ترجمه و شبیه سازی مقاله عملکرد سیستم بهینه ی هیبریدی PV-FC با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان – برق قدرت

Description:

دانلود فایل انگلیسی مقاله Optimal PV–FC hybrid system operation considering reliability

چکيده ترجمه شده

اين مقاله روشي براي عملکرد بهينه­‌ي سيستم هيبريدي متصل به شبکه ارائه مي­دهد که هدف آن ماکزيمم کردن متوسط انرژي توليد شده­‌ي سيستم است بطوري‌که سود فروش برق ماکزيمم شود. اين سيستم هيبريدي شامل يک ماژول فتوولتاييک(PV)، يک الکترولايزر (EL)، تانک ذخيره­‌ي هيدروژن (HS) و سلول سوختي (HS) با پوسته­‌ي مبادله­‌ي پروتون (PEM) است. انرژي توليد شده به شبکه­‌ي توزيع فروخته مي شود. در زمان اختلالات شبکه، خروجي سيستم هيبريدي از يک منبع اضطراري براي تغذيه­‌ي بار محلي استفاده مي کند، بنابراين قابليت اطمينان افزايش مي­‌يابد.

روش پيشنهادي مسئله را به دو بخش تقسيم مي­کند: مسئله­‌ي ماکزيمم سود (RMP) و مسئله­‌ي ماکزيمم توليد متوسط (EGM). RMP مقدار بهينه­‌ي فروش برق ساعتي را با درنظر گرفتن تغيير قيمت برق و تابش خورشيد (تغيير تابش خورشيد منجر به تغيير مينيمم فشار HS مي شود) در ساعات مختلف مختلف پيدا مي­کند. EMG براساس مدل قابليت اطمينان 4 حالته که براي اين سيستم درنظر گرفته شده است، از نتايج RMP و مينيمم فشار HS  استفاده مي­‌کند تا انرژي توليدي متوسط (EGE) را تعيين کند. سرانجام يک جستجوي دو­بخشي استفاده مي­شود تا سطح بهينه براي فشار مينيمم HS پيدا شود، به گونه‌­اي که EGE ماکزيمم شود در حالي که سود فروش در بالاترين سطح ممکن نگه داشته شده باشد. سپس اثر عملکرد بهينه­‌ي سيستم بر روي EGE ارزيابي مي شود. براي ارزيابي توانايي و قابل اجرا بودن روش پيشنهادي چند آناليز انجام شده است. همچنين شاخص­هاي اقتصادي پيشنهاد شده است تا قابليت اطمينان هزينه/ارزش کاربرد سيستم هيبريدي را ارزيابي کند و در نهايت قابليت اطمينان بار بهبود يابد.

مقدمه

سيستم هاي انرژي تجديدپذير پاسخي به افزايش تقاضاي جهاني انرژي در محيط آلوده­ي امروزی می­باشند. همچنين افزايش تقاضاي انرژي موجب حرکت به سوي تکنولوژي­هاي برق پاک و تجديدپذير مانند فتوولتاييک (PV)، توربين بادي و تکنولوژي­هاي سلول سوختي(FC) شده است. PV و توربين بادي به ترتيب انرژي خورشيد و باد را به برق تبديل مي­کنند، FC  انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي­کند و مقدار برق توليدي FC با تنظيم مقدار جريان سوخت (گاز طبيعي يا هيدروژن) کنترل مي­شود. FC يک تکنولوژي سازگار با محيط مي­باشد که داراي چگالي انرژي بالا است و تا زماني که سوخت فراهم باشد انرژي الکتريکي و برق توليد مي کند.

توليد برق PV همواره مورد توجه بوده و در سال­هاي اخير گسترش يافته است. PV مستقيما انرژي خورشيد را به انرژي االکتريکي تبديل مي­کند. توليد انرژي الکتريکي توسط PV داراي هزينه ي عملياتي ناچيز است و به شرايط آب و هوايي محيط و همچنين تابش خورشيد بستگي دارد. اما سيستم PV داراي ايراداتي مانند مشخصه ي غيرخطي ولتاژ-جريان، رفتار استاتيکي توان خروجي، نداشتن کنترل روي توان توليدي و در دسترس نبودن در ساعات شب است. اهميت کنترل روي توان خروجي و در دسترس بودن توليد در ساعات پيک بار باعث شده است که PV يک سيستم نامناسب براي توليد برق باشد.

سيستم­ هاي ذخيره­ ي انرژي براي حل مشکلات اصلي PV در نظر گرفته مي­شوند به طوريکه انرژي را در زمان توليد ذخيره مي­کنند و در زمان مورد­نياز مقدار مطلوب انرژي را در اختيار قرار مي­دهد. ترکيب PV و ديگر تکنولوژي­هاي انرژي پاک، مزيت امکان استفاده از انرژي ذخيره شده و افزايش سود سيستم هيبريدی را دارد. يک سيستم توليد برق هيبريدي به عنوان ترکيبي از انواع مختلف تکنولوژي هاي توليد انرژي مشخص مي شود تا از مزيت هاي اين تکنولوژي ها براي رسيدن به عملکرد بهتر استفاده کند.

معرفی رشته مهندسی برق

 

سيستم هيبريدي PV-FC (HPFS) مثالي از يک سيستم هيبريدي کارآمد است که در آن هيدروژن نقش انرژي واسط را بازي مي­کند که مي­تواند به آساني ذخيره و استخراج شود.الکتريسيته­ي PV شامل PV، الکترولايزر آبي (EL)، تانک ذخيره­ي هيدروژن (HS) و FC به EL داده مي­شود تا هيدروژن توليد شود سپس در HS ذخيره مي­شود. FC هيدروژن ذخيره شده را براي توليد برق مصرف مي­کند. اين HPFS برق توليدي PV را جبران مي­کند و امکان زمان­بندي توليد برق را فراهم مي­کند. يک HPFS متصل به شبکه عموما براي فروش برق به شبکه­ي توزيع استفاده مي­شود.افزايش سود توليد انرژي الکتريکي و افزايش قابليت اطمينان در فراهم کردن برق موردنياز مشتريان از مزاياي استفاده­ي همزمان از PV و FC است.

جنبه­هاي مختلف اتصال HPFS به شبکه و حالت مستقل در مقاله بررسي شده است. يک سيستم هيبريدي شامل آرايه­ي PV و سلول سوختي با پوسته ي مبادله­ي پروتون (PEMFC) در [8,9] ارائه شده است. در [9,10] يک مطالعه جهت مقايسه­ي بازده، تغييرات ولتاژ  لينک dc، MPPT، جريان خروجي، مقياس بندي وهزينه­ي سيستم انجام شده است. در [14] يک طراحي سيستم هيبريدي ايزوله شده­ي سه­گانه پيشنهاد شده است که در آن براي مينيمم کردن هزينه­ي نهايي، به طور همزمان عمر مفيد نصب و راه­اندازي، گازهاي آلاينده (CO2) و بار برآورد­­نشده در نظر گرفته شده است.

 

سفارش پروژه دانشجویی

درخواست همکاری با ما برای انجام پروژه دانشجویی

 

در [15] سيستم PV-FC به يک واحد بازيابي گرما وصل شده است که يک منطقه­ي مسکوني را با انرژي گرمايي تامين مي­کند تا استفاده از انرژي را بهبود بخشد. ژنراتور هيبريدي تجديدپذير PV-diesel در [16] گسترش يافته است که براي تامين توان فرستنده­هاي توان FM مورد استفاده قرار مي­گيرد. يک مدل بر اساس شبکه­ي عصبي در [17] بحث شده است که در آن رفتار سيستم هيبريدي با در نظر گرفتن عدم قطعيت سرعت باد، تابش خورشيد، عمر باتري و هزينه­ي سوخت نشان داده شده است.

توسعه­ ي سلول سوختي با پوسته­ي مبادله­ي پروتون (PEMFC) و باتري هيبريدي اضطراري سيستم برق(UPS) براي پشتيباني و کاربردهاي برق اضطراري در [18] مطالعه شده است. يک کنترل منطق فازي در [19] استفاده شده است تا روش­هاي مديريت انرژي را براي خودروي هيبريدي FC/battery و خودروي هيبريدي FC/battery/ultra-capacitor طراحي کند. استراتژي­هاي مختلف مديريت انرژي براي يک سيستم هيبريدي مستقل شامل 3 پنل PV، يک توربين بادي و يک PEMFC در [20] ارزيابي شده است. مشاهده مي­شود که بيشترين تحقيقات انجام شده بر روي بهينه سازي اقتصادي HPFS تمرکز دارند در حاليکه نقش اصلي HPFS افزايش قابليت اطمينان توان توليدي است که هنوز به اندازه ي کافي آدرس دهي نشده است.

 

درباره ما بیشتر بدانید

سوالات متداول

 

در صورت بروز خرابي، HPFS مي­تواند براي توليد برق از هيدروژن ذخيره شده در HS استفاده کند و بار محلي را تامين کند و در واقع به عنوان پشتيبان توليد باشد، بنابراين قابليت اطمينان سيستم افزايش مي­يابد. به عبارت ديگر هيدرژون ذخيره­شده مي­تواند براي توليد برق در زمان­هاي پيک در قيمت بالاتر استفاده شود، بنابراين سود فروش برق بيشتر مي­شود. با اين حال انرژي به عنوان پشتيبان توليد ذخيره شده است و نمي­تواند در هر زمان براي کسب سود بيشتر و بالعکس استفاده شود. يک مسئله­ي مهم در عملکرد HPFS پيدا کردن يک مقدار بهينه براي ذخيره­ي هيدروژن است که بايد به گونه­اي محاسبه شود که در هر زمان سود فروش برق ماکزيمم باشد و قابليت اطمينان بهبود يابد. هنوز به اندازه­ي کافي بر روي اين مسئله کار نشده است.

هدف اين مقاله پيشنهاد يک روش براي عملکرد بهينه­ي HPFS، با ماکزيمم کردن سود و بهبود قابليت اطمينان است. موضوعات اصلي اين مقاله عبارتند از:

1- شرکت دادن قابليت اطمينان در عملکرد بهينه­ي HPFS

2- تعيين مقدار بهينه­ي هيدروژن ذخيره شده براي ماکزيمم کردن متوسط انرژي توليدي

3- پيشنهاد مدل قابليت اطمينان توليد HPFS

4- توسعه­ي شاخص­هاي اقتصادي براي ارزيابي هزينه/ارزش افزايش قابليت اطمينان HPFS

 

تماس با ما

 

روش پيشنهادي مسئله­ي اصلي را به دو زيرمسئله تقسيم مي کند: مسئله­ي ماکزيمم کردن سود (RMP) و مسئله­ي ماکزيمم کردن متوسط توليد (EGE). RMP مقدار بهينه­ي فروش برق ساعتي به شبکه را با در نظر گرفتن تغييرات ساعتي در بار سيستم، قيمت برق و تابش خورشيد که فشار مينيمم HS را تحت تاثير قرار مي­دهد، مي يابد. يک مدل قابليت اطمينان 4 حالته پيشنهاد شده است که شامل خرابي و تعمير اجزاي HPFS و شبکه­ي توزيع مي باشد. EGE بر اساس احتمال حالت­هايي از مدل قابليت اطمينان ، نتايج RMP و فشار مينيمم HS در زير­مسئله ي EGM تعيين شده است. سپس RMP و EGM محاسبه شده­اند. فشار مينيمم HS، زير­مسئله ها را به هم مرتبط مي­کند، در حاليکه اين پارامتر تاثير مثبت بر روي توليد پشتيبان دارد، بر روي انرژي فروخته شده تاثير منفي دارد. از يک جستجوي دو­بخشي براي تعيين سطح بهينه­ي فشار مينيمم HS استفاده شده است که همزمان ماکزيمم مقدار متوسط توليد و ماکزيمم سود فروش را بدست مي­دهد. شاخص­هاي اقتصادي پيشنهاد شده و محاسبه شده­اند تا هزينه/ارزش کاربرد HPFS را براي افزايش قابليت اطمينان برق توليدي ارزيابي کند.

خلاصه­ ی کلی مقاله عملکرد سيستم بهينه ي هيبريدي PV-FC با در نظر گرفتن قابليت اطمينان

هدف اين مقاله ماکزيمم کردن متوسط انرژي توليد شده­ي سيستم است به طوريکه سود فروش برق ماکزيمم شود. براي اين منظور اين مقاله روشي براي عملکرد بهينه­ي سيستم هيبريدي متصل به شبکه ارائه مي­دهد. اين سيستم هيبريدي شامل يک ماژول فتوولتاييک(PV)، يک الکترولايزر (EL)، تانک ذخيره­ي هيدروژن (HS) و سلول سوختي (HS) با پوسته ي مبادله­ي پروتون (PEM) است. روش پيشنهادي مسئله را به دو بخش تقسيم مي­کند: مسئله­ي ماکزيمم سود (RMP) و مسئله­ي ماکزيمم توليد متوسط (EGM).

در قسمت اول اين مقاله مسئله ماکزيمم شدن سود حل شده است که براي دست يافتن به اين امر، ابتدا PV (PV: انرژي تابشي خورشيد را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند.) مدل سازي شده است و فرمول­هاي آن بيان شده است. سپس به مدل­سازي PEMFC (FC: انرژي شيميايي اکسيژن و هيدروژن را به انرژي الکتريکي تبديل مي­کند که طي آن گرما و آب هم توليد مي­شود.) پرداخته است. در مرحله­ي بعد  EL(EL: آب را به عناصر سازنده­اش تجزيه مي­کند.) مدل شده است. سپس به مدل­سازي HS (HS: يک تکنيک ذخيره­سازي است که با استفاده از تانک هيدروژن فشرده را ذخيره مي کند.) پرداخته و بالاخره تابع هدف که همان ماکزيمم کردن سود است حل شده است.

 

مشاهده نمونه کار های ما

 

در قسمت بعدي به ماکزيمم کردن متوسط توليد پرداخته شده است که براي رسيدن به اين هدف از مدل قابليت اطمينان 4 حالته استفاده شده و با نوشتن يک الگوريتم مسئله حل مي­شود.

انرژي توليد­شده به شبکه­ي توزيع فروخته مي­شود. در زمان اختلالات شبکه، خروجي سيستم هيبريدي از يک منبع اضطراري براي تغذيه­ي بار محلي استفاده مي­کند، بنابراين قابليت اطمينان افزايش مي­يابد. RMP مقدار بهينه­ي فروش برق ساعتي را با درنظر گرفتن تغيير قيمت برق و تابش خورشيد (تغيير تابش خورشيد منجر به تغيير مينيمم فشار HS مي شود) در ساعات مختلف مختلف پيدا مي­کند. EMG براساس مدل قابليت اطمينان 4 حالته که براي اين سيستم درنظر گرفته شده است، از نتايج RMP و مينيمم فشار HS  استفاده مي­کند تا انرژي توليدي متوسط (EGE) را تعيين کند. سپس اثر عملکرد بهينه­ي سيستم بر روي EGE ارزيابي مي­شود. براي ارزيابي توانايي و قابل اجرا بودن روش پيشنهادي چند آناليز انجام شده است. همچنين شاخص­هاي اقتصادي پيشنهاد شده است تا قابليت اطمينان هزينه/ارزش کاربرد سيستم هيبريدي را ارزيابي کند و  در نهايت قابليت اطمينان بار بهبود يابد.

در نهايت نتايج را به صورت نمودار و جدول نمايش داده است.

 

دانلود فایل ترجمه کامل مقاله عملکرد سيستم بهينه ي هيبريدي PV-FC با در نظر گرفتن قابليت اطمينان

دانلود فایل شبیه سازی مقاله

 

بالا

با اشتراک گذاری در گوگل پلاس تخفیف بگیرید