SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas,Akbar Ebrahimi
حمیدرضا کارشناس (استاد راهنما) اکبر ابراهیمی (استاد مشاور)
STUDENT
Hossein Delavarypour
حسین دلاوری پور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Storage System Modelling for Reliability Studies and Optimum Size Selection in Standalone Wind Energy Systems
This thesis deals with accurate modelling of energy storage systems in standalone wind energy systems when the reliability and cost optimization are of interest. In recent years, the use of renewable energy resources such as wind and solar has faced a rapid growth due to the environment-friendly nature of these sources on one hand and increasing cost of fosile fuels on the other. In vast countries, there are some remote and unreachable areas which are far from the power system grid. Using renewable energy sources to supply electricity in such areas could have many technical and economical advantages. For example, the cost of expensive transmission lines can be saved. Many renewable energy resources are atmosphere dependent and, thus, have intermittent generation nature. Therefore, in most cases they alone cannot provide an uninterrupted and reliable source of energy. The solution is to use these resources besides other types of energy supplies which are readily dispatchable. Energy storage systems are good candidate for such applications. They can store energy when it exceeds the demand, and release that energy when the generation does not suffice the load. Such hybrid energy systems must be designed in such a way that they have a reasonable reliability at justifiable cost. The reliability of small standalone networks is evaluated by determinig the ability of supplying the demand. In this way, the system adequacy is examined by probablistic techniques based on analytic methods. The disadvantage of analytical methods in evaluating wind systems is the fact that they do not consider the time variation of wind speed which has a significant effect on reliability of these systems. In addition, the existence of storage systems adds to the complexity of problem. In this thesis, the reliability indices are obtained based on analytical methods and time-series simulation of system behavior. In this method, a time series is used to express the energy and power associated with each component. In performing such analysis, the accurate modelling of system components is very important. Specifically, it is shown in this thesis that how the accurate modelling of energy storage systems can affect the reliability indices. A reliability index called loss of load expectation, or LOLE, is obtained for different scenarios and the resultas are compared. Generally, the initial cost of energy systems with renewable resources is more than the cost of traditional systems such as motor-genarator sets. What makes renewable systems more attractive are small running costs and the incentives given by the government. In this regard, the system configutation in terms of the type and size of different resources plays an important role in designing an economically viable system. For example, a wind-only system will be too expensive to supply the load with reasonable reliability. A diesel generator has much lower initial cost, but the penalties associated with pollution and the cost of supplying fuel to it may impose high running cost. Energy storage systems also have relatively high initial cost. Therefore, a comprehensive study is required in order to determine the optimum size of different components in such systems. An optimazation problem is formulated in this thesis based on various constraints and consequently is solved using genetic algorithms. Again, the results for different scenarios are presented and compared with. Keywords: Renewable sources, Energy storage systems, Reliability, Optimum size selection.
این پایان نامه چگونگی مدل سازی دقیق سیستمهای ذخیره ساز انرژی در سیستمهای انرژی بادی جهت مطالعات قابلیت اطمینان و تعیین ظرفیت بهینه اجزای چنین سیستمهایی را مورد بررسی قرار میدهد. در کشورهای پهناور کانادا و روسیه مناطق مسکونی کوچکی وجود دارند که از شبکه سراسری دور بوده و لذا احداث خطوط برق رسانی به آنها بسیار گران تمام میشود. در برخی از این مناطق به واسطهی سختی و ناهمواری راه و در برخی دیگر به واسطهی سیاستهای دولتی حاکم، تأمین انرژی الکتریکی ازطریق منابع انرژی تجدید پذیر یکی از گزینههای جذاب میباشد. تولید این منابع وابسته به شرایط جوی بوده و نوسانی و منقطع در این رابطه استفاده از سیستمهای ذخیره ساز جهت مسطح کردن نوسانات تولید و بار در کنار این منابع بسیار مرسوم میباشد. در موارد دیگر از ترکیب دیزل ژنراتورها با این منابع در حضور سیستمهای ذخیره ساز استفاده میشود. این پایان نامه در مرحلهی اول قابلیت اطمینان چنین سیستمهایی را با در نظر گرفتن مدل دقیق ذخیره سازها و سایر اجزای یک سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار میدهد. ارزیابی قابلیت اطمینان سیستمهای کوچک جدا از شبکه به بررسی کفایت این سیستمها در تأمین تمامی تقاضا محدود میشود. کفایت سیستم با تکنیک احتمالی بر اساس روشهای تحلیلی مورد ارزیابی قرار میگیرد. مهمترین عیب روش تحلیلی در ارزیابی کفایت سیستمهای بادی عدم بکارگیری تغییرات زمانی سرعت باد است که بر روی قابلیت اطمینان این سیستمها تأثیر بسزایی دارد. بعلاوه با وجود سیستمهای ذخیره سازی چون باتریها مسئله پیچیدهتر شده و باید رفتارهای ارتباطی اجزای سیستم در زمان شبیه سازی گردند. بنابراین در ارزیابی شاخصهای قابلیت اطمینان از روش تحلیلی به همراه شبیه سازی سری زمانی سیستم استفاده شده است. در طی یک دورهی معین با شبیه سازی سری زمانی هر یک از اجزاء، توان و انرژی آنها در ارتباط با یکدیگر و در فاصله زمانیهای معین مشخص میگردند. در نظر گرفتن رفتارهای واقعی اجزای سیستم در دقت چنین مطالعاتی موثر میباشد. در روش سری زمانی میتوان رفتار دقیق اجزای سیستم بر اساس مدل سازی مناسب را در مطالعات وارد کرد. این مدلسازیها در مطالعات کفایت سیستم وارد شده و تأثیر اجزای مختلف سیستم بر ارزیابی شاخصهای کفایت سیستم بررسی میگردد. در این مطالعات شاخص مقدار انتظاری کمبود تولید در قالب سناریوهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج با هم مقایسه میگردند. عموماً هزینهی اولیهی احداث سایتهای تولیدی تجدید پذیر نسبت به واحدهای مرسوم تولیدی بیشتر میباشد. لذا انتخاب ظرفیت مناسب و بهینهی اینگونه سایتها حائز اهمیت میباشد. به عبارت دیگر این سایتها علاوه بر دارا بودن کفایت مناسب در تأمین انرژی بار، باید به لحاظ اقتصادی نیز به صرفه باشند. تعیین ظرفیت بهینهی سیستم در ارزیابیهای اقتصادی بر طبق استراتژی مدیریت توان انجام میگیرد. در حل تعیین ظرفیت بهینهی هر یک از اجزای سیستم، به واسطهی گستره و ابعاد مسئله، از الگوریتم تصادفی ژنتیک استفاده شده است. اطلاعات و مشخصات فنی و اقتصادی مربوط به اجزا بر اساس کاتالوگ کارخانهی سازنده و نتایج تستهای آزمایشگاهی صورت گرفته، جمع آوری شده است. در این رابطه نیز نتایج سناریوهای مختلف نشان داده شده و مقایسه میگردند. کلمات کلیدی: 1- منابع تجدید پذیر 2-سیستمهای ذخیره ساز 3-کفایت سیستم 4- تعیین ظرفیت بهینه