TECHNO-ECONOMIC OPTIMIZATION OF STANDALONE MICROGRID HYBRID ENERGY SYSTEM IN ZERO ENERGY BUILDINGS FOR REMOTE COMMUNITY IN ANKARA
Date
2022-01-21
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Incremental consumption of electrical energy, fossil fuel reduction, high prices of
transmission lines and environmental pollution problems drive the countries to
develop zero energy buildings (ZEB) in which electricity is generated from
renewable energy sources. Wind and solar are the promising energy sources.
However, the intermittence nature of these resources reduces the system reliability.
Hybrid renewable energy system (HRES) is considered a solution for this problem.
To design a HRES, the investors need to consider the minimum configuration cost.
In this study, installation of photovoltaic panel (PV) and wind turbine (WT) systems
to electrify 30 households in a remote area in Ankara is simulated. Different
scenarios have been considered to obtain the optimal hybrid system that can cover
the load with the least costs. Hybrid Optimization Model for Multiple Energy
Resources (HOMER) software and Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm
have been applied to obtain the optimal configuration. The HRES that consists of
107 kW PV, 3×10 kW WT, 10 kW diesel generator (DG) and 45×7.15 kWh units of
batteries is chosen as the optimal choice to meet the electrical load demand. The cost
of energy (COE) and net present cost (NPC) are found as 0.25 $/kWh and 568431 $,
respectively. In sensitivity analysis, effects of PV and WT capital costs, fuel price
and type of batteries on the system performance are examined to verify the results.
As a result, doubling the fuel price has been observed to increase the COE and NPC
around 14% and 13%, respectively. As the PV and WT capital costs halved, the COE
and NPC decreased by 20% and 12%, respectively. Utilizing a specific battery
technology has been seen to reduce both the overall price and gas emissions.
Description
ANKARA'DA UZAK KOMÜNİTE İÇİN SIFIR ENERJİ BİNALARINDA
BAĞIMSIZ MİKROGRID HİBRİT ENERJİ SİSTEMİNİN TECHNO-EKONOMİK OPTİMİZASYONU
ÖZ: Artan elektrik enerji tüketimi, fosil yakıtların azalması, iletim hatlarının yüksek fiyatları ve çevre kirliliği sorunları ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarından elektriğin üretildiği sıfır enerji binaları (ZEB) geliştirmeye itmektedir. Rüzgar ve güneş enerjileri ümit verici kaynaklardır. Ancak, bu kaynakların kesintili doğası sistem güvenilirliğini azaltır. Hibrid yenilenebilir enerji sistemi (HRES), bu soruna bir çözüm olarak kabul edilir. Bir HRES tasarlamak için yatırımcıların minimum yapılandırma maliyetini göz önünde bulundurmaları gerekir. Bu çalışmada, Ankara'da uzak bir bölgede 30 evin elektriklendirmek için fotovoltaik (PV) ve rüzgar türbini (WT) sistemlerinin kurulması simüle edilmiştir. Yükü en az maliyetle karşılayabilecek en uygun hibrit sistemi elde etmek için farklı senaryolar düşünülmüştür. Optimal konfigürasyon elde etmek için Çoklu Enerji Kaynakları için Hibrid Optimizasyon Modeli (HOMER) yazılımı ve Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (PSO) algoritması uygulanmıştır. 107 kW PV, 3 × 10 kW WT, 10 kW dizel jeneratör (DG) ve 45 × 7.15 kWh pillerden oluşan HRES, elektrik yükü talebini karşılamak için en uygun seçim olarak seçilmiştir. Enerji maliyeti (COE) ve net yüzde maliyeti (NPC) sırasıyla 0.25 $/kWh ve 568431 $ olarak bulunmuştur. Duyarlılık analizinde sonuçları doğrulamak için PV ve WT sermaye maliyetlerinin, yakıt fiyatının ve pillerin türünün sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, yakıt fiyatını ikiye katlamak, COE ve NPC'yi sırasıyla 14% ve 13% oranında arttırdıgı gözlenmiştir. PV ve WT sermaye maliyetleri yarıya düştüğünde, COE ve NPC sırasıyla 20% ve 12% oranında azalmıştır. Belirli bir pil teknolojisinin kullanılmasının hem genel fiyatı hem de gaz emisyonlarını azalttığı görülmüştür.
ÖZ: Artan elektrik enerji tüketimi, fosil yakıtların azalması, iletim hatlarının yüksek fiyatları ve çevre kirliliği sorunları ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarından elektriğin üretildiği sıfır enerji binaları (ZEB) geliştirmeye itmektedir. Rüzgar ve güneş enerjileri ümit verici kaynaklardır. Ancak, bu kaynakların kesintili doğası sistem güvenilirliğini azaltır. Hibrid yenilenebilir enerji sistemi (HRES), bu soruna bir çözüm olarak kabul edilir. Bir HRES tasarlamak için yatırımcıların minimum yapılandırma maliyetini göz önünde bulundurmaları gerekir. Bu çalışmada, Ankara'da uzak bir bölgede 30 evin elektriklendirmek için fotovoltaik (PV) ve rüzgar türbini (WT) sistemlerinin kurulması simüle edilmiştir. Yükü en az maliyetle karşılayabilecek en uygun hibrit sistemi elde etmek için farklı senaryolar düşünülmüştür. Optimal konfigürasyon elde etmek için Çoklu Enerji Kaynakları için Hibrid Optimizasyon Modeli (HOMER) yazılımı ve Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (PSO) algoritması uygulanmıştır. 107 kW PV, 3 × 10 kW WT, 10 kW dizel jeneratör (DG) ve 45 × 7.15 kWh pillerden oluşan HRES, elektrik yükü talebini karşılamak için en uygun seçim olarak seçilmiştir. Enerji maliyeti (COE) ve net yüzde maliyeti (NPC) sırasıyla 0.25 $/kWh ve 568431 $ olarak bulunmuştur. Duyarlılık analizinde sonuçları doğrulamak için PV ve WT sermaye maliyetlerinin, yakıt fiyatının ve pillerin türünün sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, yakıt fiyatını ikiye katlamak, COE ve NPC'yi sırasıyla 14% ve 13% oranında arttırdıgı gözlenmiştir. PV ve WT sermaye maliyetleri yarıya düştüğünde, COE ve NPC sırasıyla 20% ve 12% oranında azalmıştır. Belirli bir pil teknolojisinin kullanılmasının hem genel fiyatı hem de gaz emisyonlarını azalttığı görülmüştür.
Keywords
electrical & electronics engineering