হাইব্রিড বাতাস-সৌর শক্তি পদ্ধতির অপটিমাইজেশন: অফ-গ্রিড অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি সম্পূর্ণ ডিজাইন সমাধান
পরিচিতি এবং পটভূমি
১.১ একক উৎস থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন ব্যবস্থার সমস্যাসমূহ
প্রাচীন স্বতন্ত্র ফটোভোলটাইক (PV) বা বাতাস শক্তি উৎপাদন ব্যবস্থাগুলি অন্তর্নিহিত অসুবিধাগুলি রয়েছে। PV বিদ্যুৎ উৎপাদন দিবারাত্রি চক্র এবং আবহাওয়ার প্রভাবিত হয়, অন্যদিকে বাতাস শক্তি উৎপাদন অস্থিতিশীল বাতাস সম্পদের উপর নির্ভরশীল, যা বিদ্যুৎ উৎপাদনে বড় পরিমাণে উত্থান-পতন ঘটায়। অবিচ্ছিন্ন বিদ্যুৎ সরবরাহ নিশ্চিত করার জন্য, বড় ধারণ ক্ষমতার ব্যাটারি ব্যাঙ্ক শক্তি সঞ্চয় এবং তুলনায় প্রয়োজন। তবে, কঠোর পরিচালনার শর্তগুলির অধীনে বারবার চার্জ-ডিচার্জ সাইকেল অতিক্রম করা ব্যাটারিগুলি দীর্ঘ সময় ধরে অপর্যাপ্ত চার্জ অবস্থায় থাকার ঝুঁকিতে থাকে, যা তাদের বাস্তব পরিষেবা জীবনকে তাত্ত্বিক মানের তুলনায় অনেক কম করে তোলে। আরও গুরুতরভাবে, ব্যাটারির উচ্চ খরচের কারণে তাদের মোট লাইফসাইকেল খরচ পিভি মডিউল বা বাতাস টারবাইনের নিজেদের খরচের সমান বা তার চেয়েও বেশি হতে পারে। সুতরাং, ব্যাটারি জীবনকাল বढ়ানো এবং ব্যবস্থার খরচ কমানো স্বতন্ত্র বিদ্যুৎ সরবরাহ ব্যবস্থার অপটিমাইজেশনের মূল চ্যালেঞ্জ হয়ে উঠেছে।
১.২ হাইব্রিড বাতাস-সৌর বিদ্যুৎ উৎপাদনের উল্লেখযোগ্য সুবিধাসমূহ
হাইব্রিড বাতাস-সৌর বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রযুক্তি দুটি পুনরুৎপাদনযোগ্য শক্তি উৎস, PV এবং বাতাস শক্তি কে স্বাভাবিকভাবে সংমিশ্রণ করে একক শক্তি উৎসের বিচ্ছিন্নতাকে কার্যকরভাবে অতিক্রম করে। বাতাস এবং সৌর শক্তি সময়ে (দিন/রাত, ঋতু) স্বাভাবিক পরিপূরকতা প্রদর্শন করে: দিনের সময় শক্তিশালী রোদ অনেক সময় রাতে শক্তিশালী বাতাসের সাথে মিলে যায়; গ্রীষ্মে ভাল সৌর বিকিরণ শীতকালে যথেষ্ট বাতাস সম্পদের সাথে মিলে যায়। এই পরিপূরকতা নিম্নলিখিত সুবিধাগুলি প্রদান করে:
ব্যাটারির কার্যকর চার্জিং সময় বেশি বাড়ানো, যা ব্যাটারির অপর্যাপ্ত চার্জ অবস্থার সময় কমায়, ফলস্বরূপ ব্যাটারি পরিষেবা জীবন বেশি বাড়ে।
আবশ্যক ব্যাটারি ধারণ ক্ষমতা কমানো। যেহেতু বাতাস এবং সৌর উভয়ই একই সাথে উপলব্ধ না থাকার সম্ভাবনা কম, তাই ব্যবস্থা অনেক সময় সরাসরি লোড পাওয়ার দিতে পারে, যা ছোট ধারণ ক্ষমতার ব্যাটারি ব্যাঙ্ক ব্যবহার করতে দেয়।
দেশীয় এবং আন্তর্জাতিক গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে, হাইব্রিড বাতাস-সৌর ব্যবস্থাগুলি একক শক্তি উৎপাদন ব্যবস্থাগুলির তুলনায় বিদ্যুৎ সরবরাহের নির্ভরযোগ্যতা এবং লাইফসাইকেল খরচ দক্ষতায় বেশি সুবিধাজনক।
১.৩ বর্তমান ডিজাইন পদ্ধতির অসুবিধা এবং প্রস্তাবিত সমাধান
বর্তমান ব্যবস্থার ডিজাইন সম্মুখীন হচ্ছে চ্যালেঞ্জগুলির সামনে। বিদেশী পেশাদার সিমুলেশন সফ্টওয়্যারগুলি বেশ ব্যয়বহুল, এবং তাদের কোর মডেলগুলি প্রায়ই গোপন, যা ব্যাপক ব্যবহারের পথ বন্ধ করে। অন্যদিকে, বেশিরভাগ সরলীকৃত ডিজাইন পদ্ধতি অপর্যাপ্ত - তারা বা আবহাওয়া গড় মানের উপর অত্যন্ত নির্ভরশীল হয়, বা তারা সরলীকৃত রৈখিক মডেল ব্যবহার করে, যা সীমিত সুনিশ্চিততা এবং খারাপ প্রযোজ্যতা তৈরি করে।
এই সমাধানটি উপর্যুক্ত সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য একটি সঠিক এবং প্রায়োগিক কম্পিউটার-সহায়ক ডিজাইন পদ্ধতির সেট প্রস্তাব করার লক্ষ্যে আছে।
II. ব্যবস্থার গঠন এবং কোর প্রযুক্তিগত মডেল
২.১ ব্যবস্থার স্থাপত্য
এই সমাধানে ডিজাইন করা হাইব্রিড বাতাস-সৌর বিদ্যুৎ উৎপাদন ব্যবস্থা একটি সম্পূর্ণ স্বতন্ত্র অফ-গ্রিড ব্যবস্থা, যাতে ডিজেল জেনারেটর মতো ব্যাকআপ পাওয়ার সোর্স নেই। কোর উপাদানগুলি হল:
পাওয়ার জেনারেশন ইউনিট: বাতাস টারবাইন জেনারেটর, PV অ্যারে।
শক্তি সঞ্চয় এবং ব্যবস্থাপনা ইউনিট: ব্যাটারি ব্যাঙ্ক, চার্জ কন্ট্রোলার (চার্জিং এবং ডিচার্জিং ব্যবস্থাপনা করা)।
প্রোটেকশন এবং কনভার্শন ইউনিট: ডিভার্শন লোড (ব্যাটারি ওভারচার্জ প্রতিরোধ, ইনভার্টার প্রোটেকশন), ইনভার্টার (DC থেকে AC কনভার্ট করে সবচেয়ে বেশি লোড প্রয়োজন মেটায়)।
পাওয়ার কনসিউম্পশন ইউনিট: লোড।
২.২ সঠিক পাওয়ার জেনারেশন গণনা মডেল
অপটিমাইজড ডিজাইন অর্জনের জন্য, আমরা সঠিক ঘণ্টার পাওয়ার জেনারেশন গণনা মডেল স্থাপন করেছি।
PV অ্যারে মডেল:
সৌর বিকিরণ ট্রান্সপোজিশন: একটি উন্নত অনিসোট্রপিক স্কাই ডিফিউজ মডেল ব্যবহার করে স্টেশনে পরিমাপ করা হরিজন্টাল সৌর বিকিরণ ডেটা পিভি মডিউলের টিল্ট সারফেসে পড়া বিকিরণে সঠিকভাবে ট্রান্সপোজ করে, সরাসরি বিম বিকিরণ, স্কাই ডিফিউজ বিকিরণ এবং মাটি-প্রতিফ্লিক্ট বিকিরণকে সম্পূর্ণভাবে বিবেচনা করে।
মডিউল বৈশিষ্ট্য সিমুলেশন: একটি সঠিক পদার্থিক মডেল ব্যবহার করে PV মডিউলের অরৈখিক আউটপুট বৈশিষ্ট্যগুলি বর্ণনা করে, আলোক প্রচার এবং পরিবেশের তাপমাত্রার প্রভাবকে মডিউল আউটপুট ভোল্টেজ এবং বিদ্যুৎ প্রবাহের উপর সম্পূর্ণভাবে বিবেচনা করে, পাওয়ার জেনারেশন গণনার সঠিকতা নিশ্চিত করে।
বাতাস টারবাইন মডেল:
বাতাসের গতিবেগ সংশোধন: আবহাওয়া ডেটা থেকে রেফারেন্স উচ্চতার বাতাসের গতিবেগ এক্সপোনেনশিয়াল ল অনুযায়ী প্রকৃত হাব উচ্চতার বাতাসের গতিবেগে সংশোধন করে।
পাওয়ার কার্ভ ফিটিং: বিভিন্ন বাতাসের গতিবেগ ব্যবধানের জন্য বিভিন্ন বাইনমিয়াল সমীকরণ ব্যবহার করে একটি বিভাগিত ফাংশন ব্যবহার করে টারবাইনের প্রকৃত পাওয়ার আউটপুট কার্ভের উচ্চ-প্রেসিশন ফিটিং অর্জন করে, বাতাসের গতিবেগ ডেটার উপর ভিত্তি করে ঘণ্টার শক্তি গণনা করতে সক্ষম হয়।
২.৩ ব্যাটারি ডাইনামিক বৈশিষ্ট্য মডেল
ব্যাটারি হল কোর শক্তি সঞ্চয় উপাদান, যার অবস্থা সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয়। মডেলটি প্রধানত নিম্নলিখিত বিষয়গুলির উপর ফোকাস করে:
চার্জ অব স্টেট (SOC) গণনা: প্রতিটি সময় ধাপে পাওয়ার জেনারেশন এবং লোড খরচের মধ্যে সম্পর্ক অনুযায়ী ব্যাটারির চার্জ এবং ডিচার্জ প্রক্রিয়াগুলি ডাইনামিকভাবে সিমুলেট করে, অবশিষ্ট ক্ষমতা সঠিকভাবে গণনা করে, এবং স্ব-ডিচার্জ হার, চার্জিং দক্ষতা এবং ইনভার্টার দক্ষতা মতো বাস্তব ফ্যাক্টরগুলি বিবেচনা করে।
চার্জ-ডিচার্জ ব্যবস্থাপনা: ব্যাটারি জীবনকাল বাড়ানোর জন্য, একটি যৌক্তিক SOC পরিচালনা পরিসীমা সংজ্ঞায়িত করা হয় (উদাহরণস্বরূপ, সর্বোচ্চ ডিপথ অফ ডিচার্জ 50% পর্যন্ত সীমিত করা), এবং SOC এবং পরিবেশের তাপমাত্রার সাথে ফ্লোট চার্জ ভোল্টেজের মধ্যে একটি মডেল স্থাপন করা হয় যা চার্জিং শর্তগুলি সঠিকভাবে নির্ধারণ করে।
III. ব্যবস্থার অপটিমাইজেশন এবং আকার নির্ধারণ পদ্ধতি
৩.১ পাওয়ার সরবরাহের নির্ভরযোগ্যতা সূচক
ডিজাইনটি ব্যবহারকারীর নির্দিষ্ট পাওয়ার সরবরাহের নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজনীয়তা মেটানোর উপর গুরুত্ব দেয়। গুরুত্বপূর্ণ সূচকগুলি হল:
পাওয়ার সরবরাহ হারানোর সম্ভাবনা (LPSP): ব্যবস্থার অবস্থান সময়ের অনুপাত মোট মূল্যায়ন সময়ের সাথে, সরবরাহের অবিচ্ছিন্নতা সুন্দরভাবে প্রতিফলিত করে।
লোড পাওয়ার ডিম্যান্ড না মেটানোর সম্ভাবনা (LLP): ব্যবস্থার দ্বারা পূরণ না হওয়া লোড পাওয়ার ডিম্যান্ড এবং মোট ডিম্যান্ডের অনুপাত। এটি ব্যবস্থার অপটিমাইজেশন ডিজাইনের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কোর সূচক।
৩.২ ধাপে ধাপে অপটিমাইজেশন ডিজাইন প্রক্রিয়া
এই সমাধানটি একটি পদ্ধতিগত অপটিমাইজেশন প্রক্রিয়া গ্রহণ করে, যা সরঞ্জামের প্রাথমিক বিনিয়োগ খরচ কমানোর লক্ষ্যে সেরা বিন্যাস খুঁজে পেতে চলে।
ধাপ ১: নির্দিষ্ট বাতাস টারবাইন ক্ষমতার জন্য PV এবং ব্যাটারি বিন্যাস অপটিমাইজ করুন
কোর কাজ: বাতাস টারবাইন মডেল এবং পরিমাণ নির্ধারিত থাকার অবস্থায়, যে সংমিশ্রণ PV মডিউল এবং ব্যাটারি ক্ষমতা নির্ধারিত নির্ভরযোগ্যতা সূচক (LPSP) মেটায় এবং মোট সরঞ্জামের খরচ সবচেয়ে কম হয়, তা খুঁজুন।
ইমপ্লিমেন্টেশন মেথড: সিমুলেশন গণনার মাধ্যমে, সেই সমস্ত PV এবং ব্যাটারি বিন্যাসের "ব্যালেন্স কার্ভ" প্লট করুন যা নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজনীয়তা মেটায়। তারপর, সরঞ্জামের একক মূল্য ভিত্তিক বা কম্পিউটার প্রোগ্রাম ব্যবহার করে স্ক্রিনিং করে, সবচেয়ে কম খরচের একক সেরা সংমিশ্রণ নির্ধারণ করুন।
ধাপ ২: বাতাস টারবাইন ক্ষমতা পরিবর্তন করে গ্লোবাল অপটিমাইজেশন
কোর কাজ: বাতাস টারবাইন ক্ষমতা বা সংখ্যা পরিবর্তন করুন, ধাপ ১-এর অপটিমাইজেশন প্রক্রিয়া পুনরাবৃত্তি করুন, এবং বিভিন্ন বাতাস টারবাইন ক্ষমতার জন্য এক সিরিজ সেরা বিন্যাস এবং তাদের মোট খরচ পাওয়া যায়।
শেষ সিদ্ধান্ত: সমস্ত প্রার্থী সমাধানের মোট খরচ তুলনা করুন এবং গ্লোবালভাবে সবচেয়ে কম খরচের বাতাস-PV-ব্যাটারি সংমিশ্রণটি চূড়ান্ত অপটিমাইজড ব্যবস্থা বিন্যাস হিসাবে নির্বাচন করুন।
৩.৩ ব্যবস্থার পারফরম্যান্স সিমুলেশন এবং আউটপুট
সেরা বিন্যাস নির্ধারণের পর, ব্যবস্থার বার্ষিক পরিচালনা ঘণ্টা প্রতি সিমুলেট করা যায়, যা নিম্নলিখিত বিস্তারিত রিপোর্ট তৈরি করে:
সময় মাত্রা: ঘণ্টা প্রতি ব্যাটারির চার্জ অব স্টেট, ব্যবস্থার শক্তি সাম্য।
পরিসংখ্যান মাত্রা: দৈনিক/ম
