Simulation of a Hybrid Power System Consisting of Wind Turbine, PV, Storage Battery and Diesel Generator with Compensation Network: Design, Optimization and Economical Evaluation
Date
2008
Authors
Mahmoud Salah Ismail Abdel-Qader
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Hybrid power systems based on new and renewable energy sources, especially photovoltaic and wind energy, are an effective option to solve the power-supply problem for remote and isolated areas far from the grids. Microsoft Excel software programming package is used to analyze data measurements for both wind and solar radiation measurements for the two locations in Palestine (Ramallah and Nablus). Results of analysis illustrate that energy density available in wind for Ramallah site is about 2008 kWh/m2.year, while it is 927 kWh/m2.year for Nablus site, and the daily average of solar radiation intensity on horizontal surface is about 5.4 kWh/m2 .day. A Matlab software package is used to develop a simulation program to simulate different scenarios of operation of the hybrid system by making energy balance calculations on an hourly basis for each of the 8760 hours in a year and then to choose the appropriate sizes of the different components for the most optimum scenario. The optimization is based on cost of generation. Results of the simulation illustrate that the most economic scenario is the scenario that uses a hybrid system mainly dependent on wind. Cost of energy (COE) in this scenario is 1.28 NIS/kWh. Other scenarios dependent on wind-only hybrid system, PV-only hybrid system, wind stand-alone system, PV stand-alone system, or diesel only, give results of COE greater than this value. The amount of CO2 produced as a result of operation of the wind-PV hybrid system is very small compared with that produced as a result of operation of the diesel only. This is a very important environmental issue that shall be considered and not ignored. It was concluded that none of the hybrid system scenarios analyzed could presently be justified on COE basis, compared to the alternative of simply purchasing electricity from the grid where the COE is 0.70 NIS/kWh. Considering not electrified far from grid remote areas, changes in electricity prices, subsidy levels, costs for renewable energy equipment, or taking into account environmental considerations might alter the position in the future.
أنظمة القدرة المهجنة التي تعتمد على الطاقة المتجددة, خاصة الطاقة الشمسية و طاقة الرياح, هي خيار فاعل لحل مشاكل تزويد الطاقة للمناطق المعزولة و البعيدة عن شبكات التغذية. حزمة برمجيات (ميكروسوفت اكسل) استخدمت لتحليل البيانات المقاسة لكل من سرعة الرياح و شدة الإشعاع الشمسي لمنطقتين في فلسطين ( رام الله و نابلس). نتائج تحليل البيانات أظهرت أن كثافة الطاقة المتوفرة في الرياح لموقع رام الله تساوي 2008 كيلووات ساعة /م 2 /سنة بينما تساوي 927 كيلووات ساعة/م 2 /سنة لموقع نابلس و المعدل اليومي لشدة الإشعاع الشمسي على سطح أفقي تساوي 5.4 كيلووات ساعة/م 2 /يوم. استخدمت حزمة برمجيات (مات لاب) لتصميم برنامج محاكاة لمحاكاة سيناريوهات مختلفة لتشغيل نظام القدرة المهجن و ذلك بعمل حسابات توازن طاقة لكل ساعة من 8760 ساعة خلال عام كامل, و من ثم لاختيار السعات المناسبة للأجزاء المختلفة المكونة للسيناريو الذي يحقق اقل تكلفة حيث أن المعيار المستخدم للمقارنة هو تكلفة إنتاج الطاقة. نتائج برنامج المحاكاة بين أن أفضل سيناريو اقتصاديا هو السيناريو الذي يستخدم نظام مهجن يعتمد بشكل أساسي على طاقة الرياح . تكلفة إنتاج الطاقة في هذا السيناريو تساوي 1.28 شيكل/كيلو وات ساعة. سيناريوهات أخرى تعتمد على الرياح لوحدها في النظام المهجن أو على الخلايا الشمسية لوحدها في النظام المهجن أو على الرياح كمصدر طاقة مستقل أو على الخلايا الشمسية كمصدر طاقة مستقل أو على مولد الديزل لوحده أظهرت قيم أعلى لتكلفة إنتاج الطاقة. المتولد نتيجة تشغيل النظام المهجن تعتبر قليلة جدا بالمقارنة مع كمية الغاز CO كمية غاز 2 المتولدة نتيجة تشغيل مولد الديزل لوحده لتغذية الحمل. يعتبر ذلك من القضايا البيئية المهمة جدا التي لا يمكن إهمالها. لقد تم الاستنتاج انه لم يحقق في هذه الآونة أي من الأنظمة المهجنة التي تم تحليلها سعر لإنتاج الطاقة اقل من سعر الطاقة التي يتم شراؤها من الشبكات المغذية حيث أن سعر الطاقة يساوي 0.7 شيكل/كيلو وات ساعة. باعتبار المناطق التي ينوى تغذيتها مناطق معزولة و بعيدة عن الشبكات أو تغيرات قد تطرأ على سعر الكهرباء أو توفر مساعدات و منح أو تغير في أسعار تجهيزات أنظمة الطاقة المتجددة,كذلك الأخذ بعين الاعتبار القضايا البيئية قد يغير الوضع مستقبلا.
أنظمة القدرة المهجنة التي تعتمد على الطاقة المتجددة, خاصة الطاقة الشمسية و طاقة الرياح, هي خيار فاعل لحل مشاكل تزويد الطاقة للمناطق المعزولة و البعيدة عن شبكات التغذية. حزمة برمجيات (ميكروسوفت اكسل) استخدمت لتحليل البيانات المقاسة لكل من سرعة الرياح و شدة الإشعاع الشمسي لمنطقتين في فلسطين ( رام الله و نابلس). نتائج تحليل البيانات أظهرت أن كثافة الطاقة المتوفرة في الرياح لموقع رام الله تساوي 2008 كيلووات ساعة /م 2 /سنة بينما تساوي 927 كيلووات ساعة/م 2 /سنة لموقع نابلس و المعدل اليومي لشدة الإشعاع الشمسي على سطح أفقي تساوي 5.4 كيلووات ساعة/م 2 /يوم. استخدمت حزمة برمجيات (مات لاب) لتصميم برنامج محاكاة لمحاكاة سيناريوهات مختلفة لتشغيل نظام القدرة المهجن و ذلك بعمل حسابات توازن طاقة لكل ساعة من 8760 ساعة خلال عام كامل, و من ثم لاختيار السعات المناسبة للأجزاء المختلفة المكونة للسيناريو الذي يحقق اقل تكلفة حيث أن المعيار المستخدم للمقارنة هو تكلفة إنتاج الطاقة. نتائج برنامج المحاكاة بين أن أفضل سيناريو اقتصاديا هو السيناريو الذي يستخدم نظام مهجن يعتمد بشكل أساسي على طاقة الرياح . تكلفة إنتاج الطاقة في هذا السيناريو تساوي 1.28 شيكل/كيلو وات ساعة. سيناريوهات أخرى تعتمد على الرياح لوحدها في النظام المهجن أو على الخلايا الشمسية لوحدها في النظام المهجن أو على الرياح كمصدر طاقة مستقل أو على الخلايا الشمسية كمصدر طاقة مستقل أو على مولد الديزل لوحده أظهرت قيم أعلى لتكلفة إنتاج الطاقة. المتولد نتيجة تشغيل النظام المهجن تعتبر قليلة جدا بالمقارنة مع كمية الغاز CO كمية غاز 2 المتولدة نتيجة تشغيل مولد الديزل لوحده لتغذية الحمل. يعتبر ذلك من القضايا البيئية المهمة جدا التي لا يمكن إهمالها. لقد تم الاستنتاج انه لم يحقق في هذه الآونة أي من الأنظمة المهجنة التي تم تحليلها سعر لإنتاج الطاقة اقل من سعر الطاقة التي يتم شراؤها من الشبكات المغذية حيث أن سعر الطاقة يساوي 0.7 شيكل/كيلو وات ساعة. باعتبار المناطق التي ينوى تغذيتها مناطق معزولة و بعيدة عن الشبكات أو تغيرات قد تطرأ على سعر الكهرباء أو توفر مساعدات و منح أو تغير في أسعار تجهيزات أنظمة الطاقة المتجددة,كذلك الأخذ بعين الاعتبار القضايا البيئية قد يغير الوضع مستقبلا.