Calculul Necesar de Putere Pentru Pentru Un Grup de Consumatori Izolati Folosind Aplicatia Homer

LUCRARE

DE DIPLOMĂ

"Calculul necesar de putere pentru un grup de consumatori izolați folosind aplicația Homer"

Cuprins

Introucere generală

Capitolul 1: Generalitați în legatură cu sistemele hibride

1.1 Introducere

1.2 Tipuri de sisteme hibride de energie (HPS)

1.3 Sisteme hibride cu energie regenerabilă pură

Capitolul 2 Prezentarea programului Homer

2.1 Introducere

Capitolul 4 Studiu de caz

4.1 Introducere

4.2 Locația aleasă

4.2.1 Resursele solare, eoliene și hidro

4.3 Componentele sistemului

4.3.1 Turbinele eoliene

4.3.2 Panourile fotovoltaice

4.3.3 Invertorul

4.3.5 Sistemul de stocaj

Capitolul 5 Rezultatele simulării

5.1 Arhitectura sistemului

5.2 Costul proiectulu

5.3 Producția de electricitate

5.3.1 Producția generată de fotovoltaice

5.3.2 Producția turbinei eoliene

5.3.3 Producția turbinei hidraulice

5.3.4 Sistemul de stocaj

5.3.5 Datele de ieșire ale invertorului

5.3.6 Emisiile

Capitolul 6 Concluzii

Bibliografie

Introducere generală

Utilizarea surselor regenerabile de energie nu este deloc nouă. Acestea sunt folosite de om încă din cele mai vechi timpuri. Exemple în acest sens sunt: morile de apă, vânt, cu tracțiune animală și navele cu pânză care au contribuit în mod semnificativ la dezvoltarea omenirii. De asemenea constituiau activități economică în sine, în special în zonele rurale, unde au fost la fel de importante și la fel de diverse ca și producția de alimente.

Dar în țările industrializate încă din secolul al XIX-lea, aceste tehnologii au fost treptat inlocuite de alte surse de energie care erau considerate la acel moment mai promițătoare.

Estimările recente au arătat că în prezent, aproape 2,2 miliarde de oameni nu au acces la electricitate asta inseamnă aproximativ o treime in populația planetei [Badea A., 2006], majoritatea acestor zone se află în țările puțin dezvoltate sau zone unde extinderea rețelei ar genera costuri mult prea ridicate.

Consumul de energie la nivel mondial este în continuă creștere. O mare parte din energia consumată provine din combustibili fosili (petrol, gaze naturale, cărbune, etc …). Însă utilizarea pe scară largă a acestor combustibili poate duce în primul rând la epuizarea acestor rezerve și în al doilea rând amenințare reală a mediului. Această amenințare se manifestă în principal prin poluare cu diverse noxe și ca efect general încălzirea globala a Pământului datorat efectului de seră.

Luând în calcul toate acestea: poluarea aerului, încălzirea globală, riscurile nucleare și epuizarea resurselor putem spune că este neapărat nevoie de o strategie pe termen mediu și lung pentru a proteja mediu și pentru a găsi alte alternative de energie.

Aceste alternative de energie le pot constitui sursele de energie regenerabilă cum ar fi energia solară directă sau indirectă, energia eoliană, energia hidraulică etc.

Situația geografică a României sprijină dezvoltarea mai multor tipuri de energii verzi printre care putem enumera :

Energia solară;

Energia eoliană;

Energia hidraulică;

Biomasa.

Figura 0.1 Potențialul României în domeniul producerii de energie verde

[Grigore, 2006]

Utilizarea surselor regenerabile de energie induce conceptul de stocare a energiei electrice din cauza disponibilității intermitente a unor astfel de resurse. Stocarea energiei electrice are aplicații în special pentru sistemele care nu sunt conectate la rețea în special site-uri izolate geografic și care au conectae cel puțin o sursă de energie regenerabilă.

Rolul unui sistem hibrid (eolian-fotovoltaic-hidro), este generarea de energie electrică fără întrerupere în zone izolate. Scopul nu este numai de a produce energie electrică, ci și un instrument de dezvoltare economică și socială a zonelor rurale. Numărul de kilowați-oră produși pot părea nesemnificativi la capacitatea de generare a energiei electrice din țara noastră, dar acești câțiva zeci sau sute de kilowați-oră pot revigora o comunitate rurală.

Dimensionareaa unui sistem hibrid de generare a energiei eolian-fotovoltaic-hidro neconecatat la rețea cu sistem de stocare pe bază de baterii plumb-acid se face pe baza încărcării și pe baza componentelor sistemului.

Tipul de stocare folosit în general pentru aceste sisteme sunt reprezentae de bateriile de plumb, principalul motiv fiind costul scăzut Sisteme hibride de orice tip sunt potrivite pentru generarea distribuită de energie electrică și pot aduce înbunătățiri la sistemele de stocaj.

Sistemul de producere a energiei electrice selectat pentru studiul nostru este sistemul hibrid eolian – fotovoltaic-hidro

Scopul acestei lucrări este de a proiecta uun sistem hibrid eolian-fotovoltaic-hidro cu costuri minime printr-o dimensionare optima atât din punct de vedere economic cât și tehnic.

Capitolul 1: Generalitați în legatură cu sistemele hibride.

Introducere

Energie solară, eoliană și hidraulică sunt resurse intermitente și se pot utiliza aceste resurse pentru a crea un sistem off-grid sustenabil. Singure sistemele eoliene sau fotovoltaice necesita o cantitate mare de acumulatori foarte scumpe și care, în general, trebuie să fie înlocuite înainte de sfârșitul duratei de viață. Instalarea de sisteme fotovoltaice sau eoliene singure mai duce deseori la supradimensionarea acestora și împlicit la costuri suplimentare.

În general o singură instalație fotovoltaică nu este profitabilă în România datorat în general de condițiile climatice. Aceste condiții depind în mare măsură de alegerea locului de amplasarea. Cu toate acestea, performanța energetică a panourilor depinde foarte mult și de tehnologia utilizată. Unele tehnologii captează mai bine lumina difuză (celulele de siliciu amorf, celule Grätzel) spre deosebire de tehnologiile cristaline care sunt foarte sensibile la unghiul de incidență a razelor de lumină.

Multe țări inclusiv Germania și Japonia utilizează celule fotovoltaice pentru satisface o parte din nevoile lor de energie fiind lideri în acest domeniu.Deși aportul de energie este redus pe perioada iarnii, ​în perioada varii producția de energie este satisfăcătoare datorită zilelor lungi.

Prin urmare, este interesant de a combina această sursă de energie cu energia eoliană care oferă o contribuție semnificativă în timpul iernii, deoarece statistic iarna vânturile sunt mai importante. Deci, în funcție de site combinație de două surse de energie intermitente, mai ales combinația solar și eolian, care sunt energiile complementare reduce perioada în care sistemul nu produce energie și reduce cantitatea de baterii pentru sistemul nostru.

Adăugarea unei a treia surse de energie anume energia hidraulică presupune imbunătățirea și mai mult al sistemului dacă ținem cont că precipitațiile sunt mai importante primăvara și toamna.

Dacă sistemul este off-grid hibrid economiile sunt din cauza reducerii numărului de baterii necesare sau ca urmare a reducerii numărului de turbine eoliene sau panouri fotovoltaice necesare.

În plus, sistemele autonome pot fi justificate și din cauza costurilor ridicate de conectare la rețeaua electrică, când costurile de întreținere a rețelei ar fi prea mari sau în cazul în care conexiunea nu este pur și simplu posibilă sau nu se dorește. Sisteme hibride ofera o alternativa bună pentru sistemele care folosesc generatoare diesel folosite în general în zone izolate.

Numărul de proiectele privind sistemele hibrid off-grid au crescut foarte mult. Zonele unde au apărut sunt în Africa – Algeria (Himri, Boudghene Stambouli Draoui, si Himri, 2008), Asia – China (Hongxing Wei, si Chengzhi, 2008), Australia (Dalton, Lockington, si Baldock, 2008) și Europa – Grecia (Kaldellis, Kavadias, si Koronakis, 2007) (Badea A., 2006).

De asemenea, au fost dezvoltate numeroase programe pentru modelarea și dimensionarea sistemelor de energie regenerabilă. Cu toate acestea, există foarte puține studii care analizează sistemele hibride off-grid în Europa de est și chiar mai puține pentru România.

1.2 Tipuri de sisteme hibride de energie (HPS)

Generatoarele diesel, turbinele eoliene de mici dimensiuni și sistemele fotovoltaice sunt cele trei tehnologii de bază ale sistemelor hibride și pot fi folosite în combinații de două câte două sau chiar toate trei în același sistem. Un HPS cu două surse de energie se numește sistem bivalent, iar un sistem cu mai multe surse se numește multivalent . În general centralele energetice de mici dimensiuni alimentate cu biomasă (până la 5MW), centralele mici hidroenergetice și celulele de combustie au fost utilizate, sau se așteaptă să fie utilizate în viitor împreună cu celule fotovoltaice sau/și cu turbine eoliene, pentru a produce un sistem hibrid.

Sisteme hibride cu energie regenerabilă pură

Un sistem energetic hibrid uzual folosind energie regenerabilă este alcătuit din surse solare, eoliene și hidro. Principiul unui astfel de sistem hibrid în buclă deschisă este prezentat în Figura 2. Energia produsă de generatoarele eoliene și hidro este de tensiune alternativă care poate fi transformată in curent continuu pentru a putea încărca bateriile. Controllerul protejează bateriile să nu se supraîncarce sau să se descarce complet. Cum tensiunea alternativă de valoare înaltă este folosită pentru a reduce pierderile sistemului, se introduce un invertor pentru a transforma tensiunea continuă de valoare mică spre o tensiune de 110V sau 230V, în funcție de sistemul din acea regiune.

Figura 1.1 Prezentarea schematică a unui sistem hibrid regenerabil conținând surse eoliene, solare și hidro.

Aplicațiile în care se folosesc de obicei sunt în zonele izolate sau greu de accesat în care folosirea unor generatoare diesel e mai scump deoarece costul aducerii combustibilului ar fi mare. Aceste zone (exemplu: stații de retransmisie în telecomunicații) folosesc sarcinii continue. Aceste sistem tind să fie scumpe deoarece necesită o supradimensionare a generatoarelor de energie regenerabilă și a dispozitivelor de acumulare.

Capitolul 2 Prezentarea programului Homer

2.1 Introducere

Prima versiune a software-ului Homer a fost dezvoltat în 1992 de NREL (US National Laboratory), el a suferit apoi mai multe îmbunătățiri în peste 40 de versiuni noi.
Versiunea folosită pentru acest proiect este HOMER 2.68 versiune beta dîn iulie 2009. De atunci, au existat două noi versiuni disponibile 2.75 și 2.76, care sunt acum vândute la un cost scăzut de 99$ pentru utilizatorii noi și pentru 49$ pentru utilizatorii mai vechi. Acest software este utilizat pe scară largă în peste 190 de țări și mai mult de 40.000 utilizatori. Cei mai mulți dintre acești utilizatori sunt în SUA, Europa și Australia.

2.2 Principalele caracteristici

În primul rând, acest software permite a face simulări pentru optimizarea sistemelor și apoi în cele din urmă să realizeze analize de sensibilitate pentru sistemele optimizate. Soluția obținută de Homer este cel mai puțin costisitoare între diferitele combinații de sisteme de energie regenerabilă, combustibilii fosili sau sisteme hibride care conțin soluție de două sau mai multe surse de energie. În Figura este conceptul programului Homer

Figura 2.1 Modelul conceptual de Homer

Software-ul permite simularea unui sistem hibrid (solară, eoliană, diesel, etc.) În funcție de cererea de energie (necesarul de energie). Ulterior, este posibil să se analizeze mai multe configurații diferite pentru același sistem pentru a obține un cost optimizat la nivel de sistem. Software-ul simulează configurațiile necesare și oferă cea mai bună soluție.

În cele din urmă se poate face analiza sensibilității pentru a determina dacă soluția găsită este cea mai bună, chiar dacă există unele schimbări în diferiții parametri de intrare (variații în costul tehnologiei etc). Prin urmare, este posibil să se facă mai multe analize cu multe configurații diferite în câteva minunte de simulare.

Software-ul permite să facem simulări cu diferite sisteme de producere a energiei:

• panouri solare fotovoltaice;
• turbine eoliene;
• turbine r

Software-ul permite simularea unui sistem hibrid (solară, eoliană, diesel, etc.) În funcție de cererea de energie (necesarul de energie). Ulterior, este posibil să se analizeze mai multe configurații diferite pentru același sistem pentru a obține un cost optimizat la nivel de sistem. Software-ul simulează configurațiile necesare și oferă cea mai bună soluție.

În cele din urmă se poate face analiza sensibilității pentru a determina dacă soluția găsită este cea mai bună, chiar dacă există unele schimbări în diferiții parametri de intrare (variații în costul tehnologiei etc). Prin urmare, este posibil să se facă mai multe analize cu multe configurații diferite în câteva minunte de simulare.

Software-ul permite să facem simulări cu diferite sisteme de producere a energiei:

• panouri solare fotovoltaice;
• turbine eoliene;
• turbine hidraulice;
• biomasă;
• generatoare (diesel, benzina, biogaz, combustibili alternativi și de combustibil);
• rețea;
• microturbine;
• pile de combustibil;

Homer oferă de asemenea o gamă largă de dispozitive de stocare sau de recuperare a energiei:
• baterii;
• hidrogen.

Puteți introduce, de asemenea, diferite tipuri de consumuri:

• profile de consum zilnic cu variațiile sezoniere;
• consum pentru pomparea apei sau pentru răcire;
• sarcină termică;
• măsuri de eficiență energetică.

2.3 Interfete

Software-ul HOMER este ușor de utilizat. Putem considera că interfața HOMER are trei domenii majore, astfel cum se arată în figura 2.2: zona de definire a sistemului, resursele și rezultatele.

Fig2.2 Interfata fișier Homer

Prima zonă permite să alegeți echipamentul care va fi inclus în sistem pentru a fi modelat. Apoi se verifică elementele care urmează să fie utilizate în conformitate cu opțiunile prezentate în figura 2.3. Mai mult decât atât, în aceeași fereastră, este posibil să se aleagă pentru a modela rețeaua electrică, pentru a face comparația cu sistem off-grid sau pur și simplu conectat la rețea.

Figura 2.3 Interface HOMER – Facilitați pentru a adăuga componente

Odată selectat, diferitele echipamente apar în zona 1 definirea sistemului ca în Figura 2.4 și resurse pentru dispozitive selectate apar și ele în Zona 2 definiție resurse ca în Figura 2.5.

Figura 2.4 Echipament selectat -Interfata HOMER

Figura 2.5 Interfețe Homer – Resurse

2.4 Datele introduse

Pe scurt, datele care urmează să fie introduse sunt cele legate de zonele 1 și 2 ale programului HOMER. Acest date care se introduc sunt: consumul de energie, echipamente (panouri solare fotovoltaice, generatoare eoliene, invertor, baterii sau alte echipamente), și resursele , cum ar fi resurse solare și eoliene, precum și datele referitoare la combustibil utilizat de către generatorul Diesel în caz că acesta există.
În zona 2 mai există de asemenea, o serie de parametri economici, care pot fi modificați. Alte setări permit un sistem de control diferit (în special simularea de sisteme de stocaj și generatoare).

În cele din urmă, anumite constrângeri pot fi impuse cum ar fi un minimum de energie din surse regenerabile în sistem sau să accepte un anumit procent de deficit de energie. După ce toate secțiunile au fost completate ,puteți rula simularea, făcând clic pe pictograma "calculează".

Figura 2.6 Date necesare

Figura 2.7 Rezultatele simulării

În Figura 2.7 apar rezultatele simulării, cum ar fi rezumatul costurilor, fluxului de numerar, informații cu privire la energia electrică (producție, consum, excesul de energie, etc.) Detalii cu privire la echipamentele de producere a energiei (panouri, baterii, invertor), detalii cu privire la emisii și, în final, puteți vizualiza datele simulate pentru fiecare oră a anului.

2.5 Opțiunile posibile

Opțiunea cea mai interesantă este analiza de sensibilitate HOMER. Odată ce sistemele sunt optimizate aceste analize pot fi făcute.

Acesta trebuie să identifice mai întâi datele considerate sensibile mai puțin fiabile. Atunci este posibil să introduceți mai multe valori diferite pentru aceleași date pentru a verifica dacă a soluția optimă este cea mai bună în toate cazurile.

Acest tip de analiză este folosit pentru a verifica rezultatele obținute ținând cont de datele particulare. Datele supuse unei analize de sensibilitate sunt toate aceste acolade dîn HOMER încercuite în figura 2.9.

Date care pot fi făcute analize de sensibilitate sunt, practic, toate datele introduse în HOMER așa cum este indicat de săgețile din figura 2.8.

Figura 2.11 de date pentru analize de sensibilitate

Figura 2.9 Fereastra cu valori pentru analize de sensibilitate

Capitolul 3. Utilizarea software-ului Homer

3.1 Introducere

În prima etapă ar trebui să fie stabilit domeniul de aplicare al proiectului. HOMER poate satisface o gamă largă de întrebări cu privire la proiectarea de sisteme de putere scăzută. Înainte de a începe, este util de a avea o idee clară dintre întrebările pe care doriți să răspundă HOMER . Iată câteva exemple de întrebări pe care Homer vă pot ajuta să răspundeți: • Sistemul meu este adaptat la o cerere tot mai mare de energie electrică? Este rentabil pentru a instala un microturbină pentru a genera electricitate și căldură pentru un sistem conectat la rețea? etc.

3.2 Construcția schemei

HOMER compară diferite opțiuni tehnologice în proiectarea unui sistem hibrid.

Faceți clic pe pictograma Add/remove pentru a adăuga componentee pe care ni le dorim ca în Figura 3.1:

Figura 3.1 Schema de construcție cu Homer

HOMER afișează butoanele corespunzătoare ca în Figura 3.2.
În secțiunea de resurse, au apărut butoanele corespunzătoare cu resursele necesare.

Figura 3.2 Componentele de sistem

3.3 Introducerea consumului de energie

Consumul este cererea de energie electrică pe care sistemul trebuie să răspundă.
Noi trebuie să alegeți mai întâi tipul de consum (AC sau DC). Există două soluții pentru a da valorile consumului:

• Primul este de a da valorile consumului orar pentru fiecare lună în cazul în care cererea de energie electrică variază în funcție de sezon.
• A doua soluție este de a importa un fișier care conține valorile puterii cerute de sarcina pe fiecare oră. Trebuie să creăm un fișier text cu 365 * 24 = 8760 valori de putere cerute de sarcină

Notă: În cazul în care a fost specificat sarcina in forma lunară variabilitatea aleatorie a sarcinii în fiecare zi sau de oră după oră se consideră zero.

3.4 Introducerea detaliilor componentelor

Detalii cu privire la componentele descriu opțiuni tehnologice, costuri, mărimea și numărul componentelor care vor fi folosite în simulări.

3.4.1 Detalii de panouri fotovoltaice

Vom finaliza prima dată tebelul costurilor. Costurile de operare și întreținere includ salariul unui tehnician și 1% de investiții pe an.
În tabelul de dimensiuni de luat în considerare, se dau componentele care urmează să fie utilizate pentru simulare

Apoi în tabelul cu propietăți ale panourilor fotovoltaice: tipul de curent, durata de viață, pierderile cauzate de căldură și de murdărie, înclinare, orientarea și reflexia solului ca în figura 3.3:

Figura 3.3 Caracteristici panouri fotovoltaice

În tabeul de propietăți avansate se iau în considerare coeficient de pierdere cu temperatură, temperatura de funcționare nominală și performanța în condiții standard.

Figura 3.4 Alte caracteristici ale panourilor fotovoltaice.

3.4.2 Detalii ale turbinelor eoliene

În prima etapă, vom finaliza tabelul de costuri ale turbinei eoliene. M-am gândit pentru întreținerea și exploatarea costă 0.01 dolari pe kilowatt-oră.

Un alt tabel va fi completat cu viața aproximativă a turbinei considerată de producător precum și înălțimea pilonului.

3.4.3 Detalii ale invertorului

Fiecare sistem conține atât elemente de curent continuu și de curent alternativ și astfel este nevoie să avem un convertor. În tabelul de cheltuieli, se introduce mărimea invertorului (în kW), costul său de la cumpărare ($), costul de înlocuire (în $) și a costurilor de operare și întreținere (în $). Costurile de operare și întreținere sunt estimate la 1% din investiția sa anual.

În tabelul de dimensiuni de luat în considerare, se în vedere mărimile care urmează să fie utilizate pentru simulări. Alt tabe este cu proprietățile convertorului: viața și performanța în modul invertor, abilitatea de a opera în același timp ca și redresor etc.

Figura 3.5 Caracteristici invertor și redresor

3.5 Detalii ale sistemului de stocaj

Știind că tensiunea sistemului este de 48 V, 2 V baterii, sistemul va consta dintr-un minim de 24 de baterii. Capacitatea maximă necesară este de 4689 Ah, avem 5 serii de baterii de câte 24 și de până la 1000 Ah.

Alege tipul de baterie apoi faceți clic pe ,New, pentru a stabili tipul de baterie utilizat.

Figura 3.6 Caracteristicile bateriilor

Odată ce bateria este creată se completează tabelul cu costuri. Introduceți un număr de baterii, costul de a cumpăra ($), costul său de înlocuire (%) și a costurilor de operare și întreținere ($). Costurile de operare și întreținere este de 1% din investiții pe an, nu inclusiv înlocuirea bateriilor.

3.6 Introducerea detaliilor resurselor

Detalii privind radiația solară. Există două modalități de a introduce date în legătură cu radiația solară:

• Primul este de a introduce coordonatele geografice iar Homer va afișa datele automat.

Figura 3.7 Introducerea radiației solare

• A doua soluție este de a prelua date mai exacte cu privire la radiația solară de pe site-ul Centrului de Cercetare al Comisiei Europene – PVGIS: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

• A treia soluție este de a crea un fișier text cu 365 * 24 = 8760 valori ale radiației solare în kWh. În mod similar introduce și resursele eoliene, Deisel, și alte resurse

Capitolul 4 Studiu de caz

4.1 Introducere

În acest capitol, vom folosi Homer pentru a simula un sistem hibrid de producere a energiei eolian-fotovoltaic-hidro neconectat la rețea.

Sistemul propus este compus din următoarele componente:

15 kW putere instalată în panouri fotovoltaice (54 bucăți);

2 turbine eoliene de 6000W fiecare model Bornay;

O microhidrocentrală de 1,37kW turbine fiind model Francis LH 1000;

108 baterii Optz solar 930;

8 Invertoare SMA Sunny Boy a câte 2000W fiecare;

Acest sistem a fost considerat optim de Homer plecand de la consumul dat și aproimat intr-un capitol anterior și este prezentat în figura următoare.

Figura 4.1 Listă componente Homer

4.2 Locația aleasă

Locația aleasă este un sat din județul Tulcea numit Patlageanca cu un număr total de locuitori de 150. Am ales această locație fiindcă resura solară, eoliană și hidro sunt foarte bune. In continuare voi prezenta resursele disponibile hidro, soare vant.

Figura 4.2 Sat Patlageanca

4.2.1 Resursele solare, eoliene și hidro

Figura 4.3 Resursa solară disponibilă

Figura 4.4 Resursa eoliană disponibilă

Figura 4.5 Resursa hidraulică disponibilă

4.2.2 Estimarea consumului

Ținând cont că avem 10 case înseamnă că consumul de energie ete de 2247,6 kWh în fiecare lună.

Figura 4.6 Tabel consum

4.3 Componentele sistemului

4.3.1 Turbinele eoliene

Confruntându-se cu problema creșterii costurilor cu combustibili fosili, devine din ce în ce mai interesant pentru a produce propria energie electrica mai ales în yonele izolate unde etinderea rețelei ar insemna costuri destul de substanțiale.

Turbine eoliene mici sunt o soluție ideală, vântul este o sursă de energie curată și inepuizabilă, se poate produce energie suficientă pentru alimentarea mai multor case.

Turbina eolienă este model Bornay și este prezentată in figura următoare.

Figura 4.7 Turbina Bornay

In următoru tabel sunt prezentate principalele date tehnice ale turbinei eoliene. Datele tehnice detaliate se gasesc in Anexa 1.

Tabel 4.1 Specificații tehnice turbina eoliană Bornay

Figura 4.8 Costuri turbina eoliană

În figura de mai sus se pot observa costurile capitale care reprezintă costul turbinei, costurile cu întreținerea și mentenanța care se consideră 1 cent pentru fiecare kWh produs.

Durata de viață se consideră 20 de ani, iar inălțimea pilonului este de 10 m. Mai avem de asemenea în figura următoare curba puterii pentru turbina noastră eoliană unde pe orizontală avem viteza vântului iar pe verticală puterea corespunzătoare.

Al doilea graphic reprezintă energia produsă annual în funcție de viteza medie anuală.

Figura 4.9 Curba puterii pentru turbine eoliană

4.3.2 Panourile fotovoltaice

Panourile solare sunt model Cp Solar 280W poly și sunt în număr de 54 (15kW). Panourile solare au următoarele caracteristici în tabelul următor:

Tabel 4.2 Caracteristici panouri fotovoltaice

Caracteristica curent-tensiune și putere-tensiune este prezentată în figura următoare. Datele tehnice complete se gasesc la Anexa numarul 2.

Figura 4.10 CAracteristica current-tensiune și putere tensiune

În tabelul următor sunt prezentate costurile panourilor fotovoltaice, după cum se poate vedea avem costurile inițiale, costurile de intreținere și mentenanță care la fel ca la eoliene reprezintă 1 cent pentru fiecare kWh produs.

Figura 4.11 Costuri panouri fotovoltaice

În următorul tabel avem propietațile panourilor fotovoltaice acestea sunt:

Tipul de curent produs;

Durata de viață;

Factorul de producție;

Unghiul de inclinare , pentru locația noastra unghiul optim este de 37 grade;

Unghiul Azimut este de 0 grade pentru emisfera nordică și 180 pentru cea sudică;

Reflecția pământului.

Figura 4.12 Propietăți panouri fotovoltaice

4.3.3 Invertorul

Invertorul ales este de tip Sunny Boy 2000W și sunt utilizate 8 asemenea invertoare intrucat instalația noastră solară are 15kW.

Caracteristicile invertorului sunt prezentate în tabelul următor, iar fișa tehnică completă se găsește în anexa numărul 3.

Tabel 4.3 Caracteristici invertor

În figura următoare este tabelul cu costurile invertorului.

Figura 4.13 Costuri invertor

4.3.4 Turbina hidraulică

Turbina hidraulică aleasă este una de tip Francis, model LH1000 a fost limitată din fabricație la o cădere maximă de 3m si o putere de 1300W.

Celelalte turbine pot produce putere mai multă pe masura ce înălțimea creste. Puterea minima este evident zero.  Tensiunea poate fi 12, 24 sau 48V. LH1000 poate produce 1000W folosind cam 63 litri/s. O putere de iesire de 500W se obtine la o cădere de 2m folosind 50l/s.

Turbina are următoarele caracteristici:

Debit min (l/s)    30

Debit max (l/s)    63

Cădere maximă (m)    3

Cădere minimă (m)    0,6

Tensiune nom (V) :    12/24/48V

Putere Nominala (W) :    1000

Figura 4.14 Turbina Francis LH 1000

În următoarea figură avem tabelul cu costurile turbinei.

4.3.5 Sistemul de stocaj

Sistemul de stocaj este esențial fiind un sistem off grid și este compus din baterii. Bateriile alese sunt de tip PTW 4-6 Optz solar și sunt special concepute pentru instalațiile fotovoltaice.

În următorul tabel sunt prezentate principalele caracteristici tehnice ale bateriilor :

Tabel 4.4 Caracteristici baterii

În următorul tabel avem costurile bateriilor.

Tabel 4.5 Costurile bateriilor

Iar în următoarea figură avem reprezentat grafic numărul de cicluri de încărcare.

Capitolul 5 Rezultatele simulării

5.1 Arhitectura sistemului

Arhitectura sistemului este prezentată în tabelul următor.

5.2 Costul proiectului

În tabelul următor sunt prezentate costurile proiectului, costul energiei obținute și costurile de operare.

În graficul următor avem clasificate cheltuielile după tipul lor:

Prima coloană reprezintă costurile capitale;

A doua coloană este dată de inlocuirile echipamentelor în general date de necesitatea schimbării bateriilor după terminarea duratei de viață.

A treia coloană reprezintă costurile de operare ale sistemului.

A patra combustibilul;

Iar ultima economiile făcute.

Și mai avem clasificate după componenta pe care le generează astfel:

Galben – fotovoltaic;

Verde – eolian;

Albastru inchis – Hidro;

Albastru – bateriile;

Roșu – invertorul;

Costurile totale sunt prezentate in tabelul urmator:

Costurile anuale sunt reprezentate in tabelul următor:

În tabelul următor sunt prezentate cum decurg cheltuielile pe parcursul celor 20 de ani ai studiului..

5.3 Producția de electricitate

În tabelul următor este prezentată producția totală de energie electrică, după cum se poate vedea cea mai mare parte din producția de energie electrică este asigurată de cele două turbine eoliene, apoi sunt panourile fotovoltaice, iar pe ultimul loc este turbina hidraulica cu o contribuție de 5% din producția de energie electrică.

Avem în continuare un grafic care ne arată producția de energie electrică pe timpul unui an , după cum se poate vedea producția fotovoltaică are valori ridicate între aprilie și septembrie, producția eoliană este ridicată în perioada rece, iarproducția hidro este ridicată în perioada martie- mai și septembrie-octombrie.

5.3.1 Producția generată de fotovoltaice

În continuare voi prezenta principalele date de ieșire pentru panourile fotovoltaice :

Puterea nominală 15kW sau 54 panouri fotovoltaice ;

Ieșirea medie 51,6 kWh/zi ;

Factorul de capacitate este raportul dintre puterea producția medie de energie și puterea totală instalată : 14,3% ;

Producția totală 18,828 kWh/an ;

Ieșirea minimă : 0kW ;

Ieșirea maximă 14kW ;

Patrunderea fotovoltaică este raportul dintre puterea medie produsă și încărcarea consumatorului :69,7% ;

Ore de operare :4377 ;

Costul energiei :0,0573$/kWh.

Următoarele grafice arată ieșirea fotovoltaică pe parcursul unui an. Primul este sub forma unei histograme unde pe orizontală avem lunile anului iar pe verticală avem orele zilei. În dreapta avem culorile corespunzătoare puterilor din histograma prezentată.

In acest grafic este prezentată producția medie pe parcursul unui an , pe orizontală avem lunile anului iar pe verticală producția de energie electrică în kW. Graficul arată minimum maximum și media producției de energie electrică.

5.3.2 Producția turbinei eoliene

Datele de ieșire de la cele 2 turbine eoliene sunt următoarele :

Puterea instalată :12kW ;

Ieșirea medie :3,79kW ;

Factorul de capacitate :0,03%

Producția totală :32.897kWh/an ;

Ieșirea minimă :0kW

Ieșirea maximă :12,8kW ;

Ore de operare :7946 ;

Costul energiei : 0,0732$/kWh.

În următoarea figură este reprezentată printr-o histogramă producția de energie electrică produsă de eoliene. După cum se poate vedea producția maximă este atinsă în lunile februarie-aprilie unde avem cele mai multe zone de roșu care reprezintă puterea maximă. Histograma este formată din 8760 de pătrățele car reprezintă producția medie pentru cele 8760 de ore ale unui an.

5.3.3 Producția turbinei hidraulice

Datele de ieșire ale turbinei hidraulice sunt următoarele :

Puterea instalată :1,37 kW ;

Ieșirea medie :0,33 kW ;

Factorul de capacitate :%

Producția totală :2923kWh/an ;

Ieșirea minimă :0kW

Ieșirea maximă :0,86 kW ;

Ore de operare :3672 ;

Costul energiei : 0,102$/kWh

În figura următoare avem producția de energie electrică pentru turbina hidraulică, după cum se poate vedea se produce energie electrică doar în lunile martie, aprilie, mai, septembrie și octombrie.

5.3.4 Sistemul de stocaj.

Sistemul de stocaj este format din baterii, bateriile sunt inseriate câte 18 pentru a avea o tensiune de 36V deoarece ieșirea panourilo fotovoltaice este de 36V. In total avem 108 baterii (1).

Datele de ieșire pentru baterii sunt următoarele :

Capacitatea nominală 202kWh ;

Capacitatea nominală utilizabilă 121kWh ;

Autonomia 39,2 ;

Durata de viață : 372 922kWh ;

Costul energiei :0,046$/kWh;

Cantitatea de energie intrată:5757 kWh/an;

Cantitatea de energie ieșită 4615kWh/an;

Pierderi 1134kWh/an ;

Durata de viață : 8 ani.

In figura următoare este reprezentat histograma încărcării bateriilor și statistica pentru fiecare lună a anului. Iar graficul arată încărcarea bateriilor pe tot parcursul anului (3).

5.3.5 Datele de ieșire ale invertorului.

Datele de ieșire ale invertorului sunt date in tabelul următor:

În următoarea figură graficele cu datele de ieșire ale invertorului și redresorului.

5.3.6 Emisiile

Deoarece sistemul este în totalitate pe bază de energie verde sistemul nu produce noxe.

Capitolul 6 Concluzii

Concluzia acestui studiu este ca programul Homer ne-a permis să simulăm o instalație de producer a energiei care conține un sistem fotovoltaic, unul eolian și unul hidraulic.

Costul energiei pentru sistemul analizat este de 0,248$ pentru fiecare kWh produs ceea ce înseamnă că sistemul este fiabil chiar dacă costul energiei in România este de 0,168$ pe fiecare kWh.

Pentru a scădea costul de producere a energiei electrice pentru sistemul hibrid sunt propuse următoarele:

Scăderea consumului de energie eletrică în acest fel sistemul va fi mai mai mic ceea ce înseamnă cheltuieli mai mici;

Realizarea unei acumulări de apă pentru a produce energie electrică pe o perioadă mai mare a anului dar după realizarea unui studiu tehnico-economic pentru a vedea dacă investiția este rentabilă.

Utilizarea unui sistem de orientare pentru sistemele fotovoltaice sau înlocuirea lor cu unele panouri mai performante;

Întroducerea în instalație a unor supercondensatori pentru controlul încărcării bateriilor, cu cât controlul este mai bun cu atât ciclurile de încărcare descărcare vor fi mai puține, durata de viață va crește iar costurile vor scădea.

Ipoteza principală de la care s-a plecat a fost alimentarea unui sat izolat din România cu energie electrică cu ajutorul unui sistem autonom de producere a energiei pe bază de energie verde.

Obiectivele specific ale proiectului au fost următoarele:

Prezentarea sistemelor hibride de producere a energiei si prezentarea avantajelor acestora în comparație sistemele care au doar o singură sursă de energie;

Prezentarea programului Homer;

Prezentarea modului de lucru a programului Homer;

Selectarea unui loc izolat din România pentru a amplasa sistemul nostrum autonom de producer a energiei;

Estimarea consumului de energie pentru 10 case care ar urma să fie alimentate de sistemul hibrid de producere a energiei;

Alegerea componentelor sistemului nostrum hibrid;

Proiectarea și dimensionarea unui sistem hibrid de producere a energiei electrice;

Simularea cu ajutorul programului Homer a sistemului hibrid propus;

Analiza rezultatelor obținuet.

Obiectivul general al proiectului este proiectarea și dimensionarea unui sistem hibrid de producere a energiei electrice compus din panouri fotovoltaice, turbine eoliene, turbine hidraulice.

Bibliografie

1.http://ro.wikipedia.org/wiki/Energia_electric%C4%83_%C3%AEn_Rom%C3%A2nia

2. http://energie-verde.ro/

3,H.X.Yong,L,U,J.Burnett, «Weather data and probability analysis of hybrid PV wind

power generation systems in Hong Kong » Rnewable energie 28(2003):1813-1824

4,S. Diaf, D. Diaf,, M. Belhamel, M. Haddadi , A. Louche «A methodology for optimal

sizing of autonomous hybrid PV/wind system » Energie Policy (2007) doi

10.1016/j.enpol.2007.06.020.

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power

6. licenta model

7. The Bogdan,SB,Salameh,ZM ,1996 «Methodology for optimally the combination of a

battery bank and PV array in a wind/PV hybrid system » IEEE transaction on Energie

conversion 11(2),367-375

(Marina, 2006)

Bibliografie

1.http://ro.wikipedia.org/wiki/Energia_electric%C4%83_%C3%AEn_Rom%C3%A2nia

2. http://energie-verde.ro/

3,H.X.Yong,L,U,J.Burnett, «Weather data and probability analysis of hybrid PV wind

power generation systems in Hong Kong » Rnewable energie 28(2003):1813-1824

4,S. Diaf, D. Diaf,, M. Belhamel, M. Haddadi , A. Louche «A methodology for optimal

sizing of autonomous hybrid PV/wind system » Energie Policy (2007) doi

10.1016/j.enpol.2007.06.020.

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power

6. licenta model

7. The Bogdan,SB,Salameh,ZM ,1996 «Methodology for optimally the combination of a

battery bank and PV array in a wind/PV hybrid system » IEEE transaction on Energie

conversion 11(2),367-375

(Marina, 2006)