Gidravliy shamol-ko'k quvvat tizimini optimallashtirish: Tarmoqdan mustaqil ishlatmalarni uchun to'liq dizayn yechimi

1. Tavsif va orzusi

1.1 Yagona manbadan energiya ishlab chiqarish tizimlarining muammolari

Aniqlikda, alohida fotovoltaik (PV) yoki shamol energiyasini ishlab chiqarish tizimlari o'ziga xos kamchiliklarga ega. PV energiyasi kunning davri va ob-havo sharoitidan qat'i nisbatda ta'sir oladi, shu paytda shamol energiyasi o'zgaruvchan shamol resursidan bog'liq, bu esa energiya ishlab chiqarish miqdoridagi katta o'zgarishlarga olib keladi. Davraviy energiya ta'minotini ta'minlash uchun, zamonaviy energiya saqlash va balansni ta'minlash uchun katta hajmdagi batareya banklari zarur. Biroq, tortib-turib zaryad-yozilish tsikllarini o'tkazayotgan batareyalar, murakkab ishlash sharoitlari ostida uzun muddat boyicha to'liq zaryadlanmagan holatda qolishga ega, bu esa teorik qiymatdan ancha qisqa amaliy ish muddatini olib keladi. Ko'proq muhimki, batareyalarning yuqori narxi ularning umumiy jamiy haydovchi narxini PV modullar yoki shamol turbinasi o'ziga qarab yaqinlashtrish yoki hatto oshirishiga olib kela oladi. Demak, batareya omiri ulaytirish va tizim narxlarni pasaytirish alohida energiya tizimlarini optimallashtirishning asosiy muammolari bo'lib qoldi.

1.2 Gibrddon-shamol hybrid energiya ishlab chiqarishning muhim afzalliklari

Gibrddon-shamol hybrid energiya ishlab chiqarish texnologiyasi ikki yangi energiya manbalarini - gibrddon va shamol energiyasini organik ravishda birlashtirish orqali yagona energiya manbalari intermitentligini samarali yechadi. Shamol va gibrddon energiyalari vaqt (kun/tun, fasl) bo'yicha tabiiy tarzda komplementerlikka ega: kun namoyon bo'lganda kuchli gibrddon, tun ko'niksiz shamol; quyosh nurlanishi yaxshi bo'lgan yazda, kuchli shamol mavjud bo'lgan qishda. Bu komplementerlik:

• Batareya zaryadlanish vaqtini o'zgartirish, batareya zaryadlanish vaqtini uzaytirish, bu esa batareya ish muddatini o'zgartirish.
• Batareya hajmini kamaytirish. Shamol va gibrddon energiyalari bir vaqtning o'zida moslashmasligi ehtimoli past, demak, tizim tez-tez yukni to'g'ridan-to'g'ri ta'minlay olishi mumkin, bu esa kichikroq hajmdagi batareya bankidan foydalanish imkoniyatini beradi.
• Ijtimoiy va xalqaro tadqiqotlar gibrddon-shamol hybrid tizimlarning energiya ta'minoti ishonchli va jamiy haydovchi narx ustuvonasida yagona energiya manba asosidagi ishlab chiqarish tizimlaridan yuqorida ekanligini tasdiqlaydi.

1.3 Hozirda mavjud dizayn usullarining kamchiliklari va taklif etilgan yechim

Hozirda tizim dizayni muammolarga duch kelmoqda. Xorijiy mahor professional simulatsiya dasturlari qimmat, ularning asosiy modellari ko'pincha sirli, bu esa keng tarqalishiga cheklov beradi. O'rniga, eng ko'plab soddalashtirilgan dizayn usullari yetarlicha emas - ular meteorologik o'rtacha qiymatlarga juda ko'ra, aniqroq tafsilotlarni e'tiborga olmaydi, yoki linear soddalashtirilgan modellar bilan ishlaydi, bu esa aniqlik va qo'llanilish darajasini cheklashadi.

Ushbu yechim ushbu muammolarni hal qilish uchun aniq va amaliy kompyuter yordamidagi dizayn metodologiyalarini taklif etishga mo'ljallangan.

II. Tizim tarkibi va asosiy texnik model

2.1 Tizim arxitekturasi

Ushbu yechimda dizaynlangan gibrddon-shamol hybrid energiya ishlab chiqarish tizimi butunlay alohida tarmog'iz tizimdir, dizel generatorlar kabi orzuvchi energiya manbalari yo'q. Asosiy komponentlar:

• Energiya ishlab chiqarish bloki: Shamol turbinasi generatorlari, PV massiv.
• Energiya saqlash va boshqarish bloki: Batareya banki, zaryad boshqaruvchisi (zaryad-yozilishni boshqarish uchun).
• Himoya va o'zgartirish bloki: Aylanma yuk (batareya o'ng zaryadlanishini oldini olish, inversorni himoya qilish), inverter (DC ni AC ga o'zgartirish, eng ko'p yuk talablari qoidasiga javob berish).
• Energiya sarflash bloki: Yuk.

2.2 Aniq energiya ishlab chiqarish hisoblash modellari

Optimal dizaynni bajardish uchun biz soatiga aniq energiya ishlab chiqarish hisoblash modellarni o'rnatdik.

• PV Massiv Modeli:
1. Quyosh nurlanishini transponatsiya qilish: Aniq anizotropik asman difuz modeli yordamida meteorologik stantsiyalar tomonidan o'lginli gibrddon nurlanish ma'lumotlarini PV modullar qiyshiq sathiga tegishli nurlanishga aniq transponatsiya qiladi, to'g'ridan-to'g'ri nurlanish, asman difuz nurlanish va erkin nisbatda aylanadigan nurlanishni umumiy ravishda hisobga oladi.
2. Modul xususiyatlari simulatsiyasi: Aniq fizika modeli yordamida PV modullarining xarakterli chiqarish xususiyatlarini belgilash, nurlanish va havo harorati ta'siri ostidagi modul chiqarish voltajini va intensivligini to'liq hisobga oladi, energiya ishlab chiqarish hisoblash aniqlikka kafolat beradi.
• Shamol turbinasi modeli:
1. Shamol tezligini to'g'rilash: Meteorologik ma'lumotlardan shamol tezligini eksponentsial qonuni yordamida turbinaning asosiy shamol tezligiga to'g'rilaydi.
2. Kuch kurvini qo'shish: Segmentlangan funksiya (turli shamol tezligi intervali uchun turli binomial tenglamalar) yordamida turbinaning haqiqiy kuch chiqarish kurvasiga yuqori aniqlikda moslash, shamol tezligi ma'lumotlari asosida soatiga aniq energiya hisoblashni ta'minlaydi.

2.3 Batareya dinamik xususiyat modeli

Batareya asosiy energiya saqlash komponenti, dinamik ravishda o'zgaradigan holatlar. Model asosan:

• Zaryad holati (SOC) hisobi: Har bir vaqt bosqichida energiya ishlab chiqarish va yuk sarfi o'rtasidagi munosabatga asoslangan batareya zaryad-yozilish jarayonlarini dinamik ravishda simulatsiya qiladi, qoldiq kapasitetni aniq hisoblaydi, o'z-o'ziga zaryadlanish tezligi, zaryad effektivligi va inverter effektivligi kabi amaliy omillarni hisobga oladi.
• Zaryad-yozilish boshqaruv: Batareya omiri ulaytirish uchun maslahatli SOC ish rejasini belgilash (masalan, maksimal yozilish darajasini 50% ga cheklash), va SOC va havo harorati bilan bog'liq parlatma zaryad voltajini aniq belgilash uchun modelni o'rnatish, zaryad shartlarini aniq belgilash uchun.

III. Tizim optimallashtirish va o'lcham belgilash metodologiyasi

3.1 Energiya ta'minoti ishonchli koeffitsientlari

Dizayn foydalanuvchining belgilangan energiya ta'minoti ishonchli talablarini qanoatlantirishga e'tibor beradi. Asosiy koeffitsientlar:

• Energiya ta'minoti yo'qolish ehtimolligi (LPSP): Tizim o'z ichiga olmagan vaqtning umumiy baholash vaqtiga nisbatan, ta'minot davom etishini aniq ifodalaydi.
• Yuk talablarini qondirish ehtimolligi (LLP): Tizim tomonidan qondirilmagan yuk talablarining umumiy talabga nisbatan. Bu tizim optimallashtirish dizayni uchun eng muhim asosiy koeffitsient.

3.2 Qadam-qadam optimallashtirish dizayn jarayoni

Ushbu yechim sistemalik optimallashtirish jarayonini qo'llaydi, asosan tizim mexanizmlarini minimal qilish uchun optimal konfiguratsiyani topishga qaratilgan.

1. Qadam 1: Sabit shamol turbinasi kapasiteti uchun PV va batareya konfiguratsiyasini optimallashtirish
• Asosiy vazifa: Shamol turbinasi modeli va soni sabit bo'lganda, belgilangan ishonchli koeffitsient (LPSP) talabiga javob beradigan va umumiy mexanizm narxini eng past qiladigan PV moduli va batareya kapasitetlari kombinatsiyasini topish.
• Amaliy usul: Simulatsiya hisob-kitoblari orqali, ishonchli talabga javob beradigan barcha PV va batareya konfiguratsiyalarini "moslash kurvini" chizish. So'ngra, mexanizm birligiga qarab narx tangens usuli yoki kompyuter dasturi orqali tanlov, eng past narxli yagona optimal kombinatsiyani aniqlash.
2. Qadam 2: Shamol turbinasi kapasitetini o'zgartirish orqali global optimallashtirish
• Asosiy vazifa: Shamol turbinasi kapasitetini yoki sonini o'zgartirish, Qadam 1 optimallashtirish jarayonini takrorlash, va turli shamol turbinasi kapasitetlari uchun bir nechta optimal konfiguratsiyalar va ularning mos narxlari.
• Akhirgiy qaror: Barcha kandidat yechimlarning umumiy narxlarini solishtirish va global eng past narxli shamol-PV-batareya kombinatsiyasini akhirgiy optimallashtirilgan tizim konfiguratsiyasi sifatida tanlash.

3.3 Tizim performansi simulatsiyasi va chiqish

Eng optimal konfiguratsiyani aniqlangandan keyin, tizimning yillik ishlashini soatiga solishtirish orqali, quyidagi aniq hisobotlarni yaratish mumkin:

• Vaqtda: Soatiga batareya zaryad holati, tizim energiya balansi.
• Statistikada: Kun/oy/yilda qondirilmagan yuk energiyasi, ishonchli koeffitsientlar (LPSP, LLP), shamol/gibrddon energiya ishlab chiqarish qismi, energiya yig'indisi va kamchilik holati, va hokazo.

IV. Xulosa

Ushbu yechimda taklif etilgan gibrddon-shamol hybrid energiya ishlab chiqarish tizimlari uchun optimallashtirilgan dizayn usuli, kompleks matematik model va aniq mahalliy meteorologik ma'lumotlar asosida, aniq foydalanuvchi elektr energiya talablariga va energiya ta'minoti ishonchli talablari qoidasiga javob beradigan eng minimal mexanizm investitsiya narxiga ega bo'lgan tizim konfiguratsiyasini aniq belgilash imkoniyatini beradi. Ushbu usul yagona energiya manba asosidagi ishlab chiqarish tizimlarining kamchiliklarini samarali hal qiladi, hozirda mavjud dizayn usullari cheklarini yengilab o'tadi, va gibrddon-shamol hybrid energiya ishlab chiqarish tizimlarini ilmiy, samarali va ekonomik dizayn qilish uchun kuchli vosita taqdim etadi, bu esa inzhinering qo'llanmalari uchun muhim qiymatga ega.