بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مطالعه امکان سنجی فنی و اقتصادی سیستم ابتکاری تولید انرژی تجدید پذیر ترکیبی باد خورشیدی با قابلیت جمع آوری آب باران برای تولید انرژی الکتریکی ارائه شده است. بخشی از انرژی مورد نیاز ساختمان های بلند که در آن این سیستم نصب شده است را تامین می کند. سیستم یکپارچه و بهینه سازی فن آوری های متعددی از جمله توربین بادی شهری ماژول سلول های خورشیدی و جمع آوری آب باران در آن وجود دارد..طراحی براساس تجارب به دست آمده درطول توسعه و تست توربین بادی مناسب برای برنامه های کاربردی شمال ایران است. این سیستم جمع و جور است و می تواند در بالای ساختمان های بلند ساخته شده و انرژی تجدیدپذیر خواسته شده ساختمان را در مکان فراهم کند. غلبه برجنبه های باد سرعت کم توسط هدایت و افزایش سرعت آزاد در ارتفاع زیاد جریان باد را از طریق تقویت قدرت - PAGV - قبل از اینکه وارد توربین بادی در بخش مرکز شود انجام می دهد.
شکل و ظاهرPAGV که اطراف توربین بادی است را می توان با معماری ساختمان و بدون تاثیر منفی دیداری ترکیب کرد. - بخشی از ساختمان می شود - . این طراحی شروع رفتار توربین های بادی را بهبود می بخشد. همچنین برای مردم در اطراف امن تر است و آلودگی صوتی را کاهش می دهد. تجزیه æ تحلیل فنی و اقتصادی با استفاده از روش هزینه چرخه عمر انجام شده است. - LCC - روش LCC با در نظر گرفتن طیف کاملی از هزینه ها و پول نقد، معادله هزینه در جریان زمان را می سازد. ارزیابی های نشان می دهد که برای یک سیستم PAVG - با قطر 30 متر æ ارتفاع 14 متر - وتوربین بادی رتور عمودی -Hمحور - قطر17 متر و ارتفاع 9 متر - نصب شده بر روی بالای ساختمان با60 متر ارتفاع، برآورد صرفه جویی انرژی سالیانه.195.2MWh/year است.
واژههای کلیدی: سلول های خورشیدی، توربین بادی، آب باران، PAGV
-1 مقدمه
منابع انرژی جایگزین مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی بخش های دولتی و خصوصی را علاقه مند به سرمایه گذاری در تولید انرژی ازاین منابع گسترده می کند. اشکالات مشترک انرژی باد و انرژی خورشیدی طبیعت غیرقابل پیش بینی بودن آنها است، آنها به تغییرات آب و هوا متکی هستند .با این حال ،روابط مکمل روزانه و فصلی بین انرژی باد و انرژی خورشیدی وجود دارد. علاوه بر این، توانایی قدرت خروجی پایدار ازطریق سیستم قدرت ترکیبی انتظار می رود. بنابراین، مشکلات را می توان تا حدی با ادغام دو یا منابع بیشتر ترکیبی مناسب به صورت یک سیستم ترکیبی، با
استفاده از غلبه نقاط قوت از یک منبع برای غلبه بر نقاط ضعف دیگر برطرف کرد.
برای مکان های خاص، سیستم تولید برق ترکیبی باد خورشیدی با بانک های ذخیره سازی بسیار قابل اعتماد منابع قدرت مناسب برای بارهای الکتریکی را که نیاز به قابلیت اطمینان بالاتر دارند را ارائه می دهند. به منظور ترکیب و بهینه سازی این انرژی، روش های فنی و اقتصادی مختلف برای رسیدن به اعداد قابل اعتماد برای سیستم انرژی ترکیبی تجدید پذیر بکار می رود.در حال حاضر، برق در نیروگاه های برق تولید شده است و انتقال به مناطق شهری انجام می شود. با این حال، در بسیاری از موارد در کشوردر حال توسعه، توسعه شبکه ، به دلیل جمعیت پراکنده، زمین ناهموار و یا هر دوآنها غیر عملی است. بنابراین، این نشان میدهد که سیستم های انرژی تجدید پذیر در محل نقش مهمی برای کاستن از شکاف برق در مناطق روستایی کشورهای در حال توسعه، که در آن پیشرفت درگسترش شبکه کندتر از رشد جمعیت است را دارد. مفهوم تولید انرژی تجدید پذیر در محل این است که برای استخراج انرژی ازمنابع تجدید پذیر نزدیک به منطقه پرجمعیت که در آن انرژی مورد نیاز است استفاده شود.
در این مقاله پیشنهاد طراحی جدید و امکان پذیر سیستم انرژی های تجدید شونده ترکیبی باد خورشیدی مطرح است.این سیستم کم حجم است و می تواند در بالای ساختمان های بلند به منظور فراهم نمودن سایت برق ساختمان یا تغذیه خط شبکه برق ملی ساخته شود. در این مقاله، ویژگی های فنی و اقتصادی ثبت شده سیستم انرژی ترکیبی باد خورشیدی بررسی شده است. تجزیه و تحلیل اقتصادی با استفاده از هزینه چرخه عمر روش - LCC - برای محاسبه انجام می شود. کل چرخه زندگی، هزینه های از قبیل ارزش خالص حال و مدت بازگشت از هر دو سرمایه و عامل هزینه در طول عمر سیستم. تجزیه و تحلیل کامل LCC از نظر نرخ تنزیل، نرخ بهره، بهره برداری و هزینه های نگهداری، ارزش کنونی پول، و غیره. چالش ها در استفاده از LCC عبارتند از فقر در دسترس بودن داده ها، تغییرات اقتصادی نامنظم ، عدم قطعیت در مورد نرخ تنزیل، عمر دارایی ها، و برآورد عامل آینده و هزینه های نگهداری تولید این انرژی پاک، قطعا کمک خواهد کردبه کاهش انتشار گازهای گلخانه ای که باعث اثرات قابل توجه در تغییرات جهانی آب و هوا هستند. هزینه های نا مشهود مربوط به اثرات زیست محیطی از جمله انتشار گازهای گلخانه ای در این مقاله حذف شده است، هر چند بسیار مهم است.
-2 پیکربندی موجود سیستم های انرژی بادو انرژی خورشید
علاوه بر سیستم های انرژی باد خورشیدی هیبریدی، سایر منابع جایگزین برای یک سیستم هیبریدی با تنظیمات مختلف ترکیب شده،مانند دیزل خورشیدی، دیزل باد، دیزل باد خورشیدی ودیزل خورشیدی سلول سوختی آبی وجود دارند. مانند تمام منابع انرژی جایگزین، انرژی بادی و انرژی خورشیدی از لحاظ هزینه سرمایه اولیه گران هستند، اما از نظر هزینه های عملیاتی نسبتا ارزان هستند. کار فنی اصلی در سیستم باد خورشیدی مستقل برای به دست آوردن اندازه مطلوب و تنظیمات برای سیستم و یک منبع بهینه سازی حجم سیستم PV/Wind هیبرید تبدیل انرژی با ذخیره سازی باتری تحت شرایط بار مختلف در ترکیه انجام شد. روش جدید در بهینه سازی اندازه سیستم ترکیبی انرژی باد خورشیدی با بانک باتری یکپارچه توسعه یافته و شرایط اقتصادی مورد تجزیه و تحلیل قراردارد.علاوه بر این ، مقایسه اقتصادی بین دو مورد مستقل سیستم انرژی باد خورشیدی هیبریدی و شبکه اتصال تامین برق است.
نتایج این تحقیق نشان می دهد که اگر سیستم انرژی ترکیبی نصب شده در فاصله بیش از4671 متر مقرون به صرفه تر نسبت به کابل کشی از برق شبکه است. طراحی مطلوب سیستم های ترکیبی باد خورشیدی با به کارگیری بانک باتری ها را مورد مطالعه قراردادند.بیشتر مطالعات تجزیه وتحلیل آنها تنظیمات پیشنهادی آنهادر شرایط مختلف هواشناسی است. علاوه بر این، پیشنهاد کاهش هزینه æ خطر از سیستم انرژی ترکیبی تجدید پذیر توسط ترکیب یک منبع انرژی سوم - منبع کمکی از قبیل برق شبکه - به جای افزایش اندازه سخت افزارداده شد.
Bakos و Tsagas یک مطالعه امکان سنجی فنی و اقتصادی بر روی یک شبکه سیستم انرژی خورشیدی متصل به شبکه ارائه دادند.بر اساس روش مورد استفاده، ویژگی های فنی سیستم تعریف شده است. سپس ، بر اساس داده های هواشناسی از تابش خورشید، انرژی استخراجی محاسبه شد. در نهایت ،هزینه و مدت بازگشت از تولید انرژی از سیستم های مختلف و سناریوهای مالی در مقایسه باقیمت برق معمولی شبکه محاسبه شد. برای همه موقعیت های اقتصادی ، در سیستم خورشیدی ، برای پیاده سازیاین پروژه در مقیاس تجاریسرمایه اولیه گران قیمت و بازدهی طولانی تعیین شد. به جز برای بعضی از مناطق جدا شده - به عنوان مثال جزیره - که در آن هزینه های تولید انرژی و یااتصال شبکه برق بالااست ، یا مصرف کنندگان متصل به شبکه مرکزی که تمایلی به خرید یک سیستم خورشیدی برای تولید انرژی خود رامطالبه می کنند.
در یک تحقیق بیشتر، Bakos و Tsagas کار کرده اندبر روی یک سیستم هیبرید باد خورشیدی و استفاده از یک روش مشابه وارزیابی آن.سیستم توسعه یافته است به صورت موازی با شبکه ملیبرق و برای تامین برق محل سکونت به نوعی مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس تجزیه æ تحلیل اقتصادی، مشخص شد که مدت زمان تا رسیدن سیستم با گردش مالی مثبت بسیار کمتر از یک سیستم واحد انرژی خورشیدی است. بنابراین ، استفاده از انرژی کمکی منبع ساخته شده این سیستم, رقابتی در مقایسه با سیستم مستقل است. با این حال ، برخی از یارانه های دولتی برای کمک به کاهش جریان نقدی منفی و دوره بازپرداخت به منظور تشویق سرمایه گذاران خصوصی برای حرکت به سمت سرمایه گذاری های بزرگتردرسیستم های انرژی تجدید پذیر است.
ترین کاستیارزیابی های یک سیستم انرژی باد خورشیدی هیبریدی که بررسی نشان می دهد به شرح زیر است:
.1بسیاری از تحقیقات در ساختمان سیستم های انرژی باد در مقیاس کوچک انجام شده است. هنوزتوجه کافی به سیستم انرژی بادی با مقیاس بزرگ برای استفاده در مناطق شهری نشده است.
.2 در بسیاری از مناطق مشکل اصلی پتانسیل کم باد با سرعت پایین برای درخواست سیستم انرژی بادی است. افزایش عملکرد توربین بادی می تواند برای کاهش این مشکل کمک کند.
.3 شرایط مالی برای تنظیمات پیشنهادی برای سیستم های انرژی خورشیدی یا بادی یک مشکل جدی است. ترکیب جدید وربین بادی و پانل های خورشیدی با انرژی اضافی کارآمدویژگی مورد نیاز به منظور کاهش LCC سیستم ترکیبی است. امروزه، به ندرت در شهرهای بزرگ فن آوری ساختمان با توربین بادی یکپارچه در مقیاس بزرگ دیده می شود. سر و صدا و ارتعاش توربین های بادی یکپارچه از جمله بزرگترین موانع برای ورودآنها به ساختمان است. مرکز تجارت جهانی بحرین - BWTC - اولین مجتمع ساخته شده از توربین های بادی در مقیاس بزرگ در یک ساختمان است. ساختمان متشکل از دو برج - 20 طبقه دفتر به شکل بادبانتوربین های بادی با محور افقی که مخروطی به ارتفاع 60 متر و سه قطر 29 متر ،و 225کیلو وات. با این حال ، با داشتن چنین توربین بزرگ نگرانی ها در مورد اشغال فضا وافزایش سر و صدا ولرزش وجود دارد.
-3 حاشیه توضیحات طراحی سیستم
اولین مفاهیم مدرن برای ادغام انرژی باد به ساختمان در s1930 و s1940 در آلمان معرفی شدند. هرمانHonnef، یک مهندس آلمانی ، برخی از مشتاقان مباحث مربوط به قدرت بادرا تحریک کرد و پیشنهاد ساخت برج غول پیکرباد چند روتور قدرت ، تولید به حد60000 کیلو واتقدرت راارائه کرد..در طراحی چونگ و همکارانش. برای یکپارچه سازی سیستم انرژی باد خورشیدی هیبریدی در بالا ساختمان های بلند را با تاکید بیشتری بر تاثیر بصری ،ایمنی ، سر و صدا و آلودگی و بهبود در رفتار شروع توربین بادی در نظر گرفته شده است.این طرح ثبت غلبه بر جنبه های تحتانی سرعت کم باد توسط هدایت - برای به دست آوردن زاویه بهتر تیغه جریان توربین بادی - و افزایش سرعت باد در ارتفاع بالا از طریق .PAGVآرایش کلی از این سیستم در شکل 1-1 و 2-1 نشان داده شده است.
سیستم می تواند به شکل استوانه ای و یا هرشکل ، بسته بهمشخصات ساختمان معماری ،از جمله در شکل بیضی ، و غیره طراحی شود.توربین بادی در وسط سیستم ، [A] واقع شده استواحاطه شده توسط .PAGV نگرانی اصلی عمومی این طرح عیب تیغه است.شکل2 و 3 عقیده هنرمندانه ازسیستم ترکیبی باد خورشیدی با سیستم جمع آوری باران که در ساختمان های بلندمجهز شده است را توضیح می دهد. مردم در ساختمان متوجه وجود توربین بادی به دلیل اینکه سیستم در بالای ساختمان قرار داده شده است نمیشوندو نیز سایه سوسو زن توربین باد مشکلی نیست. به نظر می رسد این سیستم در مناطق شهری در مقایسه با توربین بادی معمولی - بدون محفظه - به سازگاری نصب می شودو پروانه ساختمان برای آن یک مشکل نیست. PAGV متشکل از مجرای فوقانی دیوار [ D] مجرای پایین دیواره [E]و پره راهنما [B]است.PAGV برای ثابت کردن یا انحراف از مسیر با کمک یک سکان ، [C] و یا سنسورهای فشار و سروو موتور ،به صورت جریان باد جلورونده طراحی شده است.PAGV بادجریان شعاعی از یک ناحیه بزرگتررا جمع آوری کرده و اثر ونتری را برای بالا بردن سرعت قبل از ورود به توربین بادی راایجاد می کند.توربین بادی می تواند به هرشکل موجود محور عمودی یا افقی یا ترکیب آنها طراحی شود. محور چرخشPAGV مشترک باژنراتوراست.
مرکزشفت درایو از VAWT با ژنراتور ، [I] از طریق همراهشافت انتقال قدرت و سیستم درایو مکانیکی ، [H]مانند سیستم دنده است . PAGV شامل پره با اندازه متغیریا شکلهای با ضخامت ثابت یامتغیر ، که درموقعیت اطراف توربین قراردارند است.دیواره مجرای فوقانی و تحتانی زاویه تمایل ، از سطح افقی را دارند.سطح خارجی دیواره فوقانی PAGV پایه ای برای قرار دادن صفحات خورشیدی ، [F] و یا سیستم های خورشیدی متمرکز فراهم می کند آب باران از طریق ، [G] در وسط جریاناز سیستم عبور می کند و در محفظه ذخیره سازی آب ذخیره می شود ،[K] در نتیجه باعث کاهش قدرت الکتریکی مورد نیازبرای پمپ کردن آب به سطوح فوقانی ساختمان می شود..
یک شبکه آب بارانیا فیلتر ، [N] مانع جریان اشیاء خارجی به داخل محل عبورکه می تواند باعث انسداد عبور شود ،میشود. مش ، [M]نصب شده در سمت ورودی PAGV برای جلوگیری ورود اشیاء خارجی برای ضربه زدن بهVAWT ، مانند ضربه پرنده است. قدرت تولید شده ازتوربین بادی و پانل های خورشیدی در بانک باتری ذخیره می شود ، [J] یاشبکه خط برق را تغذیه می کند. لایه های عایق حرارتی ،[L] برای جلوگیری از انتقال حرارتبه قسمت داخلی ساختمان در پایین سیستم تعبیه شده است.
از VAWT که با HAWTs که به صورت مجتمع هستندودر مرکز تجارت جهانی بحرین استفاده شده است در این سیستم تا به حال نگرانی های ناشی از سر و صدا و ارتعاش تولید شده آن روبرو نشده ایم.. VAWT بسیار پایین ترازسطح سر و صدا و ارتعاش در مقایسه با HAWTرا تولید می کند. زیراچسبیدن تیغه های آن بعیدوکشیدن آن کمتر اعمال می شود. علاوه بر این ،از آنجاکه VAWT توسط PAGV احاطه شده ، سر و صدابه حداقل میرسد. اندازه بزرگتری از توربین بادی ممکن است قادر بهتولید یک مقدار بالاتر از قدرت باشد ، اما زمانی که سرعت باد کم است ، توربین ، بسیار پایین تر از قدرت نامی کار می کند. برای این کارسیستم PAGV اندازه کوچکتر VAWT - در داخل - PAGVبه چرخش نزدیک به قدرت امتیاز آن کمک می کند، حتی اگر سرعت بادکم باشد. در بالا ی آن از توربین بادی ، به اندازه کوچکتر کهمحصور در PAGV است سر و صدا و ارتعاش کمتری دارد.علاوه بر تمام ویژگی های ذکر شده ، سیستم با
