Optimal Electric Network Design for a Large Offshore Wind Farm Based on a Modified Genetic Algorithm Approach

ABSTRACT

The increasing development of large-scale offshore wind farms around the world has caused many new technical and economic challenges to emerge. The capital cost of the electrical network that supports a large offshore wind farm constitutes a significant proportion of the total cost of the wind farm. Thus, finding the optimal design of this electrical network is an important task, a task that is addressed in this paper. A cost model has been developed that includes a more realistic treatment of the cost of transformers, transformer substations, and cables. These improvements make this cost model more detailed than others that are currently in use. A novel solution algorithm is used. This algorithm is based on an improved genetic algorithm and includes a specific algorithm that considers different cable cross sections when designing the radial arrays. The proposed approach is tested with a large offshore wind farm; this testing has shown that the proposed algorithm produces valid optimal electrical network designs.

INTRODUCTION

WIND ENERGY is gaining increasing strategic and economic importance throughout the world. It is one of the more promising options amongst the various renewable energy generation technologies and is expected to play a significant role in reducing the environmental implications of meeting modern societies demand for electrical power. The use of offshore wind power generation is attractive for the following reasons: 1) offshore wind farms will not take up valuable land resources; 2) the use offshore locations will mean that the wind farm will have minimal landscape and visual impact and will not produce noise pollution; 3) wind flow will not be perturbed by structures or forests, thereby the winds striking the turbine blades will be stronger and steadier causing an increase in the performance of the turbine; 4) offshore wind turbine designs with larger single unit rated power than onshore designs are available, these larger ratings allow improved economies of scale; and 5) sea water affords an opportunity for accessible and low cost component cooling. Large-scale offshore wind farms are being developed all around the world. This is particularly true in European countries bordering the North Sea where significant offshore wind resources exist in the shallow coastal waters .

چکیده

توسعه روزافزون مزارع بادی دریایی در سراسر جهان باعث ایجاد چالش های جدید فنی و اقتصادی بسیاری شده است. هزینه سرمایه شبکه برق که از یک مزرعه بزرگ بادی دریایی حمایت می کند، بخش قابل توجهی از هزینه کل مزرعه بادی را تشکیل می دهد. بدین ترتیب، پیدا کردن طراحی بهینه این شبکه برق یک وظیفه مهم است، کاری که در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است. مدل هزینه ای توسعه یافته است که شامل یک روش واقع گرایانه تر برای هزینه ترانسفورماتور ها، پست های ترانسفورماتور و کابل ها می باشد. این پیشرفت ها این مدل هزینه را دقیق تر از دیگران که در حال حاضر در حال استفاده هستند. یک الگوریتم راه حل جدید استفاده شده است. این الگوریتم بر اساس یک الگوریتم ژنتیک بهبود یافته است و شامل یک الگوریتم خاص است که بخش های مختلف کابل را در هنگام طراحی آرایه های شعاعی در نظر می گیرد. رویکرد پیشنهادی با یک مزرعه بادی بزرگ دریایی آزمایش می شود؛ این تست نشان داده است که الگوریتم پیشنهادی طرح های شبکه برق معتبر را تولید می کند.

مقدمه

انرژی باد در حال افزایش استراتژیک و اقتصادی در سراسر جهان است. این یکی از گزینه های امیدوار کننده در میان فن آوری های مختلف تولید انرژی تجدید پذیر است و انتظار می رود که نقش مهمی در کاهش اثرات زیست محیطی از برآورده شدن تقاضای جوامع مدرن برای قدرت الکتریکی داشته باشد. استفاده از تولید انرژی باد در دریای خزر به دلایل زیر قابل توجه است: 1) مزارع بادی دریایی از منابع زمین با ارزش برخوردار نیستند؛ 2) استفاده از مکان های دریایی به این معنی است که مزرعه باد حداقل چشم انداز و تاثیر بصری داشته و آلودگی صوتی را تولید نخواهد کرد. 3) جریان های باد توسط سازه ها و یا جنگل ها نگران نباشند، در نتیجه باد هایی که بر روی تیغه های توربین تاثیر می گذارند قوی تر و ثابت تر می شوند و موجب افزایش عملکرد توربین می شوند؛ 4) طراحی توربین های بادی دریایی با قدرت بیش از یک واحد قدرت نسبت به پروژه های دریایی در دسترس است، این رأی های بزرگتر باعث بهبود اقتصاد در مقیاس می شود. و 5) آب دریا فرصتی را برای خنک کننده های موجود و کم هزینه فراهم می کند. مزارع بادی دریایی در حال توسعه در سراسر جهان در حال توسعه هستند. این به ویژه در کشورهای اروپایی که در دریای شمال واقع شده اند جایی است که منابع آبی دریایی قابل توجهی در آب های کم عمق ساحلی وجود دارد.

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : Francisco M. Gonzalez-Longatt, Peter Wall, Pawel Regulski,and Vladimir Terzija