Оптимизация состава оборудования гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии

Сергей Геннадьевич Обухов, Ахмед Ибрагим

Аннотация


Статья посвящена разработке методики и программного приложения для оптимизации состава оборудования гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Приведено описание предлагаемой методики и математических моделей основных компонентов гибридных систем: фотоэлектрической станции, ветроэнергетической установки, аккумуляторной батареи и дизель-генераторной установки. Отличительной особенностью предлагаемой методики является использование для прогнозирования солнечной радиации оригинальной модели на базе данных Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Это позволяет ее использовать для прогнозирования основных характеристик солнечного излучения в любой географической точке России, в том числе и для территорий, по которым отсутствуют результаты регулярных актинометрических наблюдений. Для прогнозирования суточного хода скорости ветра используется функция обратного распределения Вейбулла, что обеспечивает повышение достоверности прогнозирования выработки электроэнергии ветроэнергетической установкой на суточных временных интервалах. Для решения оптимизационной задачи используется эволюционный алгоритм роя частиц, который обеспечивает надежное и эффективное определение глобального экстремума целевой функции при различных критериях оптимизации и ограничениях. Рассмотрен практический пример применения методики для выбора оптимального состава оборудования гибридной энергетической системы с различной конфигурацией оборудования, территориально размещенной в районе города Владивостока. Методика реализована в виде программного приложения в популярном математическом комплексе MATLAB, что обеспечивает удобство ее практического применения.


Ключевые слова


гибридные энергетические системы; возобновляемые источники энергии; оптимизация состава оборудования; алгоритм роя частиц

Полный текст:

PDF

Литература


Chauhan A., Saini R.P. A review on Integrated Renewable Energy System based power generation for stand-alone applications: Configurations, storage options, sizing methodologies and control. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 38, pp. 99–120. DOI: 10.1016/j.rser.2014.05.079

Razmjoo A., Shirmohammadi R., Davarpanah A., Pourfayaz F., Aslani A. Stand-alone hybrid energy systems for remote area power generation. Energy Reports, 2019, vol. 5, pp. 231–241. DOI: 10.1016/j.egyr.2019.01.010

Web-Site of National Research University “High School of Economics”. Available at: https://energy.hse.ru/ distributed (accessed 10.05.2020).

Ljukajtis V.Ju., Glushkov S.Ju. [Autonomous energy complexes, hybrid structures using renewable energy sources], Silovoe i jenergeticheskoe oborudovanie. Avtonomnye sistemy [Power and energy equipment. Autonomous systems], 2019, vol. 2, no. 2, pp. 111–120. (in Russ.) DOI: 10.32464/2618-8716-2019-2-2-111-120

Badwawi R., Abusara M., Mallick T. A Review of Hybrid Solar PV and Wind Energy System. Smart Science, 2015, vol. 3, no. 3, pp. 127–138. DOI: 10.6493/SmartSci.2015.324

Mohammed Y.S., Mustafa M.W., Bashir N. Hybrid renewable energy systems for off-grid electric power: Review of substantial issues. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 35, pp. 527–539. DOI: 10.1016/j.rser.2014.04.022

Singh S., Singh M., Kaushik S.C. A review on optimization techniques for sizing of solar-wind hybrid

energy systems. International Journal of Green Energy, 2016, vol. 13, no. 15, pp. 1564–1578. DOI: 10.1080/15435075.2016.1207079

Saharia B.J., Brahma H., Sarmah N. A review of algorithms for control and optimization for energy

management of hybrid renewable energy systems. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2018,

vol. 10 (053502), pp. 1–33 DOI: 10.1063/1.5032146

Elistratov V.V. [Autonomous energy supply of Russian territories with energy complexes based on rene-wable energy sources]. Jenergeticheskij vestnik [Energy Vestnik], 2016, no. 21, pp. 42–49. (in Russ.)

Denisov K.S., Velkin V.I., Tyrsin A.N. Integrated Cost-Effective Power Supply to Off-Grid Consumers. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 84–92. (in Russ.) DOI: 10.14529/power190309

Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Mathematical Model of Solar Radiation Incident on an Arbitrarily Oriented Surface for Any Region in Russia. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017, no. 16–18, pp. 43–56.

(in Russ.) DOI: 10.15518/isjaee.2017.16-18.043-056

Xu X., Hu W., Cao D., Huang Q., Chen C., Chen Z. Optimized sizing of a standalone PV-wind-hydropower station with pumped-storage installation hybrid energy system. Renewable Energy, 2020, vol. 147, part 1, pp. 1418–1431. DOI: 10.1016/j.renene.2019.09.099

Lu J., Wang W., Zhang Y., Cheng S. Multi-Objective Optimal Design of Stand-Alone Hybrid Energy System Using Entropy Weight Method Based on HOMER. Energies, 2017, vol. 10(1664), pp. 1–17. DOI: 10.3390/en10101664

Eriksson E.L.V., Gray E.M. Optimization of renewable hybrid energy systems e A multi-objective approach. Renewable Energy, 2019, vol. 133, pp. 971–999. DOI: 10.1016/j.renene.2018.10.053

Maleki A., Pourfayaz F. Optimal sizing of autonomous hybrid photovoltaic/wind/battery power system with LPSP technology by using evolutionary algorithms. Solar Energy, 2015, vol. 115, pp. 471–483. DOI: 10.1016/j.solener.2015.03.004

Sanchez V.M., Chavez-Ramirez A.U., Duron-Torres S.M., Hernandez J., Arriaga L.G., Ramirez J.M. Techno-economical optimization based on swarm intelligence algorithm for a stand-alone wind-photovoltaic-hydrogen power system at south-east region of Mexico. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, no. 29, pp. 16646–16665. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.06.034

Rouhani A., Kord H., Mehrabi M. A Comprehensive Method for Optimum Sizing of Hybrid Energy Systems using Intelligence Evolutionary Algorithms. Indian Journal of Science and Technology, 2013, vol. 6, no. 6, pp. 4702–4712. DOI: 10.17485/ijst/2013/v6i6/33924

Phommixay S., Doumbia M.L., St‑Pierre D.L. Review on the cost optimization of microgrids via particle swarm optimization. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 2020, vol. 11, pp. 73–89. DOI: 10.1007/s40095-019-00332-1

Obukhov S.G., Surkov M.A., Hoshnau Z.P. [Method for selecting low-power wind power plants], Jelektro. Jelektrotehnika, Jelektrojenergetika, Jelektrotehnicheskaja promyshlennost' [Electro. Electrical engineering, power engineering, electrical industry], 2011, no. 2, pp. 5–30. (in Russ.)

Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Simulation model of operation of autonomus photovoltaic plant under actual operating condition. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2017, vol. 328, no. 6, pp. 38–51. (in Russ.)

Obukhov S.G., Hoshnau Z.P. [Prediction of electric energy consumption by autonomous energy systems], Jelektricheskie stancii [Power Technology and Engineering], 2012, no. 11, pp. 43–47. (in Russ.)

Matt C.F., Vieira L.S.R., Soares G.F.W., de Faria L.P.T. Optimization of the Operation of Isolated Industrial Diesel Stations. 6th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO6), 2005,

pp. 1–8.

Kennedy J., Eberhart R. Particle swarm optimization. Proceedings International Conference on Neural Networks, 1995, vol. 4, pp. 1942–1948. DOI: 10.1109/ICNN.1995.488968

Shi Y., Eberhart R. A modified particle swarm optimizer. IEEE International Conference on Evolutionary Computation Proceedings, 1998, pp. 69–73. DOI: 10.1109/ICEC.1998.699146

Obukhov S., Ibrahim A., Diab A.A.Z., Al-Sumaiti A.S., Aboelsaud R. Optimal performance of dynamic particle swarm optimization based maximum power trackers for stand-alone PV system under partial shading conditions. IEEE Access, 2020, vol. 8, pp. 20770–20785. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2966430

Web-Site “Weather schedule”. Available at: https://rp5.ru/ (accessed 10.05.2020).

Mamaghani A.H., Escandon S.A.A., Najafi B., Shirazi A., Rinald F. Techno-economic feasibility of photovoltaic, wind, diesel and hybrid electrification systems for off-grid rural electrification in Colombia. Renewable Energy, 2016, vol. 97, pp. 293–305. DOI: 10.1016/j.renene.2016.05.086

Maleki A. Modeling and optimum design of an off-grid PV/WT/FC/diesel hybrid system considering different fuel prices. International Journal of Low-Carbon Technologies, 2018, vol. 13, no. 2, pp. 140–147. DOI: 10.1093/ijlct/cty006

Sinha S., Chandel S.S. Review of software tools for hybrid renewable energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 32, pp. 192–205. DOI: 10.1016/j.rser.2014.01.035




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power200206

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.