Techno-economic valuation and optimization of integrated photovoltaic/wind energy conversion system

ABSTRACT

Decentralized electricity generation by renewable energy sources offer greater security of supply for consumers while respecting the environment. But the random nature of these sources requires us to develop sizing rules and use these systems to exploit them. This paper proposes an integrated PV/wind hybrid system optimization model, which utilizes the iterative optimization technique following the Deficiency of Power Supply Probability (DPSP), the Relative Excess Power Generated (REPG), the Total Net Present Cost (TNPC), the Total Annualized Cost (TAC) and Break-Even Distance Analysis (BEDA) for power reliability and system costs. The flow chart of the hybrid optimal sizing model is also illustrated. With this merged model, the optimal size of PV/wind hybrid energy conversion system using battery bank can be performed technically and economically according to the system reliability requirements. Additionally, a sensitivity analysis was carried out in order to appreciate the most important parameters influencing the economic performances of the hybrid system. A case study is conducted to analyze one hybrid project, which is designed to supply small residential household situated in the area of the Center for Renewable Energy Development (CDER) localized in Bouzare´ah, Algeria (36480N, 310E, 345 m).

INTRODUCTION

Energy generation is a challenge of great importance for years to come. Indeed, the energy needs of industrialized societies are increasing, moreover, developing countries will need more energy to complete their development. Consumption of these sources leads to emissions of greenhouse gases and thus increasing pollution. The rapid depletion and price volatility of fossil fuels worldwide have necessitated urgent search for new energy sources to meet current requirements. Alternative energy resources such as hydropower, wind, solar and geothermal have attracted energy sectors to generate power on a large scale. However, common drawback with solar and wind energy is their unpredictable nature and dependence on weather and climatic changes, and the variations of solar and wind energy may not match with the time distribution of load demand. This short-coming not only affects the system’s energy performance, but also results in batteries being discarded too early. Generally, the independent use of both energy resources may result in considerable over-sizing, which in turn makes the design costly. It is prudent that neither a stand-alone solar energy system nor a wind energy system can provide a continuous power supply due to seasonal and periodical variations (Yang et al., 2008) for stand-alone systems.

چکیده

تولید الکتریسیته تولید شده توسط منابع انرژی تجدید پذیر، امنیت بیشتری را برای مصرف کنندگان فراهم می کند در حالی که احترام به محیط زیست را حفظ می کند. اما ماهیت تصادفی این منابع مستلزم آن است که ما قوانین اندازه گیری را توسعه دهیم و از این سیستم ها برای بهره برداری از آنها استفاده کنیم. در این مقاله یک مدل بهینه سازی سیستم هیبریدی PV / wind یکپارچه ارائه شده است که از روش بهینه سازی تکراری با توجه به کمبود احتمال عرضه برق (DPSP)، تولید بیش از حد نسبی (REPG)، هزینه کل خالص فعلی (TNPC)، Total هزینه های سالانه (TAC) و تجزیه و تحلیل فاصله تجزیه (BEDA) برای قابلیت اطمینان و هزینه های سیستم. نمودار جريان مدل اندازه گيري مطلوب هيبريد نيز نشان داده شده است. با استفاده از این مدل ادغام شده، اندازه گیری بهینه از سیستم تبدیل انرژی هیبریدی PV / باد با استفاده از باتری می تواند به لحاظ فنی و اقتصادی بر اساس الزامات قابلیت اطمینان سیستم انجام شود. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل حساسیت به منظور درک مهمترین پارامترهای موثر بر عملکرد اقتصادی سیستم ترکیبی انجام شد. یک مطالعه موردی برای تجزیه و تحلیل یک پروژه ترکیبی طراحی شده است که به منظور تامین خانه های کوچک مسکونی واقع در منطقه مرکز توسعه انرژی های تجدید پذیر (CDER) واقع در Bouzare’ah، الجزایر (36480N، 310E، 345 متر) طراحی شده است.

مقدمه

تولید انرژی در سالهای آینده چالشی برای اهمیت زیادی است. در واقع، نیازهای انرژی جوامع صنعتی افزایش می یابد، به علاوه، کشورهای در حال توسعه نیاز به انرژی بیشتری برای تکمیل توسعه خود دارند. مصرف این منابع منجر به انتشار گازهای گلخانه ای و در نتیجه افزایش آلودگی می شود. کاهش سریع و بی ثباتی قیمت سوخت های فسیلی در سراسر جهان، جستجوی فوری برای منابع انرژی جدید را برای برآورده ساختن نیازهای موجود ضروری ساخته است. منابع انرژی جایگزین مانند انرژی های آبی، باد، خورشیدی و زمین گرمایی بخش های انرژی را جذب کرده اند تا انرژی در مقیاس وسیع تولید کنند. با این حال، اشکال رایج با انرژی خورشیدی و باد، طبیعت غیر قابل پیش بینی آن و وابستگی به تغییرات آب و هوایی و تغییرات آب و هوایی است و تغییرات انرژی خورشیدی و باد ممکن است با توزیع بار تقاضای بار مطابقت نداشته باشد. این کوتاه شدن نه تنها بر عملکرد سیستم تاثیر می گذارد، بلکه موجب می شود که باتری ها خیلی زود دور ریخته شوند. به طور کلی، استفاده مستقل از هر دو منابع انرژی ممکن است به اندازه قابل توجهی برسد، که به نوبه خود هزینه های طراحی را افزایش می دهد. لازم به ذکر است که نه یک سیستم انرژی خورشیدی مستقل و نه یک سیستم انرژی باد میتواند به دلیل تغییرات فصلی و دوره ای از منبع تغذیه پیوسته برای سیستم های مستقل ارائه دهد (یانگ و همکاران، 2008).

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By : Abdelhamid Kaabeche , Maı ¨ouf Belhamel , Rachid Ibtiouen