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
محورهای موضوعی : انرژی و محیط زیستامیرعلی 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
کلید واژه: پی‌وی‌سیست, نرم‌افزار ترنسیس, سم, سیستم ترکیبی خورشیدی – بادی, کاهش ردپای کربن,
چکیده مقاله :
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.
Introduction: Renewable energy is one of the vital components in reducing carbon emissions and mitigating climate change. The use of renewable energy sources such as solar, wind, hydro, biomass, and geothermal provides energy without greenhouse gas effects on the planet. This study examines the efficiency solar-wind hybrid power plant on the 30th parallel north was studied by simulating energy production in the form of three power generation designs with a nominal capacity of 7 MWh from the solar-wind hybrid power plant in four cities of Cairo, Houston, Chongqing, and Shiraz. The study was conducted using PVsyst, SAM, and Transys software. Materials and Methods: By simulating and analyzing the following three proposed plans in each city and comparing them, it is possible to reach the most efficient range of the power distribution ratio of the combined solar-wind power plant. First plan) 25% of the total power of the power plant is from solar energy and 75% of the total power of the power plant is from wind energy. Second plan) 50% of the total power of the power plant is from solar energy and 50% of the total power of the power plant is from wind energy. Third plan) 75% of the total power of the power plant is from solar energy and 25% of the total power of the power plant is from wind energy. By examining the amount of annual energy injected into the network, the amount and effect of using renewable resources in reducing carbon gas production is analyzed and calculated. Results and Discussion: In addition to providing energy, the combined power plant will increase the reliability factor and preserve non-renewable resources and reduce greenhouse gases. All three software can be used in power plant simulation and analysis and the results are in good agreement. Conclusion: The first design is approximately 30% more efficient than the second design and 85% more than the third design. Shiraz with the production of 48466 megawatts per year reduced carbon dioxide emissions by 23651.408 tons, in Cairo with the production of 45799 megawatts per year the carbon dioxide emissions decreased by 25189.45 tons, Houston with the production of 40979 megawatts per year reduced the carbon dioxide emissions by 15203.209 tons.
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)