Lõbusa tuul-päikese energiasüsteemi optimeerimine: Täielik disain-lahendus võrgust väljaspool asuvatele rakendustele
Sissejuhatus ja taust
1.1 Ühe allikaga tootmissüsteemide probleemid
Traditsioonilised iseseisvad fotopoolit (PV) või tuuleenergia tootmissüsteemid omavad omane puudusi. PV energia tootmine on mõjutatud päevajärgude ja ilmastikuolukordade poolt, samas kui tuuleenergia tootmine sõltub ebastabiilsed tuulresurssidest, mis viib oluliste energiaväljundide lülitumisele. Pideva energiatoomise tagamiseks on vaja suuremahulist akulaadi varusüsteeme, et salvestada ja tasakaalustada energia. Kuid tihti laetud-lahetud akud jäävad pikaks aega alla laetud olekus raskestel töötingimustel, mis viib nende praktilise kasutusaegu palju lühemaks kui teoreetiline väärtus. Lisaks tõstab akude kõrge hinnakujundus nende üldist elutsüklikku maksumust, mis võib läheneda või isegi ületada PV moodulite või tuuleturbienide enda maksumust. Seetõttu on akude eluiga pikendamine ja süsteemi kulude vähendamine muutunud iseseisvate tootmissüsteemide optimeerimise keskseteks väljakutseteks.
1.2 Hübriidtuule-päikeseenergia tootmise olulised eelised
Hübriidtuule-päikeseenergia tootmise tehnoloogia ületab tõhusalt ühe energiaallika dünaamilisuse organielselt kombinides kahte taastuvenergiaallikat - PV ja tuuleenergia. Tuule ja päikeseenergia näitavad looduses täiendavust ajas (päev/öö, hooajad): päeval valgune päikestunnid sageli kattuvad öös võimalikult tugevama tuulega; suvel hea päikesevalgusega võib paaris olla talvel piisavalt tuule. See täiendavus võimaldab:
Akkude efektiivse laetamisaja oluliselt pikendada, vähendades aega, mille jooksul nad on alla laetud, mis pikendab akkude kasutusaega oluliselt.
Vähendada vajalikku akkude kapasitati. Kuna tuule ja päikese mõlemad olevat samaaegselt saadaval on tõenäosus madal, siis süsteem võib sageli laetuda otse, lubades väiksemate kapasitete akkude kasutamist.
Kodus ja väljaspool kinnitatakse, et hübriidtuule-päikeseenergia süsteemid ületavad ühe allikaga tootmissüsteeme nii energiatoomise kindluse kui ka elutsükliku maksumuse näol.
1.3 Olemasolevate disainimeetodite puudused ja pakutav lahendus
Praegune süsteemi disain on silmitses väljakutsetega. Välismaist professionaalne simulatsioonitarkvara on kallis, ja selle põhimmoodulid on tavaliselt saladuslikud, mis takistab laialdasemat kasutamist. Samal ajal on enamik lihtsustatud disainimeetodeid ebasobivad - need sõltuvad liiga palju meteoroloogilistest keskmistest, jätes detailid vahele, või kasutavad lineaarsete lihtsustatud moodeleid, mis viivad piiratud täpsuse ja halba rakenduvuse.
See lahendus eesmärgiks on esitada täpne ja praktikane arvutiabistatud disainimeetod, et lahendada ülaltoodud probleeme.
II. Süsteemi koostis ja põhiline tehniline mudel
2.1 Süsteemi arhitektuur
See lahendus disainitud hübriidtuule-päikeseenergia tootmissüsteem on täielikult iseseisev võrkist eemale olev süsteem, ilma dieselgeneraatoritega varustatud varundussüsteemita. Põhikomponendid hõlmavad:
Energia tootmisüksus: Tuuleturbined, PV paneelid.
Energia varus ja juhtimisüksus: Akulaad, laetamise juhtimise seade (laetamise ja lahutamise haldamiseks).
Kaitse ja teisendusüksus: Juhtraha (akku ülelaetamise vältimiseks, inverteri kaitseks), inverter (DC AC'ks teisendamiseks, et rahuldada enamiku laetavaid nõudmist).
Energia tarbimisüksus: Laetav.
2.2 Täpne energia tootmise arvutusmeetod
Optimeeritud disaini saavutamiseks on meie pool loodud täpne tunnipeaaegu energia tootmise arvutusmeetod.
PV paneelide mudel:
Päikesevalguse transponeerimine: Kasutab edasijõulise anisotroopse taeva diffuse mudeli, et täpselt transponeerida horisontaalsed päikesevalguse andmed, mida mõõdetakse ilmateenistuse poolt, põhjale, mis tabatab kallutatud PV paneelide pinna, arvestades direktset sädeenergiat, taeva diffuse säteenergiat ja maapindade reflekteeritud säteenergiat.
Mooduli karakteristikute simulatsioon: Kasutab täpset füüsikalist mudelit, et kirjeldada PV paneelite mitte-lineaarsete väljundomadusi, arvestades täielikult säteenergia ja ümbritseva temperatuuri mõju paneelite väljundvoolule ja intensiivsusele, tagades täpsuse energia tootmise arvutustes.
Tuuleturbine mudel:
Tuulekiirus korrektuur: Korrektib meteoroloogilistest andmetest saadud tuulekiiruse tuuleturbine tegeliku tuulekiiruse vastavalt eksponentsiaalsele seadusele, mis määrab tuulekiiruse muutuse kõrgusega.
Tehingukäigufunktsiooni sobitamine: Kasutab segmenteeritud funktsiooni (erinevaid binomiaalvõrrandeid erinevatel tuulekiiruste intervallidel) saavutamaks tuuleturbine tegeliku tehingukäigu käigukäiku täpset sobitamist, võimaldades täpset tunnienergia arvutamist tuulekiiruse andmete alusel.
2.3 Akku dünaamiline omadusmudel
Akk on põhiline energia varus komponent, mille seisund muutub dünaamiliselt. Mudel keskendub peamiselt:
Ladumistasem (SOC) arvutus: Dünaamiliselt simuleerib akku laetamise ja lahutamise protsesse, arvestades igal ajahetkel energia tootmise ja laetavaid nõudmise vahelist suhet, täpselt arvutades jäänud kapasitati, arvestades praktilisi tegureid, nagu enese-laetamise kiirus, laetamise tõhusus ja inverteri tõhusus.
Ladumise-lahutamise haldus: Akku eluiga pikendamiseks määratakse mõõdukas SOC töötamispiirkond (nt piirides maksimaalne lahutamise sügavus 50%), ja luuakse mudel, mis seob float laetamise pinget SOC-ga ja ümbritseva temperatuuriga, et täpselt määrata laetamise tingimused.
III. Süsteemi optimeerimine ja mõõtmismeetod
3.1 Energia toomise kindluse näitajad
Disain prioriteedina on rahuldada kasutaja määratud energia toomise kindlust. Olulised näitajad hõlmavad:
Energia toomise kadumise tõenäosus (LPSP): Süsteemi katkemise aja suhe kogu hindamise perioodile, mis直观地反映了供应的连续性。 请注意，最后一句似乎未完全翻译。让我更正并完成翻译： ```plaintext
Energia toomise kadumise tõenäosus (LPSP): Süsteemi katkemise aja suhe kogu hindamise perioodile, mis intuitiivselt näitab toomise jätkuvust.
Laetava nõudmise mitte rahuldamise tõenäosus (LLP): Süsteemiga mitte rahuldatud laetava nõudmise suhe kogu nõudmisele. See on süsteemi optimeerimisel kõige kriitilisem näitaja.
3.2 Sammuhaapid optimeerimisdisainiprotsess
See lahendus kasutab süsteemilist optimeerimisprotsessi, eesmärgiks on minimeerida varustuse algse investeerimiskulu, et leida parim konfiguratsioon.
Samm 1: PV ja akku konfiguratsiooni optimeerimine fikseeritud tuuleturbine kapasituse korral
Põhitegevus: Olles tuuleturbine mudel ja arv fikseeritud, leida PV paneelide ja akku kapasiteedid, mis rahuldavad eelmääratud kindluse näitajat (LPSP) ja annavad madalaima kogu varustuse kulu.
Rakendusmeetod: Simulatsiooniarvutuste abil joonistada "tasakaalukäik", mis näitab kõiki PV ja akku konfiguratsioone, mis rahuldavad kindluse nõuet. Siis, kasutades kuluga tangensi meetodit või arvutiprogrammi ekraanil, määrata ainulaadne parim kombinatsioon madalaima kuluga.
Samm 2: Globaalne optimeerimine, muutes tuuleturbine kapasitust
Põhitegevus: Muuta tuuleturbine kapasitust või arvu, korrake Sakme 1 optimeerimisprotsessi ja saage erinevate tuuleturbine kapasiteediga mitmeid parimate konfiguratsioone ja nende vastavat kulu.
Lõplik otsus: Võrdlege kõigi kandidaadilahenduste kogu kulu ja valige globaalselt madalaima kuluga tuule-PV-akku kombinatsioon lõplikuks optimeeritud süsteemikonfiguratsiooniks.
3.3 Süsteemi töösuhtline simulatsioon ja väljund
Parima konfiguratsiooni määramise järel võib süsteemi aastase töö simulatsiooni tunnihaaval teha, genereerides detailseid aruandeid, mis hõlmavad:
Ajaliselt: Tunnihaaval akku ladumistasem, süsteemi energia tasakaal.
Statistiliselt: Päevane/kuu/aasta mitte rahuldatud laetava nõudmise energia, kindluse näitajad (LPSP, LLP), tuule/päikeseenergia tootmise osa, energia ületootmise ja defitsiidi olukorrad jne.
IV. Järeldus
See lahendus pakutud hübriidtuule-päikeseenergia tootmissüsteemide optimeeritud disainimeetod, mis põhineb täpsetel matemaatilistel mudelitel ja täpsetel kohalikel meteoroloogilistel andmetel, võimaldab unikaalselt määrata süsteemi konfiguratsiooni, mis annab madalaima algse varustuse investeerimiskulu, rahuldades konkreetsete kasutaja elektrienergia nõudmist ja energia toomise kindluse nõudeid. See meetod tõhusalt lahendab ühe allikaga tootmissüsteemide probleeme, ületab olemasolevate disainimeetodite piiranguid ja pakub tugevat tööriista hübriidtuule-päikeseenergia tootmissüsteemide teadusliku, tõhusa ja majandusliku disainimiseks, millel on oluline väärtus inseneritehnikas. ```
