Выбор и оптимизация гибридных энергетических систем в отдалённых районах Китая

  • Хайян [Haiyang] Хе [He]
  • Михаил [Mikhail] Георгиевич [G.] Тягунов [Tyagunov]
  • Мин [Min] Ту Рейн [Thu Yein]
Ключевые слова: гибридная энергетическая система, возобновляемые источники энергии, оптимизация

Аннотация

Обеспечение электроэнергией отдалённых районов — одна из важнейших мер по улучшению условий жизни населения. С учетом ресурсных, технических и экономических факторов рассмотрены чистые и надёжные способы производства электрической энергии для решения проблем с электричеством для жителей отдалённых районов Китая. С помощью программного обеспечения HOMER с целью минимизации общей чистой текущей стоимости (NPC, Total Net Present Cost), и выравнивания стоимости энергии (COE, Levelized Cost of Energy) создана гибридная энергетическая система с дизельной (ДЭС)/солнечной фотоэлектрической (СФЭС)/ветряной (ВЭС)/гидроаккумулирующей (ГАЭС) электростанциями, предназначенная для удовлетворения потребностей посёлка Сяоциндао (регион Чандао, Китай) в электроэнергии. В систему вошли: ДЭС 1 мощностью 150 кВт, ДЭС 2 — 140 кВт, СФЭС — 529 кВт, ВЭС — 50 кВт, ГАЭС — 200 кВт (объём верхнего резервуара — 10000 м3, напор — 98 м) и инвертор — 201 кВт. Выход энергии из возобновляемых источников в гибридной системе составляет 91,6%. Решая проблему потребления электроэнергии жителями, система эффективно понижает выбросы загрязняющих веществ, вызванные потреблением электроэнергии, что имеет важное значение для эффективного использования возобновляемой энергии в отдалённых районах.

Сведения об авторах

Хайян [Haiyang] Хе [He]

магистр техники и технологий по направлению «Электроэнергетика и электротехника», e-mail: oceanyang16@yahoo.com

Михаил [Mikhail] Георгиевич [G.] Тягунов [Tyagunov]

доктор технических наук профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ», e-mail: mtyagunov@mail.ru

Мин [Min] Ту Рейн [Thu Yein]

аспирант кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ», e-mail: thureinmin06@gmail.com

Литература

1. Manowska A., Nowrot A. The Importance of Heat Emission Caused by Global Energy Production in Terms of Climate Impact // Energies. 2019. V. 12(16). P. 3069.
2. Sahu S.K. e. a. Contributions of Power Generation to Air Pollution and Associated Health Risks in India: Current Status and Control Scenarios // J. Cleaner Production. 2020. V. 288. P. 125587.
3. Global CO2 emissions in 2019 [Электрон. ресурс] www.iea.org/articles/global-co2-emissions-in-2019 (дата обращения 25.01.2022).
4. Sustainable Energy for All [Электрон. ресурс] www.sustainabledevelopment.un.org/sdinaction/se4all (дата обращения 25.01.2022).
5. Renewable Capacity Statistics 2021 [Электрон. ресурс] www.irena.org/publications/2021/March/Renewable-Capacity-Statistics-2021 (дата обращения 25.01.2022).
6. Net Zero by 2050_A Roadmap for the Global Energy Sector [Электрон. ресурс] www.iea.org/reports/net-zero-by-2050 (дата обращения 25.01.2022).
7. Wang H., Yang X., Xu X., Fei L. Exploring Opportunities and Challenges of Solar PV Power under Carbon Peak Scenario in China: A PEST Analysis // Energies. 2021. V. 14(11). P. 3061.
8. Ji L., Liang X., Xie Y., Huang G., Wang B. Optimal Design and Sensitivity Analysis of the Stand-alone Hybrid Energy System with PV and Biomass-CHP for Remote Villages // Energy. 2021. V. 225. P. 120323.
9. Nair A., Murali K., Anbuudayasankar S., Arjunan C.V. Modelling and Optimising the Value of a Hybrid Solar-wind System // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2017. V. 197. P. 012035.
10. Moghaddam S., Bigdeli M., Moradlou M. Optimal Design of an Off-grid Hybrid Renewable Energy System Considering Generation and Load Uncertainty: the Case of Zanjan city, Iran // SN Appl. Sci. 2021. V. 3(8). Pp. 1—15.
11. Umakanta Sahoo e. a. Hybrid Renewable Energy System. N.-Y.: Scrivener Publ. Wiley, 2021. Pp. 37—275.
12. Overview of Changdao. The Marine Ecological Civilization Comprehensive Experimental Area of Changdao [Электрон. ресурс] www.changdao.gov.cn/col/col6411/index.html (дата обращения 25.01.2022).
13. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Changdao County in 2020. The Marine Ecological Civilization Comprehensive Experimental Area of Changdao [Электрон. ресурс] www.changdao.gov.cn/art/2021/7/9/art 30554 2924308.html?xxgkhide=1 (дата обращения 25.01.2022).
14. Changdao County Statistical Yearbook (2011—2015). Changdao County Development, Reform and Statistics Bureau [Электрон. ресурс] www.changdao.gov.cn/module/download/downfile.jsp?classid=0&showname%20=undefined&filename=7e5274d8ddea4fb9847f2a310dfaa39b.pdf (дата обращения 25.01.2022).
15. Yang Zhijia, Li Benchuan, Liu Wenquan. Changdao’s Natural Environment and Exploitation of Resources // Marine Sci. 1987. V. 9(5). Pp. 23—27.
16. NASA Surface Meteorology and Solar Energy Database [Электрон. ресурс] www.asdc.larc.nasa.gov/project/SSE (дата обращения 25.01.2022).
17. Mills A. Simulation of Hydrogen-based Hybrid Systems Using Hybrid2 // Intern. J. Hydrogen Energy. 2004. V. 29(10). Pp. 991—999.
18. Owolabi A.B. e.a. Measurement and Verification Analysis on the Energy Performance of a Retrofit Residential Building after Energy Efficiency Measures Using RETScreen Expert // Alexandria Eng. J. 2020. V. 59(6). Pp. 4643—4657.
19. Zhang D., Mu S., Chan C.C., Zhou G.Y. Optimization of Renewable Energy Penetration in Regional Energy System // Energy Proc. 2018. V. 152. Pp. 922—927.
20. Venkataramani G., Ramalingam V. Performance Analysis of a Small Capacity Compressed Air Energy Storage System for Renewable Energy Generation using TRNSYS // J. Renewable and Sustainable Energy. 2017. V. 9(4). P. 044106.
21. HOMER Software [Офиц. сайт] www.homerenergy.com/ (дата обращения 25.01.2022).
22. Total Net Present [Электрон. ресурс] www.homerenergv.com/products/pro/docs/3.11/total net present cost.html (дата обращения 25.01.2022).
23. Amutha, W.M., Rajini V. Cost Benefit and Technical Analysis of Rural Electrification Alternatives in Southern India Using HOMER // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016. V. 62. Pp. 236—246.
24. Levelized Cost of Energy [Электрон. ресурс] www.homerenergy.com/products/pro/docs/3.11/levelized cost of energy.html (дата обращения 25.01.2022).
25. Li C., Zhou D., Wang H., Cheng H., Li D. Feasibility Assessment of a Hybrid PV/Diesel/Battery Power System for a Housing Estate In The Severe Cold Zone — a case Study of Harbin, China // Energy. 2019. V. 185(C). Pp. 671—681.
26. Renewable Fraction [Электрон. ресурс] www.homerenergy.eom/products/pro/docs/3.11/ renewable fraction.html (дата обращения 25.01.2022).
27. Ramli M.A.M., Hiendro A., Twaha S. Economic Analysis of PV/Diesel Hybrid System with Flywheel Energy Storage // Renewable Energy. 2015. V. 78. Pp. 398—405.
28. Olatomiwa L., Mekhilef S., Huda A.S.N., Ohunakin O.S. Economic Evaluation of Hybrid Energy Systems for Rural Electrification in Six Geo-Political Zones of Nigeria // Renewable Energy. 2015. V. 83. Pp. 435—446.
29. Jahangiri M., Haghani A., Mostafaeipour A., Khosravi A., Raeisi H.A. Assessment of Solar-wind Power Plants in Afghanistan: a Review // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019. V. 99. Pp. 169—190.
30. Output of PV Array [Электрон. ресурс] www.homerenergy.com/products/pro/docs/latest/how homer calculates the pv array po wer output.html (дата обращения 25.01.2022).
31. Wind Turbine Power Output [Электрон. ресурс] www.homerenergy.com/products/pro/docs/latest/how homer calculates wind turbine po wer output.html (дата обращения 25.01.2022).
---
Для цитирования: Хе Хайян, Тягунов М.Г., Ту Рейн Мин. Выбор и оптимизация гибридных энергетических систем в отдалённых районах Китая // Вестник МЭИ. 2022. № 4. С. 40—58. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-4-40-58
#
1. Manowska A., Nowrot A. The Importance of Heat Emission Caused by Global Energy Production in Terms of Climate Impact. Energies. 2019;12(16):3069.
2. Sahu S.K. e. a. Contributions of Power Generation to Air Pollution and Associated Health Risks in India: Current Status and Control Scenarios. J. Cleaner Production. 2020;288:125587.
3. Global CO2 emissions in 2019 [Electron. Resurs] www.iea.org/articles/global-co2-emissions-in-2019 (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
4. Sustainable Energy for All [Electron. Resurs] www.sustainabledevelopment.un.org/sdinaction/se4all (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
5. Renewable Capacity Statistics 2021 [Electron. Resurs] www.irena.org/publications/2021/March/Renewable-Capacity-Statistics-2021 (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
6. Net Zero by 2050_A Roadmap for the Global Energy Sector [Electron. Resurs] www.iea.org/reports/net-zero-by-2050 (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
7. Wang H., Yang X., Xu X., Fei L. Exploring Opportunities and Challenges of Solar PV Power under Carbon Peak Scenario in China: A PEST Analysis. Energies. 2021;14(11):3061.
8. Ji L., Liang X., Xie Y., Huang G., Wang B. Optimal Design and Sensitivity Analysis of the Stand-alone Hybrid Energy System with PV and Biomass-CHP for Remote Villages. Energy. 2021;225:120323.
9. Nair A., Murali K., Anbuudayasankar S., Arjunan C.V. Modelling and Optimising the Value of a Hybrid Solar-wind System. IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2017;197:012035.
10. Moghaddam S., Bigdeli M., Moradlou M. Optimal Design of an Off-grid Hybrid Renewable Energy System Considering Generation and Load Uncertainty: the Case of Zanjan city, Iran. SN Appl. Sci. 2021;3(8):1—15.
11. Umakanta Sahoo e. a. Hybrid Renewable Energy System. N.-Y.: Scrivener Publ. Wiley, 2021:37—275.
12. Overview of Changdao. The Marine Ecological Civilization Comprehensive Experimental Area of Changdao [Electron. Resurs] www.changdao.gov.cn/col/col6411/index.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
13. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Changdao County in 2020. The Marine Ecological Civilization Comprehensive Experimental Area of Changdao [Electron. Resurs] www.changdao.gov.cn/art/2021/7/9/art 30554 2924308.html?xxgkhide=1 (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
14. Changdao County Statistical Yearbook (2011—2015). Changdao County Development, Reform and Statistics Bureau [Electron. Resurs] www.changdao.gov.cn/module/download/downfile.jsp?classid=0&showname%20=undefin ed&filename=7e5274d8ddea4fb9847f2a310dfaa39b.pdf (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
15. Yang Zhijia, Li Benchuan, Liu Wenquan. Changdao’s Natural Environment and Exploitation of Resources. Marine Sci. 1987;9(5):23—27.
16. NASA Surface Meteorology and Solar Energy Database [Electron. Resurs] www.asdc.larc.nasa.gov/project/SSE (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
17. Mills A. Simulation of Hydrogen-based Hybrid Systems Using Hybrid2. Intern. J. Hydrogen Energy. 2004;29(10):991—999.
18. Owolabi A.B. e.a. Measurement and Verification Analysis on the Energy Performance of a Retrofit Residential Building after Energy Efficiency Measures Using RETScreen Expert. Alexandria Eng. J. 2020;59(6):4643—4657.
19. Zhang D., Mu S., Chan C.C., Zhou G.Y. Optimization of Renewable Energy Penetration in Regional Energy System. Energy Proc. 2018;152:922—927.
20. Venkataramani G., Ramalingam V. Performance Analysis of a Small Capacity Compressed Air Energy Storage System for Renewable Energy Generation using TRNSYS. J. Renewable and Sustainable Energy. 2017;9(4):044106.
21. HOMER Software [Ofits. Sayt] www.homerenergy.com/ (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
22. Total Net Present [Electron. Resurs] www.homerenergv.com/products/pro/docs/3.11/total net present cost.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
23. Amutha, W.M., Rajini V. Cost Benefit and Technical Analysis of Rural Electrification Alternatives in Southern India Using HOMER. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016;62:236—246.
24. Levelized Cost of Energy [Electron. Resurs] www.homerenergy.com/products/pro/docs/3.11/levelized cost of energy.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
25. Li C., Zhou D., Wang H., Cheng H., Li D. Feasibility Assessment of a Hybrid PV/Diesel/Battery Power System for a Housing Estate In The Severe Cold Zone — a Case Study of Harbin, China. Energy. 2019;185(C):671—681.
26. Renewable Fraction [Electron. Resurs] www.homerenergy.eom/products/pro/docs/3.11/ renewable fraction.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
27. Ramli M.A.M., Hiendro A., Twaha S. Economic Analysis of PV/Diesel Hybrid System with Flywheel Energy Storage. Renewable Energy. 2015;78:398—405.
28. Olatomiwa L., Mekhilef S., Huda A.S.N., Ohunakin O.S. Economic Evaluation of Hybrid Energy Systems for Rural Electrification in Six Geo-Political Zones of Nigeria. Renewable Energy. 2015;83:435—446.
29. Jahangiri M., Haghani A., Mostafaeipour A., Khosravi A., Raeisi H.A. Assessment of Solar-wind Power Plants in Afghanistan: a Review. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019;99:169—190.
30. Output of PV Array [Electron. Resurs] www.homerenergy.com/products/pro/docs/latest/how homer calculates the pv array po wer output.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
31. Wind Turbine Power Output [Electron. Resurs] www.homerenergy.com/products/pro/docs/latest/how homer calculates wind turbine po wer output.html (Data Obrashcheniya 25.01.2022).
---
For citation: He Haiyang, Tyagunov M.G., Thu Rein Min. Selection and Optimization of Hybrid Power Systems in Remote Areas of China. Bulletin of MPEI. 2022;4:40—58. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-4-40-58
Опубликован
2022-02-18
Раздел
Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии (05.14.08)