Dynamic Simulation of a PV-Diesel-Battery Hybrid Plant for Off Grid

Electricity Supply

Saban Yilmaz a,*, Hasan Riza Ozcalik b, Mustafa Aksua, Celebi Karapınara

a Kahramanmaras Vocational High School, Kahramanmaras Sutcu Imam University

Campus, 46100, Kahramanmaras, Turkey

bFaculty of Engineering, Kahramanmaras Sutcu Imam University Campus, 46100,

Kahramanmaras, Turkey

Abstrak

Rumah di pegunungan jumlahnya banyak di wilayah Mediterania Turki.

Perkembangan Photovoltaik (PV) tenaga surya membuka kesempatan untuk

memasok listrik ke rumah- rumah tersebut. Selain rumah di pegunungan, stasiun

pemancar di daerah terpencil, masyarakat nomaden serta petani juga dapat

mengambil manfaat dari sistem PV sebagai sumber listrik. Diesel generator

dipergunakan dalam studi kasus pada daerah dengan radiasi matahari yang kurang

memadai. Penelitian ini memfokuskan perencanaan, pemodelan, dan analisis biaya

untuk pasokan listrik bagi rumah- rumah jaringan lepas melalui sistem hibrid yang

paling optimal.

Review

Bahan bakar fosil lebih dipilih untuk memenuhi kebutuhan energi. Namun demikian,

bahan bakar fosil jumlahnya terbatas dan memiliki kandungan yang berbahaya bagi

lingkungan. Sehingga menyebabkan manusia mencari sumber energi baru.

Istilah "sistem energi terbarukan hybrid" (HRES) digunakan untuk mendefinisikan

sistem energi yang terdiri dari lebih dari satu jenis pembangkit. Konfigurasi yang

umum terdiri dari mesin diesel sebagai pembangkit konvensional terhubung ke

sumber energi terbarukan seperti PV, angin, atau bahkan PV / angin. Walaupun

biaya awal dari sistem tenaga surya atau angin lebih tinggi dari pembangkit mesin

diesel dalam ukuran yang sebanding, biaya operasi dan pemeliharaan sistem energi

terbarukan lebih rendah secara signifikan.Selama beberapa dekade terakhir, HRES

telah menjadi alternatif untuk pembangkit listrik karena memungkinkan desainer

untuk memanfaatkan kekuatan dari kedua sumber energi konvensional dan

terbarukan.

Studi kasus di lakukan di wilayah Karagol, Pegunungan Ahir Mediterania Turki.

Sistem Hibrid PV-diesel direncanakan akan memasok kebutuhan energi listrik 105

m2 rumah di pegunungan yang jaug dari jaringan listrik. Rumah tersebut

membutuhkan 5562 Wh energi perhari.

PV sistem terdiri dari 6 panel Suntech 250 W poly crystal, 12 baterai Concorde 12 W

99 Ah, 1 Generic 1.5 kW inverter dengan MPPT and 1 diesel generator satu fase

Datsu 1.5 kVA

Gambar 1 Skema Sistem Hibrid

Listrik untuk kebutuhan dasar di rumah pegunungan seperti kulkas, tv, mesin cuci,

pencuci piring, komputer dan penerangan berasal dan 6 panel PV. Listrik yang

dihasilkan panel tersebut dikonversi menjadi arus AC melalui inverter dan kelebihan

dari energi yangh dihasilkan disimpan di baterai dengan spesifikasi sebagai berikut :

Tabel 1 Spesifikasi Alat

item Jumlah Material/tipe

Panel PV suntech 6 poly crystal 250 W, 30.7 V, is

8.15 A, 17,3 % eff

Baterai concorde 122 Ah-lead-acid 12V, 5-10 tahun,no

need water adding,

constant charge-

discharge,

maintenance free

Inverter 1 Dengan Maximum

Power Point

Tracking (MPPT)

In:44V dan 72V

Out:220V dan

50Hz

MPPT: 48V

96%eff

Sistem hibrid PV-Diesel-Batterai dimodelkan dengan TRNSYS, Polysun dan

PVSYST. Diesel generator hanya digunakan pada Januari, Februari, November dan

Desember. Diesel generator membutuhkan 54 kWh energi, energi tersebut

didapatkan dari 74% PV,255 baterai dan 1%diesel generator. PV menghasilkan kWh

per tahun. Kelebihan energi disimpan di baterai sebanyak 909 kWh dan dapat

dipergunakan sewaktu waktu dibutuhkan. 54 kWh dari Diesel generator digunakan

hanya saat PV dan baterai tidak dapat mencukupi kebutuhan. Sehingga hal tersebut

dapat menghemat konsumsi bahan bakar.

Kesimpulan

Sistem hibrid PV-Diesel-Batterai akan menghasilkan energi 60,84 MWh dan

mengurangi 42,53 ton emisi CO2. Biaya yang dibutuhkan adalah sebesar 0,24

Euro. Kesimpulannya, sistem hibrid PV-Diesel-Batterai ini dapat diinstal dengan

cepat adalah tidak mahal seperti dianggap selama ini. Sistem ini menawarkan solusi

baru bagi masyarakat yang tinggal di daerah pedesaan untuk meningkatkan standar

hidup mereka. Selain itu, dalam hal isu-isu lingkungan, perkembangan diesel PV-

sistem tenaga hybrid baterai harus didukung.

Optimal sizing of hybrid PV/diesel/battery in ship power system

Hai Lan a, Shuli Wena, Ying-Yi Hong b, David C. Yu c, Lijun Zhang a

a College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

b Department of Electrical Engineering, Chung Yuan Christian University, Chung Li District

320, Taoyuan City, Taiwan

c Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Wisconsin-

Milwaukee, Milwaukee 53211, USA

Abstrak

Karena pembatasan ketat yang diberlakukan oleh Protokol Polusi Kelautan dan

perkembangan pesat energi terbarukan, penggunaan generasi dan penyimpanan

energi sistem matahari dalam sistem tenaga kapal memiliki telah semakin menarik

perhatian. Namun, ukuran yang tidak tepat dari pembangkit listrik hybrid sistem

dalam sistem tenaga kapal akan menghasilkan biaya investasi yang tinggi dan

peningkatan gas rumah kaca emisi. Makalah ini mengusulkan sebuah metode untuk

menentukan ukuran optimal photovoltaic (PV) generasi sistem, generator diesel dan

sistem penyimpanan energi dalam kekuatan kapal yang berdiri sendiri sistem yang

meminimalkan biaya investasi, biaya bahan bakar dan emisi CO2. Pembangkit listrik

dari modul PV di sebuah kapal bergantung pada tanggal, waktu setempat, zona

waktu, bujur dan lintang sepanjang rute navigasi dan berbeda dari kondisi sistem

tenaga di darat. Dengan demikian, metode, yang mengambil variasi musiman dan

geografis iradiasi surya dan suhu sepanjang rute dari Dalian di Cina untuk Aden di

Yaman ke account, untuk memperbaiki output dari modul PV dikembangkan dalam

makalah ini. Metode yang diusulkan menganggap lima kondisi di sepanjang rute

navigasi untuk model beban total kapal. Empat kasus yang dipelajari secara rinci

untuk menunjukkan penerapan dari algoritma yang diusulkan.

Review

Sebagai jumlah gas rumah kaca yang dihasilkan oleh kapal sistem meningkat,

Konvensi Internasional untuk Pencegahan Pencemaran dari Kapal (MARPOL) baru-

baru ini membuat klaim bahwa kapal harus menemukan cara baru untuk mengurangi

emisi kolektif mereka gas rumah kaca. Pencemaran lingkungan yang serius dan

efisiensi energi yang rendah dari sistem kapal tradisional kekuasaan yang adalah

disediakan hanya oleh generator diesel dapat dikurangi dengan benar

mengintegrasikan energi terbarukan. Photovoltaic (PV) energi baru-baru ini telah

diperkenalkan ke sistem tenaga kapal untuk mengurangi mereka emisi gas rumah

kaca, meningkatkan efisiensi energi dan memperkuat stabilitas sistem tenaga kapal.

Namun, penggunaan terlalu banyak energi matahari dapat meningkatkan biaya

investasi dan membuat daya sistem tidak stabil karena ketidakpastian yang terkait

dengan solar listrik .Selain itu, berbagai investigasi memiliki menemukan bahwa

penggunaan sistem penyimpanan energi (ESS) adalah salah satu solusi yang paling

efektif untuk memastikan keandalan dan daya kualitas sistem tenaga dan nikmat

meningkatkan penetrasi sumber didistribusikan generasi. Beberapa penelitian

memiliki menunjukkan bahwa pengelolaan yang optimal dari ESS dengan

didistribusikan generator dalam sistem tenaga dapat mencukur beban puncak,

mengurangi biaya memperbarui sistem daya dan mengurangi dampak negatif pada

lingkungan.

Fokus dari pekerjaan ini adalah untuk mengoptimalkan ukuran hybrid PV / diesel /

Sistem ESS dalam sistem tenaga kapal yang didasarkan pada proyek bernama ''

Studi tentang Penerapan Teknologi Photovoltaic di Tanker Minyak Kapal "di

Cina.Parameter rinci tanker minyak ini adalah bahwa panjang, lebar, dan tinggi

adalah 332,95 m, 60 dan 30,5 m m, masing-masing. Luas total untuk PV instalasi

array 2.000 m2. The bobot mati kapal tanker minyak ini 100.000 ton. Sistem ini

terdiri dari array pembangkit PV, generator diesel untuk memasok daya utama dan

ESS untuk menyimpan kelebihan energi dan meningkatkan keandalan sistem.

Generator diesel harus mampu memasok seluruh beban sepanjang waktu sejak

kapal sistem tenaga selalu beroperasi dalam mode yang berdiri sendiri.

Gambar 2 Sistem Tenaga Kapal

Harga PV penting yang mempengaruhi biaya listrik kapalsistem dan strategi perencanaan yang akan dikembangkan oleh para pengambil keputusan, karena harga PV mempengaruhi biaya bersih saat inidan ukuran ESS. Gambar. 9 menunjukkan bahwa ketika harga jatuh PVdari $ 2.160 / kW untuk $ 1.440 / kW, total biaya bersih saat ini dariSeluruh sistem menurun dari $ 12.006.649 menjadi $ 1.184.465 danukuran total terpasang PV meningkat dari 234 kW menjadi 309 kW.

Gambar 3 Total biaya dan kapasitas PV dalam beberapa variasi harga

Kesimpulan

Dalam tulisan ini, metodologi baru diusulkan untuk menemukan optimal ukuran hybrid PV / diesel / ESS generator dalam sistem tenaga kapal. Beban jam dimodelkan dengan lima kondisi operasi, yang jelajah biasa, kecepatan penuh berlayar, docking, beban / bongkar dan penahan. Sebuah rute navigasi dari Dalian di Cina ke Aden di Yaman melayani rute bagi para pengambil keputusan mempertimbangkan empat musim yang berbeda untuk mengalokasikan ukuran PV dan ESS sini. Algoritma MOPSO terintegrasi dengan NSGA-II dikembangkan untuk mencari ukuran terbaik untuk sistem PV dan ESS dan untuk mengoptimalkan output dari generator diesel untuk mengurangi total biaya dan emisi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa bersih yang diperoleh biaya kini PV / diesel / ESS pembangkit listrik hybrid kurang dari bahwa dari PV / diesel pembangkit listrik.

Economic analysis of PV/diesel hybrid system with flywheel energystorage

Makbul A.M. Ramli a, Ayong Hiendro b, Ssennoga Twaha ca Department of Electrical and Computer Engineering, King Abdulaziz University,

Jeddah 21589, Saudi Arabiab Department of Electrical Engineering, Universitas Tanjungpura, Pontianak 78124,

Indonesiac Department of Sustainable and Renewable Energy Research, Skyline Technical

Services Ltd., Kampala, Uganda

Abstrak

Makalah ini menganalisis kinerja sistem energi hybrid dengan photovoltaic (PV) dan sistem diesel sebagai sumber energi. Sistem energi hybrid dilengkapi dengan flywheels untuk menyimpan kelebihan energi dari PV. Software HOMER dipekerjakan untuk mempelajari manfaat ekonomi dan lingkungan dari sistem dengan penyimpanan energi flywheels untuk Makkah, Arab Saudi. Analisis difokuskan pada dampak memanfaatkan flywheels pada pembangkit listrik, biaya energi, dan biaya bersih saat ini untuk konfigurasi tertentu hibrida sistem. Analisis pada pengurangan konsumsi bahan bakar dan emisi karbon untuk konfigurasi sistem juga disajikan dalam makalah ini.

Review

Kesenjangan biasa yang muncul antara pasokan dan permintaan listrik panggilan untuk penggunaan penyimpanan energi listrik (EES) sistem. Baterai adalah teknologi yang paling umum digunakan untuk sistem EES di sistem tenaga energi terbarukan. Tujuan dari sistem EES adalah untuk mengurangi ketidaksesuaian antara kebutuhan daya dan listrik generasi. Selain baterai, ada berbagai teknologi tersedia untuk sistem EES, tapi tidak ada sistem EES tunggal appropriates yang persyaratan EES ideal, yaitu, kepadatan tinggi, efisiensi tinggi, biaya rendah, seumur hidup panjang, dan ramah lingkungan [18]. Untuk itu, perlu untuk menggabungkan lebih dari satu teknologi EES di kekuasaan sistem .

Saat ini, baterai timbal-asam, nikel, dan berbasis lithium telah digunakan secara luas .Menurut laporan itu, khas efisiensi dalam baterai timbal-asam adalah 85-90%, dalam baterai berbasis nikel itu 65-83%, dan baterai lithium berbasis bisa memiliki hingga 95% efisiensi pulang-pergi. Memimpin asam baterai telah banyak digunakan dalam sistem listrik energi terbarukan karena biaya rendah dan efisiensi energi yang relatif tinggi. Namun, memiliki energi yang rendah kerapatan, ukuran besar dan berat, siklus hidup singkat, dan debit terbatas Kemampuan adalah kelemahan utama dari baterai timbal-asam. Sebuah timbal-asam baterai memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dan siklus hidup panjang dari nickel baterai. Namun, baterai berbasis nikel memiliki sedikit energi efisiensi jika dibandingkan dengan baterai timbal-asam. Selain itu, baterai berbasis nikel yang lebih mahal dalam hal biaya dibandingkan baterai timbal-asam. Dibandingkan dengan kedua timbal-asam dan

nikel berbasis baterai, baterai lithium berbasis unggul dalam efisiensi energi dan kepadatan energi. Baterai lithium berbasis menjadi suatu pilihan utama untuk EES stasioner, sering bersamaan dengan aliran baterai.

Gambar 4 Desain sistem hibrid diesel-PV-dengan flywheel sebagai penyimpan energi menggunakan software HOMER

Dibandingkan dengan baterai, flywheels biasanya memiliki biaya awal yang tinggi. Namun, flywheels memiliki densitas daya jauh lebih tinggi daripada baterai. Flywheels yang kompetitif dengan baterai dalam aplikasi penyimpanan listrik. Untuk waktu penyimpanan lebih lama, sangat cocok untuk kerugian yang lebih rendah dan mengurangi biaya sistem. Flywheels memiliki beberapa keuntungan termasuk kepadatan energi yang tinggi, siklus hidup panjang, lingkungan ramah, kurang pemeliharaan yang diperlukan, kedalaman tinggi discharge (DOD), sejumlah besar siklus pengisian dan pengosongan, efisiensi pulang-pergi tinggi, dan tingkat pengisian dan pengosongan cepat. The flywheels efisiensi yang sangat tinggi dan biasanya berkisar 91-96% [26,27]. Namun, dengan cara berdiri ekonomi dan efisiensi kurang dari baterai.

Gambar 5 Daya dihasilkan perbulan (gen 1.1 GW)

Gambar 6 Daya dihasilkan perbulan (gen 2.2 GW)

Kesimpulan

Analisis ekonomi PV / diesel kinerja sistem hybrid dengan penyimpanan energi flywheels disajikan berdasarkan pembangkit listrik, biaya energi, dan biaya bersih

saat ini. Untuk analisis ini, tiga konfigurasi sistem yang berbeda, yaitu sistem hybrid diesel / flywheels, PV / diesel / sistem hybrid flywheels, dan PV / diesel / baterai / flywheels Sistem hybrid telah disimulasikan menggunakan software HOMER. Ini memiliki telah jelas menunjukkan dari simulasi yang PV / diesel / sistem baterai / flywheels hybrid memiliki COE terendah dan CO2 emisi. Untuk menganalisis kinerja PV / diesel / baterai / Sistem hybrid flywheels, dua pilihan dari PV ukuran array telah dipertimbangkan, yaitu, 1,1 GW dan 2,2 GW. PV / diesel / baterai / Sistem hybrid flywheels menggunakan 2,2 GW PV ukuran array memiliki terendah COE dengan 33% penetrasi terbarukan. Sebagai kesimpulan, PV / diesel Sistem dengan flywheels lebih ekonomis daripada PV / sistem diesel tanpa penyimpanan energi flywheels. Penggunaan flywheels menurun Emisi CO2, konsumsi bahan bakar diesel, total NPC, dan COE sistem dengan meminimalkan operasi generator diesel. Di Selain itu, flywheels tidak hanya meningkatkan waktu penyimpanan baterai tetapi juga meningkatkan waktu pemanfaatannya