Оптимальный размер для многоузловых микросетей переменного тока на основе солнечных батарей и накопителей
Аккумулятор FIAMM FG 24204
Совместная франко-марокканская исследовательская группа разработала двухэтапную иерархическую технико-экономическую модель для оптимизации многоузловых микросетей переменного тока в отдалённых районах. Такая конфигурация микросетей сложнее, чем у автономных систем, но имеет ряд преимуществ с точки зрения экономической эффективности и надёжности энергоснабжения.
Группа исследователей под руководством Университета Хасана II в Марокко предложила новую методологию разработки и создания так называемых многоузловых микросетей, которые имеют более сложную структуру по сравнению с обычными автономными микросетями.
«Солнечные батареи и накопители имеют ряд преимуществ в архитектуре мультимикросетей, — рассказал Аюб Чриф, автор исследования, журналу PV. — Наше исследование показало, что интеграция солнечных фотоэлектрических систем и аккумуляторных батарей в конфигурацию мультимикросетей (MMG) повышает экономическую эффективность и надёжность энергоснабжения за счёт снижения зависимости от резервного питания на основе ископаемого топлива и импорта электроэнергии из сети, что значительно сокращает эксплуатационные расходы».
Чриф также объяснил, что совместное использование солнечной энергии соседними микросетями позволяет передавать избыточную фотоэлектрическую энергию от одного сообщества другому, испытывающему временный дефицит, что сводит к минимуму ограничения и повышает эффективность использования возобновляемых источников энергии. «Кроме того, коллективное хранение энергии, при котором батареи в сети координируются, обеспечивает оптимальную балансировку энергии, сглаживание пиковых нагрузок и повышение устойчивости системы», — добавил он.
Предложенная структура мультимикросетей (MMG) была представлена в статье «Технико-экономическое обоснование и многоцелевое управление энергопотреблением в мультишинных микросетях переменного тока для повышения надежности и экономической эффективности: пример для небольших деревень в Марокко», опубликованной в журнале Energy Conversion and Management X. Она была задумана как инструмент, позволяющий осуществлять одноранговый (P2P) обмен энергией и скоординированную диспетчеризацию распределенных ресурсов через иерархическую систему управления энергопотреблением.
Ученые описали MMG как микросеть с несколькими взаимосвязанными узлами, каждый из которых имеет локальную нагрузку, источники генерации или накопитель энергии, что позволяет осуществлять локальное управление энергопотреблением. «Такие многоузловые микросети повышают гибкость и устойчивость энергоснабжения в рамках единой системы», — заявили они.
Архитектура системы MMG
Двухэтапная иерархическая технико-экономическая модель для оптимизации системы AC MMG была разработана на основе реального кейса, проанализированного для удалённой деревни в регионе Имлиль в Марокко.
На первом этапе используется усовершенствованный генетический алгоритм (ГА) и метод искусственного интеллекта для определения наиболее экономичной конфигурации распределённых возобновляемых источников энергии в каждой микросети. На втором этапе используется многоцелевая стратегия управления энергопотреблением для координации обмена энергией между взаимосвязанными микросетями и основной сетью.
Исследователи также провели «всесторонний» анализ потоков активной и реактивной мощности, чтобы выявить разнонаправленные энергообмены между взаимосвязанными микросетями и обеспечить стабильность напряжения, качество электроэнергии и эффективное распределение энергии.
В их модели затрат учитывались расходы на установку и эксплуатацию, а также внешние экономические факторы, такие как износ оборудования, инфляция, ставки дисконтирования и процентные ставки.
Они также предложили то, что они назвали системой стимулирования реагирования на спрос (СРС), чтобы побудить потребителей корректировать и сокращать потребление в периоды пиковой нагрузки. Кроме того, они сравнили технико-экономические показатели автономных и распределённых генерирующих установок.
Исследовательская группа заявила, что предложенное моделирование показало, что за счёт однорангового (P2P) обмена энергией и минимизации зависимости от сети можно сократить эксплуатационные расходы на 4,6 % в рамках тематического исследования с использованием модифицированной 5-шинной системы IEEE. «Результаты демонстрируют стабильность напряжения, эффективное использование аккумуляторов и устойчивость в автономном режиме, а также сокращение расходов на 10 % за счёт управления спросом», — заявили они.
«Марокко обладает одним из самых высоких потенциалов использования солнечной энергии в мире: годовая инсоляция составляет от 1900 до 2600 кВт·ч/м²/год, а количество солнечных часов в году превышает 2800», — заключил Шриф. «Таким образом, солнечная энергия играет ключевую роль в дорожной карте страны по использованию возобновляемых источников энергии и в проектах микросетей».
В исследовательскую группу вошли учёные из Университета Сержи-Понтуаз и Нантского университета во Франции.