Hibrit Yülək-Künnəng Sistemi Optimizasiyası: Ağsız Tətbiqlər üçün Müntəzəm Dizayn Həlliyatı
- Giriş və Fon
1.1 Yeganə İstismar Mənbələrinin Üretim Sistemlərinin Cəlbəticiləri
Tradisional tək mənbəli fotovoltaik (PV) və ya şəmal enerjisi istismar sistemləri özünə has zəiflərə malikdir. PV enerjisi istismarı gündəlik dövr və hava şərtlərinə təsir edilir, əvvəlcədən şəmal enerjisi istismarı da istidadi şəmal mənbələrinə asılıdır, bu da enerji verilmesində ciddi dalgalanmalara səbəb olur. Davamlı enerji təminatını təmin etmək üçün, enerjinin saxlanması və balanslanmasına böyük kapasiteli batarya bankları lazımdır. Amma, qabaqcıl şərtlərdə tez-tez şarj-çarj dövrlərini keçirən bataryalar uzun müddət az şarjlı vəziyyətdə qalmağa meyllidirlər, bu da praktiki xidmət ömrünü nəzəri dəyərdən daha az olmağa səbəb olur. Daha çoxda, bataryaların yüksək qiyməti onların ümumi dövr maliyyətini PV modullarının və ya şəmal turbinlərinin özü dəyərindən yaxınlaşdıra və hətta aşa bilər. Bu səbəbdən, batarya ömrünü uzadırmak və sistem maliyyətini azaltmaq tək mənbəli enerji sistemin optimallaşdırılması üçün əsas çəlbəticilər halına gəlmişdir.
1.2 Hibrit Şəmal-Güneş Enerjisi İstismarının Nəticəvi Avantajları
Hibrit şəmal-güneş enerjisi istismar texnologiyası, iki bərpa edilə bilən enerji mənbələri olan PV və şəmal enerjisini organik şəkildə birləşdirərək, tək enerji mənbələrinin ara-araya olması problemini effektiv şəkildə həll edir. Şəmal və güneş enerjisi zamanla (gündüz/gecə, fasilələr) natural tamamlayıcı xüsusiyyətlərə malikdir: gündüz qalın işıqlıq nisbətən daha güclü şəmalların gecədə olması ilə, yazda yaxşı güneş işığı ilə qışda boluq şəmal mənbələrinin olmasında uyğunlaşma göstərir. Bu uyğunlaşma:
- Bataryaların effektiv şarjlama vaxtını nəticəvi şəkildə uzadır, az şarjlı vəziyyətdə qaldıkları vaxtı azaldır, bu da batarya xidmət ömrünü əhəmiyyətli dərəcədə uzadır.
- Talab edilən batarya kapasitəsini azaltır. Həm şəmal və həm də güneş enerjisinin eyni anda mövcud olmamasının ehtimalının aşağı olması, sistem çox vaxt yükü doğrudan təmin edə bilir, ki, bu da kiçik kapasitəli batarya banklarının istifadəsinə imkan verir.
- Daxili və xarici araştırmalar hibrit şəmal-güneş sistemlərinin tək mənbəli enerji istismar sistemlərinə nisbətən hem enerji təminatının nəzərdə tutulanlıqda, hem də dövr maliyyət etibarlılığında üstünlük gedirdiyini təsdiqləyir.
1.3 Mövcud Projektinq Metodlarının Qeyri-tərəfliliyi və Təklif Olunan Həll
Mövcud sistem proqramlaşdırması çətinliklərə görür. Xarici mütəxəssis simulasiya proqramları qimərdir və onların asılı modeli genelliklə sirli qalır, bu da onların geniş yayılmasını əngəlləyir. Eyni zamanda, əksər sadə proqramlama metodları kifayətsizdir - ya meteoroloji orta dəyərlərə çox asılı olan detalları nəzərə almayan, ya da xətti sadə model ləğv edən, bu da limitli dəqiqlik və zəif tətbiq edilməsine səbəb olur.
Bu həll, bu problemləri həll etmək üçün dəqiqlik və tətbiq edilə bilən kompüter yardımıyla dizayn metodlarını təklif etməyi hədəf edir.
II. Sistemin Tərkibi və Asılı Texniki Modelləri
2.1 Sistem Arxitekturu
Bu həllə dizayn edilən hibrit şəmal-güneş enerjisi istismar sistemi, tamamilə özü-xüsusi bir şəbəkə-dışı sistemdir, dizel jeneratordan kimi rezerv enerji mənbələri olmadan. Asılı komponentlər aşağıdakı kimi dəyişir:
- Enerji Üretim Vahidi: Şəmal turbinləri, PV massivi.
- Enerji Saxlama və İdarəetmə Vahidi: Batarya bankı, şarj idarəetməsi (şarj və çarj proseslərini idarə edir).
- Koruma və Dəyişdirmə Vahidi: Ayırca yüklər (bataryanın aşırı şarjlana bilməsini, inversoru koruyur), inverter (Do zur Do dəyişir, çox sayda yük tələblərini ödəmək üçün).
- Enerji İstifadə Vahidi: Yük.
2.2 Dəqiqlik Enerji Üretim Kalkulyasiya Modelləri
Optimallaşdırılmış dizayn elde etmək üçün, saatlıq enerji istismar hesablaması üçün dəqiqlik modellərini qurduq.
- PV Massivi Modeli:
- İşıqlanma Transpozisiyası: İleri anizotropik göy diffuz modeli istifadə edərək, meteoroloji stansiyalar tərəfindən ölçülən yatay işıqlanma məlumatlarını PV panelin eğik səthinə düşən işıqlanma məlumatlarına dəqiqlik transpozisya etmək, doğrudan işıqlanma, göy diffuz işıqlanma və zəmin-refleksiya işıqlanmasını nəzərə alır.
- Modul Xarakteristik Simulyasiya: Dəqiqlik fiziki modeli istifadə edərək, PV panelinin xətti olmayan istismar xarakteristiklərini simulyasiya edir, işıqlanma və çevrə temperaturunun modul istismar voltajı və cərəyanı üzərindəki təsirini nəzərə alır, enerji istismar hesablamasının dəqiqliğını təmin edir.
- Şəmal Turbin Modeli:
- Şəmal Sürəti Tənzimləməsi: Meteoroloji məlumatlardan şəmal sürətinin eksponensial kanunu əsasında referans hündürlükdən faktiki hub hündürlüyü şəmal sürətinə tənzimləmə edir.
- Quvvət Kəsr Fittingi: Segmentləşdirilmiş funksiyalar (fərqli şəmal sürəti intervalı üçün fərqli binomial tənliklər) istifadə edərək, turbinin faktiki quvvət istismar kəsrinin dəqiqlik fittingini həyata keçirir, şəmal sürəti məlumatlarına əsasən saatlıq enerji hesablamasını dəqiqlik aparır.
2.3 Batarya Dinamik Xarakteristik Modeli
Batarya, dinamik dəyişən vəziyyətlərə malik asılı enerji saxlama komponentidir. Model əsasən aşağıdakılara diqqət yetirir:
- Şarj Durumu (SOC) Hesablaması: Hər bir addımda enerji istismar və yük istehlakı arasındakı əlaqəyə əsaslanaraq, bataryanın şarj və çarj proseslərini dinamik simulyasiya edir, qalan kapasitesini dəqiqlik hesablayır, öz-sharj sürəti, şarj effektivliyi və inverter effektivliyi kimi praktiki amilləri nəzərə alır.
- Şarj-Çarj İdarəetməsi: Batarya ömrünü uzadırmak üçün, məhdud şarj aralığı (məsələn, maksimum boşalma daracısını 50%ə məhdudlaşdırmaq) təyin edilir və SOC və çevrə temperaturu arasındakı əlaqəni nəzərə alan model, şarj şərtlərini dəqiqlik təyin etmək üçün yaradılır.
III. Sistem Optimallaşdırma və Ölçüləndirilmə Metodologiyası
3.1 Enerji Təminatının Nəzərdə Tutulanlıq Göstəriciləri
Dizayn, istifadəçinin təyin etdiyi enerji təminatının nəzərdə tutulanlıq tələblərini ödəməyə üstünlük verir. Asılı göstəricilər aşağıdakı kimi dəyişir:
- Enerji Təminatının Kaybı Ehtimalı (LPSP): Sistem kəsinti vaxtının ümumi qiymətləndirmə vaxtına nisbəti, təminatın davamlılığını intuisitiv şəkildə göstərir.
- Yük Ehtiyacı Kifayət Etme Ehtimalı (LLP): Sistem tərəfindən ödənilən yük enerji tələbindən ümumi tələbə nisbəti. Bu, sistem optimallaşdırma dizaynı üçün ən vacib asılı göstəricidir.
3.2 Addımlaşdırılmış Optimallaşdırma Dizayn Prosesi
Bu həll, sistem ehtiyacını minimuma endirmək və optimal konfiqurasiyanı tapmaq məqsədilə sistematik optimallaşdırma prosesini tətbiq edir.
- Addım 1: Sabit Şəmal Turbin Kapasitəsi üçün PV və Batarya Konfiqurasiyasını Optimallaşdırmaq
- Asılı Tapşırıq: Şəmal turbin modeli və sayı sabit olduğu şəraitdə, əvvəlcədən təyin edilən nəzərdə tutulanlıq göstəricisi (LPSP) və ən aşağı cihaz maliyyətini ödəyən PV panel və batarya kapasitələrinin kombinasyonunu tapmaq.
- Tətbiq Metodu: Simulyasiya hesablamaları vasitəsilə, nəzərdə tutulanlıq tələblərini ödəyən bütün PV və batarya konfiqurasiyalarını təsvir edən "balans kəsr" tərtib edin. Sonra, təchizat vahid qiymətlərinə əsasən maliyyət tangens metodu və ya kompüter proqramı seçimi ilə, ən aşağı maliyyətli unikal optimum kombinasyonu təyin edin.
- Addım 2: Şəmal Turbin Kapasitəsinin Dəyişdirilməsi İlə Qlobal Optimallaşdırma
- Asılı Tapşırıq: Şəmal turbin kapasitəsini və ya sayını dəyişdirin, Addım 1-ə aid optimallaşdırma prosesini təkrarlayın və fərqli şəmal turbin kapasitələri üçün bir sıra optimum konfiqurasiyalar və onların məsuliyyətli maliyyətlərini əldə edin.
- Nihai Qərar: Bütün namizəd həlllərinin ümumi maliyyətlərini müqayisə edin və qlobal ən aşağı maliyyətli şəmal-PV-batarya kombinasyonunu nihai optimallaşdırılmış sistem konfiqurasiyası kimi seçin.
3.3 Sistem Performansı Simulyasiya və Çıxış
Optimal konfiqurasiyanı təyin etdikdən sonra, sistemin illik işləməsini saatlıq simulyasiya edə bilərsiniz, bu da detallı hesabatlar, aşağıdakı kimi, təmin edir:
- Vaxt Boyutu: Saatlıq batarya şarj durumu, sistem enerji balansı.
- Statistik Boyutu: Gündələk/aylıq/illik yük enerji tələbini ödəməmə, nəzərdə tutulanlıq göstəriciləri (LPSP, LLP), şəmal/güneş enerji istismar payı, enerji artığı və ehtiyacı və s.
IV. Nəticə
Bu həlldə təklif olunan hibrit şəmal-güneş enerjisi istismar sistemlərinin optimallaşdırılmış dizayn metodu, ümumi matematik modellər və dəqiqlik yerli meteoroloji məlumatlarına əsaslanaraq, ən aşağı ilk cihaz maliyyətini təmin edən sistem konfiqurasiyasını yeganə şəkildə təyin edə bilər, istifadəçinin xüsusi elektrik tələb və enerji təminatının nəzərdə tutulanlıq tələblərini ödəyir. Bu metod, tək mənbəli enerji istismar sistemlərinin çəlbəticilərini effektiv şəkildə həll edir, mövcud dizayn yollarının limitlərini aşır və hibrit şəmal-güneş enerjisi istismar sistemlərinin elmi, effektiv və ekonomik dizayn üçün güclü alət təmin edir, mühəndislik tətbiqatları üçün əhəmiyyətli dəyərə malikdir.
