Vēja-saules hibrīda jaudas IoT sistēma īpašreizējam ūdens cauruļvadu monitorēšanai
I. Pašreizējā stāvokļa un esošo problēmu analīze
Pašlaik ūdensapgādes uzņēmumiem ir izveidota plaša ūdens cauruļvadu tīkla struktūra zem novada un lauku teritorijām. Ūdens ražošanas un sadalīšanas efektīvai vadībai un kontrolei ir būtiski nepieciešama cauruļvadu darbības datu reāllaika monitorings. Tādēļ, cauruļvadiem garā ceļā jāiekārto daudzi dati apstrādošos stacijas. Tomēr, šiem cauruļvadiem tuvā stabilus un uzticamus enerģijas avotus reti atrod. Pat tad, ja pieeja pie enerģijas ir, tos speciali ievadītajiem elektrotīklam ir dārgi, to var viegli bojāties, un tas prasa sarežģītu koordināciju ar pakalpojumu sniedzējiem par elektroenerģijas rēķināšanu, radot nozīmīgas pārvaldības izaicinājumus.
Ir izstrādāti dažādi veidi cauruļvadu monitoringu, taču lielākā daļa no tiem saskaras ar ievērojamām ierobežojumiem. Divi visizplatītākie pieejas ir:
Zemas enerģijas patēriņa akumulatoru palaidu monitorings: Tiem regulāri jāmaina akumulators. Izglabāšanas ierobežojumu dēļ, dati tiek nosūtīti tikai reizi stundā, kas nav pietiekami reālajai operatīvajai vadībai.
Saules enerģijas palaidu monitorings: Tiem ir nepieciešami liela kapacitātes akumulatori, kuri jāaizvieto periodiski, kas rada augstu sākotnējo investīciju un uzturēšanas izmaksas.
Tādējādi, ir steidzami nepieciešams izstrādāt jaunu veidu ūdens cauruļvadu monitoringa sistēmu, kas pārvarētu šos ierobežojumus.
II. Vēju un saules hibrīda enerģijas sistēmas apraksts
Vēju un saules hibrīda sistēma ir integrēta enerģijas ražošanas un pielietojuma sistēma. Tā kombinē saules paneles un vēja ģeneratorus (kas pārvērš AC uz DC) enerģijas ražošanai, saglabājot to akumulatoru bankās. Kad enerģija ir nepieciešama, invertors pārvērš saglabāto DC elektroenerģiju no akumulatoru bankām par AC elektroenerģiju, nododot to transmisijas līnijām uz slodzes.
Šī sistēma ļauj vienlaikus ražot enerģiju gan no vēja ģeneratoriem, gan saules paneļu masīviem. Agrīnās hibrīda sistēmas bija vienkāršas vēja ģeneratoru un fotovoltaisko (PV) moduļu kombinācijas, bez detalizētas matemātiskas modelēšanas. Tā kā tās galvenokārt tika izmantotas zemas uzticamības aplikācijām, agrīnās sistēmas bieži turēja īsu servisa dzīveslaiku.
Pēdējos gados, kā hibrīda sistēmu izmantošanas joma paplašinās un pieaug uzticamības un ekonomiskuma prasības, starptautiski ir izstrādāti vairāki pašpietiekami programmatūras pakoti, lai simulētu vēja, saules un hibrīda enerģijas sistēmu veiktspēju. Šīs rīku var modelēt dažādas sistēmas konfigurācijas, lai noteiktu optimālas izvades balstoties uz veiktspēju un enerģijas piegādes izmaksām.
Pašlaik starptautiski tiek izmantotas divas galvenās metodes hibrīda sistēmu izmērošanai:
Jaudas sakritīšanas metode: Tiešina, ka PV masīva un vēja ģeneratora kopējais izvade spēks dažādos saules gaismas un vēja ātruma apstākļos pārsniedz slodzes spēku. Šī metode tiek galvenokārt izmantota sistēmas optimizācijai un kontrolēšanai.
Enerģijas sakritīšanas metode: Tiešina, ka PV masīva un vēja ģeneratora kopējā enerģija laikā atbilst vai pārsniedz slodzes enerģiju dažādos apstākļos. Šī metode tiek galvenokārt izmantota sistēmas enerģijas jaudas projektēšanai.
III. Vēju un saules hibrīda enerģijas sistēmas komponenti
Vēju un saules hibrīda enerģijas sistēma galvenokārt sastāv no vēja ģeneratora, saules fotovoltaisko (PV) paneļu, kontrollera, akumulatoru, invertora un AC/DC slodzes. Sistēmas shēma ir attēlotā pievienotajā figūrā. Šī sistēma ir hibrīda atjaunojamās enerģijas risinājums, kas integra vairākas enerģijas avotas—vēju, saules un akumulatoru glabāšanu—kopā ar inteliģento kontrolēšanas tehnoloģiju, lai optimizētu sistēmas darbību.
Ⅳ.Vēju un saules hibrīda enerģijas sistēmas komponenti
Vēju un saules hibrīda enerģijas sistēma sastāv no vairākiem galvenajiem komponentiem:
Vēja ģeneratoris: Pārvērš vēja enerģiju mehāniskā enerģijā, kas pēc tam tiek pārvērsta elektroenerģijā ar ģeneratoru. Šī elektroenerģija uzlādē akumulatorus ar kontrolētāju un piegādā slodzes caur invertoru.
Saules PV paneļi: Izmanto fotovoltaisko efektu, lai pārvērstu saules gaismu elektroenerģijā, uzlādējot akumulatorus un piegādājot slodzes caur invertoru.
Invertora sistēma: Sastāv no vairākiem invertoriem, kas pārvērš akumulatoru bankās saglabāto DC elektroenerģiju standarta 220V AC, nodrošinot AC slodzes stabilitāti. Tā arī ietver automātisku sprieguma stabilizāciju, lai uzlabotu enerģijas kvalitāti.
Kontrolētājs: Regulē akumulatoru stāvokli atkarībā no saules intensitātes, vēja ātruma un slodzes maiņas. Tas pārvalda tiešo enerģijas piegādi DC/AC slodzēm un pārpalikusīs enerģijas glabāšanu akumulatoros. Neadekvātās ražošanas laikā tas izmanto akumulatorus, lai nodrošinātu sistēmas nepārtraukumu.
Akumulatoru banka: Saglabā enerģiju no abām vēja un saules avotiem, spēlējot kritisku lomu enerģijas regulēšanā un slodzes līdzsvara uzturēšanā. Tā nodrošina nepārtrauktu enerģijas piegādi trūkuma laikā.
Vēju un saules hibrīda sistēmu priekšrocības ietver augstāku stabilitāti un uzticamību, jo enerģijas avoti sekmē viens otru, samazinātas akumulatoru kapacitātes prasības un mazāka atkarība no rezerves ģeneratoriem, kas nodrošina labākus ekonomiskos un sociālos labumus.
Ⅴ.Vēju un saules hibrīda sistēmu īpašības
Pilnībā izmanto vēju un saules resursus bez ārējas enerģijas piegādes.
Piedāvā diennakts un sezona savstarpēju kompensāciju, nodrošinot augstu sistēmas stabilitāti un ekonomiskumu.
Būtiski samazina uzturēšanas darbu un izmaksas.
Piedāvā neatkarīgu enerģijas piegādi, kas nav ietekmēta dabas katastrofām.
Darbojas droši zemā sprieguma un ar vienkāršu uzturēšanu.
Ⅵ.Vēju un saules hibrīda cauruļvadu monitoringa sistēmas sastāvs
Šī sistēma sastāv no divām galvenajām daļām: lauka stacijām un monitoringa centriem. Lauka stacijas ietver:
Vēja ģeneratori: Pārvērš vēja enerģiju elektroenerģijā, lai uzlādētu akumulatorus un piegādātu kontrolētāju kastes.
Saules paneļi: Pārvērš saules enerģiju elektroenerģijā, lai uzlādētu akumulatorus vai izmantotu tieši.
Kontrolleri: Pārvalda sistēmas darbību, nodrošinot optimālus uzlādes/atlādes ciklus un aizsargājot pret pārlādēšanos.
Akumulatori: Saglabā pārpalikusī enerģiju, ko ražo vēja ģeneratori un saules paneļi, lai to izmantotu trūkuma laikā.
Ⅶ.Būtiskie aspekti vēju un saules hibrīda monitoringa staciju ieviešanai
Vēja ģeneratora izvēle: Lai nodrošinātu smalku darbību un estētiku, samazinot torna slogu.
Optimālas konfigurācijas dizains: Piemēro sistēmas jaudu vietējiem dabiskajiem resursiem, lai maksimizētu efektivitāti.
Stabu stipruma dizains: Nodrošina strukturālo integritāti, ņemot vērā vēja ģeneratoru un saules paneļu izmērus un instalēšanas augstumu.
Ⅷ.Vēju un saules hibrīda sistēmu problēmu risināšana
Drošības problēmas: Sistēmas ir izstrādātas, lai izturētu smagas vētras apstākļus, novēršot potenciālas briesmas.
Enerģijas piegādes uzticamība: Pietiekamas glabāšanas risinājumi nodrošina pastāvīgu enerģijas piegādi, neskatoties uz mainīgiem laika apstākļiem.
Izmaksu jautājumi: Tehnoloģiskie progresi ir samazinājuši izmaksas, padarot šīs sistēmas ekonomiski rentablas ar zemākām operatīvajām un uzturēšanas izmaksām salīdzinājumā ar tradicionālajām sistēmām.
Šis saīsinātais kopsavilkums izcel vēju un saules hibrīda sistēmu galvenās aspektus cauruļvadu monitoringam, apskatot to sastāvu, priekšrocības un bieži sastopamas problēmas.
