosti.
