Gibrid shamol-quyosh energiya tizimini optimallashtirish: Tarmoqdan mustaqil qo'llanmalar uchun to'liq ishlab chiqarish yechimi
Tavsif va orin
1.1 Bitta manbadan elektr tashkil etish tizimlarining muammolari
Aniqlikda qo'yilgan fotovoltaik (PV) yoki shamol energiyasidan foydalanadigan tizimlarda xususiy zavq-qarshiliklar mavjud. PV elektr tashkil etish jarayoni kunlik tsikl va havo-havo alomatlari asosida o'zgaradi, shamol energiyasi esa o'zgaruvchan shamol manbalari asosida ishlaydi, bu elektr chiqarishini o'zgartiradi. Davra-muddatli elektr ta'minotini ta'minlash uchun katta hajmdagi batareya banklari energiya saqlash va balans uchun zarur. Ammo, murakkab ishlash sharoitlari ostida tezkor zaryad-chraga muntazam solishtirilganda, batareyalar uzun muddat ichida kamroq zaryadlangan holatda qolishi mumkin, bu nafaqada ularning amaliy ish muddati nazariy qiymatdan juda past bo'lishi mumkin. Ko'proq ham, batareya narxining yuqoriligi ularning umumiy muddatli narxining PV modullar yoki shamol turbinalarning o'ziga yaqinlashishi yoki hatto uni o'zgartirishi mumkin. Shuning uchun, batareya omil muddatini uzaytirish va tizim narxini pasaytirish aniq bitta manbadan elektr tashkil etish tizimlarini optimallashtirishning asosiy muammolari bo'lib qoldi.
1.2 G'arb-shamol biriktirilgan elektr tashkil etishning muhim afzalliklari
G'arb-shamol biriktirilgan elektr tashkil etish texnologiyasi ikki yangi energiya manbalari - PV va shamol energiyasini organik ravishda biriktirib, bitta energiya manbalari orasidagi bekorlanishni yaxshi hisobga oladi. Shamol va quyosh energiyasi vaqt (kun/tun, fasllar) bo'yicha tabiiy komplementarnlikka ega: kun maydonida kuchli quyosh nurlanishi shamol maydonida kuchli shamollar bilan mos kelishi mumkin; quyosh nurlanishining yaxshi bo'lgan yaz maydonida, shamol manbalari yetarli bo'lgan qish maydonida. Bu komplementarnlik:
Batareya uchun amaliy zaryad vaqtini o'shatish, ularning kamroq zaryadlangan holatda o'tkazadigan vaqtni kamaytirish, bu nafaqada batareya ish muddatini ko'proq o'shatish.
Talab etiladigan batareya hajmini pasaytirish. Shamol va quyosh energiyasi bir vaqtning o'zida mavjud bo'lmaguncha ehtimollik past, demak, tizim ko'proq tovushga to'g'ridan-to'g'ri ta'minovchi, shuning uchun kamroq hajmli batareya bankidan foydalanish mumkin.
Davlatlararo tadqiqotlar g'arb-shamol biriktirilgan tizimlarning bitta manbadan elektr tashkil etish tizimlariga nisbatan elektr ta'minotining ishonchli bo'lishi va umumiy muddatli narxning samaradorligi darajasida yuqori ekanligini tasdiqlaydi.
1.3 Hozirda mavjud dizayn usullarining kamchiliklari va taklif etilgan yechim
Joriy tizim dizayni muammolarga duch kelmoqda. Xorijiy mahor professional simulatsiya dasturlari qimmat, ularning asosiy modellari yashirin, bu umumiy qabul qilinishini cheklaydi. Ba'zan, eng oddiyroq dizayn usullari yetarli emas — ular meteorologik o'rtacha qiymatlarga juda qat'iy asoslanganda, aniqlik va qo'llanilish darajasi kamroq.
Ushbu yechim bu muammolarni hal qilish uchun aniq va amaliy kompyuter yordamidagi dizayn metodologiyalarini taklif qilishni maqsad qiladi.
II. Tizim tarkibi va asosiy texnik model
2.1 Tizim arxitekturasi
Ushbu yechimda dizayn qilingan g'arb-shamol biriktirilgan elektr tashkil etish tizimi butunlay mustaqil, setka tashqi ta'minotchilariga ega emas. Asosiy komponentlari:
Elektr tashkil etish bloki: Shamol turbinasi generatorlari, PV massiv.
Energiya saqlash va boshqarish bloki: Batareya banki, zaryad boshqaruvchisi (zaryad va chraga boshqarish).
Himoya va o'zgartirish bloki: Ayrim yuk (batareya o'ngich zaryadlanishini oldini oladi, inverterni himoya qiladi), inverter (DC ni AC ga o'zgartiradi, eng ko'p yuk talablari uchun).
Yuk: Yuk.
2.2 Aniq elektr tashkil etish hisob-kitoblari modeli
Optimallashtirilgan dizayn uchun biz soatiga aniq hisob-kitoblar modelini tuzdik.
PV massiv modeli:
Quyosh nurlanishini transponatsiya qilish: Aniq anizotropik shafaq diffuziy modeli yordamida meteorologik stantsiyalar tomonidan o'lgin horizontal quyosh nurlanishini PV modullarining buktilgan sathiga tegishli nurlanishga aniq transponatsiya qiladi, to'g'ridan-to'g'ri quyosh nurlanishini, shafaq diffuziy nurlanishini va yer aynalanishini hisobga oladi.
Modul xarakteristikasini modellashtirish: Aniq fizik model yordamida PV modullarining non-linear chiqarish xarakteristikalarini modellashtiradi, nurlanish va havo harorati modul chiqarish voltajiga va intensivligiga ta'sirini to'liq hisobga oladi, bu nafaqada elektr tashkil etish hisob-kitoblari aniqlikini ta'minlaydi.
Shamol turbinasi modeli:
Shamol tezligini to'g'rilash: Meteorologik ma'lumotlardan asoslangan shamol tezligini exponenta qonuni yordamida turbinaning asosiy shamol tezligiga to'g'rilaydi.
Kuch chizig'ini moslashtirish: Segmentlangan funksiya (turli shamol tezligi intervali uchun turli binomial tenglamalar) yordamida turbinaning haqiqiy kuch chiqarish chizig'ini aniq moslashtiradi, bu nafaqada shamol tezligi ma'lumotlari asosida soatiga aniq energiya hisob-kitobini ta'minlaydi.
2.3 Batareya dinamik xarakteristik modeli
Batareya asosiy energiya saqlash komponenti, ularning holatlari dinamik ravishda o'zgaradi. Model asosan:
Zaryad holati (SOC) hisobi: Har bir vaqt bosqichida elektr tashkil etish va yuk sarflanganligi orasidagi munosabat asosida batareya zaryad va chraga jarayonlarini dinamik ravishda modellashtiradi, qoldiq kapasitetni aniq hisoblaydi, bu da o'z-o'ziga zaryad tezligi, zaryad samaradorligi va inverter samaradorligi kabi amaliy omillarni hisobga oladi.
Zaryad-chraga boshqarish: Batareya omil muddatini uzaytirish uchun maslahat beriladigan SOC ish rejasining yaxshi chegarasi (masalan, maksimal chraga darajasi 50%ga cheklanadi) va float zaryad voltajini SOC va havo harorati bilan bog'liq model tuziladi, bu nafaqada zaryad shartlarini aniq belgilaydi.
III. Tizim optimallashtirish va o'lcham belgilash metodologiyasi
3.1 Elektr ta'minotining ishonchli bo'lishi kriteriyalari
Dizayn foydalanuvchining belgilagan elektr ta'minotining ishonchli bo'lishi talablarini qanoatlantirishni asosiy vazifasi deb qaraydi. Asosiy kriteriyalar:
Elektr ta'minotini yo'qotish ehtimoli (LPSP): Tizim o'zgarish vaqti umumiy baholash vaqtiga nisbatan, bu ta'minot davom etishini aniq ifodalaydi.
Yuk talabini qondirish ehtimoli (LLP): Tizim tomonidan qondirilmagan yuk talabining umumiy talabga nisbatan. Bu tizim optimallashtirish dizayni uchun eng muhim asosiy kriteriydir.
3.2 Qadam-qadam optimallashtirish dizayn jarayoni
Ushbu yechim sistemaliy optimallashtirish jarayonini qo'llaydi, tashkilotlarni asosiy investitsiya narxini minimalga tushirishni maqsad qiladi, eng yaxshi konfiguratsiyani topish uchun.
Qadam 1: Sabit shamol turbinasi hajmi uchun PV va batareya konfiguratsiyasini optimallashtirish
Asosiy vazifa: Shamol turbinasi modeli va soni sabit bo'lganda, belgilangan ishonchli bo'lish kriteriyiga (LPSP) javob beruvchi va jami tashkilot narxini eng past qiluvchi PV modullar va batareya hajmlari kombinatsiyasini topish.
Amalga oshirish usuli: Simulyatsiya hisob-kitoblari orqali, ishonchli bo'lish talabiga javob beruvchi barcha PV va batareya konfiguratsiyalarini tasvirlaydigan "tengsizlik chizig'i"ni chizish. So'ngra, tashkilot birlik narxlari asosida, eng past narxli yagona eng yaxshi kombinatsiyani aniqlash uchun narx tangens usulini yoki kompyuter dasturi orqali tanlov qilish.
Qadam 2: Shamol turbinasi hajmini o'zgartirib, global optimallashtirish
Asosiy vazifa: Shamol turbinasi hajmini yoki sonini o'zgartirish, Qadam 1 optimallashtirish jarayonini takrorlash, turli shamol turbinasi hajmlari uchun bir nechta eng yaxshi konfiguratsiyalar va ularning mos narxlarni olish.
Akhirgiy qaror: Barcha kandidat yechimlarning umumiy narxlarni solishtirish, eng past narxli shamol-PV-batareya kombinatsiyasini tanlash, bu nafaqada nihoyat optimallashtirilgan tizim konfiguratsiyasini belgilaydi.
3.3 Tizim performansini simulatsiya qilish va chiqarish
Eng yaxshi konfiguratsiyani aniqlashdan keyin, tizimning yillik ishlashini soatiga simulatsiya qilish mumkin, bu quyidagi aniq hisobotlarni hosil qiladi:
Vaqt o'qida: Soatiga batareya zaryad holati, tizim energiya balansi.
Statistik o'qida: Kun/oy/yilda qondirilmagan yuk energiyasi, ishonchli bo'lish kriteriyi (LPSP, LLP), shamol/quyosh energiyasidan elektr tashkil etish ulushi, energiya artiq va kamlik holatlari va boshqalar.
IV. Xulosa
Ushbu yechimda taklif etilgan g'arb-shamol biriktirilgan elektr tashkil etish tizimlari uchun optimallashtirilgan dizayn usuli, to'liq matematik model va aniq lokal meteorologik ma'lumotlar asosida, foydalanuvchining maxsus elektr talablariga va elektr ta'minotining ishonchli bo'lishi talablariga javob beruvchi, eng past asosiy tashkilot investitsiya narxiga ega bo'lgan tizim konfiguratsiyasini aniq belgilaydi. Ushbu usul bitta manbadan elektr tashkil etish tizimlarining kamchiliklarini hal qiladi, hozirda mavjud dizayn usullarining cheklashlarini yengilapti, g'arb-shamol biriktirilgan elektr tashkil etish tizimlarini ilmiy, samarali va ekonomik rivojlantirish uchun kuchli vosita taqdim etadi, bu inzheneriy faoliyat uchun muhim qiymatga ega.
