شبیه‌سازی نیروگاه ترکیبی خورشیدی- بادی متصل به شبکه به منظور کاهش گاز دی اکسید کربن و اثرات مخرب زیست محیطی گاز‌های گلخانه‌ای در مدار30 درجه شمالی
الموضوعات :امیرعلی قهرمانی 1 , سامان تشکر 2
1 - کارشناسی ارشد مهندسی انرژی های تجدیدپذیر، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران.
2 - استادیار گروه مهندسی انرژی تجدید پذیر،دانشگاه آزاد اسلامی ، واحد شیراز ، ایران
الکلمات المفتاحية: پی‌وی‌سیست, نرم‌افزار ترنسیس, سم, سیستم ترکیبی خورشیدی – بادی, کاهش ردپای کربن,
ملخص المقالة :
مقدمه: انرژی تجدیدپذیر یکی از مؤلفه‌های حیاتی در کاهش انتشار کربن و کاهش تغییرات آب و هوایی است. استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، بادی، آبی، زیستی و زمین‌گرمایی، انرژی را بدون اثرات گرمایشی فراهم می‌کند. در این پژوهش میزان بهره‌وری نیروگاه ترکیبی بر روی مدار 30 درجه شمالی، با شبیه‌سازی تولید انرژی در قالب سه طرح تولید توان به میزان 7 مگاوات ساعت نامی از نیروگاه ترکیبی خورشیدی – بادی در چهار شهر قاهره، هیوستن، چونگ کینگ، شیراز واقع بر مدار 30 درجه شمالی و با کمک نرم‌افزار‌های پی‌وی‌سیست، سم و ترنسیس مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش‌ها: با شبیه‌سازی و آنالیز سه طرح پیشنهادی ذیل در هر شهر و مقایسه آن‌ها، می‌توان به کارآمدترین محدوده نسبت توزیع توان نیروگاه ترکیبی خورشیدی–بادی رسید. طرح اول) 25% توان کل نیروگاه از انرژی خورشیدی و 75% توان کل نیروگاه از انرژی باد است. طرح‌دوم) 50% توان کل نیروگاه از انرژی خورشیدی و 50% توان کل نیروگاه از انرژی باد است. طرح‌سوم) 75% توان کل نیروگاه از انرژی خورشیدی و 25% توان کل نیروگاه از انرژی باد است. با بررسی میزان انرژی سالانه تزریق شده به شبکه میزان و تأثیر استفاده از منابع تجدیدپذیر در کاهش تولید گاز کربن بررسی و محاسبه می‌گردد. نتایج و بحث: نیروگاه ترکیبی علاوه بر تأمین انرژی، منجر به افزایش ضریب اطمینان و حفظ منابع غیر تجدیدپذیر و کاهش گاز‌های گلخانه‌ای خواهد گردید. هر سه نرم‌افزار قابلیت مناسبی در شبیه‌سازی و آنالیز نیروگاه ترکیبی داشتند و نتایج همخوانی مناسبی دارند. نتیجه‌گیری: طرح اولیه صورت تقریبی 30% بیشتر از طرح دوم و 85% بیشتر از طرح سوم بازدهی تولید انرژی دارد. شیراز با تولید 48466 مگاوات در سال کاهش انتشار دی‌اکسید کربن به میزان 408/23651 تن، قاهره با تولید 45799 مگاوات در سال کاهش انتشار دی‌اکسید کربن به میزان 45/25189 تن، هیوستن با تولید 40979 مگاوات در سال کاهش انتشار دی‌اکسید کربن به میزان 209/15203 تن را دارا می‌باشد.
1- Ritchie H, Roser M, Rosado P. Renewable energy solar and wind data. Available at: https://ourworldindata.org/renewable-energy (2022)
2- Jha AR. Solar cell technology and applications. CRC press; 2009 Oct 14. doi:10.1201/9781420081787
3- Manwell JF, McGowan JG, Rogers AL. Wind energy explained: theory, design and application. John Wiley & Sons; 2010 Sep 14. doi:10.1002/9781119994367
4- Manwell JF. Hybrid energy systems. Encyclopedia of energy. 2004 Jan 1;3(2004):215-229. doi:10.1016/b0-12-176480-x/00360-0
5- Upadhyay S, Sharma MP. A review on configurations, control and sizing methodologies of hybrid energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014 Oct 1;38:47-63. doi:10.1016/j.rser.2014.05.057
6- Mansouri E, Pirsalami M, Nasiri N, Farrizi M, Hashemizadeh M, Alihosseini H. Optimum tilt angle for fixed-array solar panels at a constant latitude of 29 to receive the maximum sunlight. Bull. Env. Pharmacol. Life Sci.[Spl. Issue 1]. 2016;26:30-9. doi-ds:doilink/05.2016-13212626/
7- Khare V, Nema S, Baredar P. Solar–wind hybrid renewable energy system: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016 May 1;58:23-33. Doi:10.1016/j.rser.2015.12.223
8- Maleki A, Rosen MA, Pourfayaz F. Optimal operation of a grid-connected hybrid renewable energy system for residential applications. Sustainability. 2017 Jul 27;9(8):1314. doi:10.3390/su9081314
9- Al-Ajmi MS, Mustapha F, Yunus NA, Halin IA. A true hybrid solar wind turbine electric generator system for smaller hybrid renewable energy power plants. InMATEC Web of Conferences 2018 (Vol. 215, p. 01015). EDP Sciences. doi:10.1051/matecconf/201821501015
10- Mehrjerdi H. Modeling, integration, and optimal selection of the turbine technology in the hybrid wind-photovoltaic renewable energy system design. Energy Conversion and Management. 2020 Feb 1;205:112350. doi:10.1016/j.enconman.2019.112350
11- Roy P, He J. Grid-connected hybrid wind-solar farm hourly dispatching with battery and supercapacitor energy storage. InIECON 2020 The 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society 2020 Oct 18 (pp. 1831-1836). IEEE. doi:10.1109/iecon43393.2020.9255381
12- Liu L, Xu J. Multi-objective generation scheduling towards grid-connected hydro–solar–wind power system based the coordination of economy, management, society, environment: A case study from China. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022 Nov 1;142:108210. doi:10.1016/j.ijepes.2022.108210
13- Farghali M, Osman AI, Chen Z, Abdelhaleem A, Ihara I, Mohamed IM, Yap PS, Rooney DW. Social, environmental, and economic consequences of integrating renewable energies in the electricity sector: a review. Environmental Chemistry Letters. 2023 Jun;21(3):1381-418. doi.org:10.1007/s10311-023-01587-1
14- Badger J, Bauwens I, Casso P, Davis N, Hahmann A, Bo Krohn Hansen S, Ohrbeck Hansen B, Heathfield D, James Knight O, Lacave O, Lizcano G, Bosch i Mas A, Gylling Mortensen N, Tobias Olsen B, Onninen M, Potter Van Loon A, Volker P. Wind data, Wind speed, Wind power density, Roughness legth. Available at: https://globalwindatlas.info (2023)
15- N1 solar panel datasheet. Available at: https://www.lg.com/us/solar/solar/files/resources/LG_Solar_2021ProductCatalog_Digital_09092021.pdf(2021)
16- Sunny central 800CP-JP 800KW datasheet. Available at: https://www.sma.de/en/products/solarinverers. (2021)
17- Wind turbine 1.5 Xle dataseet. Available at: https://www.ge.com(2020)
18- Sam software used in simulation. Available at: https://sam.nrel.gov(2023)
19- PVsys software used in simulation. Available at: https://www.pvsyst.com(2023)
20- TRNSYS¬¬ software¬¬ used in simulation. Available at: http://www.trnsys.com (2023)
21- Emissions intensity from electricity generation in Iran in grams of carbon dioxide equivalent per kilowatt-hour. Available at: https://www.statista.com/statistics/1302592/iran-emissions-intensity-from-electricity-generation/ (2020)
22- Emissions intensity from electricity generation in Egypt in grams of carbon dioxide equivalent per kilowatt-hour. Available at: https://www.iea.org/reports/energy-climate-change-and-environment-2016-insights (2016)
23- Emissions intensity from electricity generation in China in grams of carbon dioxide equivalent per kilowatt-hour. Available at: https://www.statista.com/statistics/1300419/power-generation-emission-intensity-china/ (2022)
24- Emissions intensity from electricity generation in USA in grams of carbon dioxide equivalent per kilowatt-hour. Available at: https://css.umich.edu/publications/factsheets/sustainability-indicators/carbon-footprint-factsheet (2022)
