Επιστήμονες στην Κίνα ανέπτυξαν μια βελτιωμένη στρατηγική διαχείρισης ενέργειας για ένα υβριδικό σύστημα που χρησιμοποιεί αποθήκευση θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, προσομοιάζοντας 4 λειτουργικές περιπτώσεις
Μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα (Πανεπιστήμιο Shenyang Jianzhu της Κίνας και το Πανεπιστήμιο Shanghai Jiao Tong) διεξήγαγαν την έρευνα.
χρησιμοποίησε μια βελτιωμένη στρατηγική διαχείρισης ενέργειας για υβριδικά συστήματα αντλιών θερμότητας αιολικής ενέργειας και φωτοβολταϊκών (HP).
Χρησιμοποιώντας διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης εποχιακής αλληλεπίδρασης, προσομοίωσαν 4 λειτουργικές περιπτώσεις.
Η προσέγγισή τους συνδυάζει την αποθήκευση θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας με ένα εποχιακό πλαίσιο αλληλεπίδρασης ενέργειας που περιλαμβάνει πρόψυξη εδάφους την άνοιξη, ψύξη το καλοκαίρι, προθέρμανση εδάφους το φθινόπωρο και θέρμανση το χειμώνα.
Το σύστημα παρουσιάστηκε στο άρθρο «Μια βελτιστοποιημένη στρατηγική διαχείρισης ενέργειας για υβριδικά συστήματα αντλίας θερμότητας αιολικής-φωτοβολταϊκής ενέργειας με διπλή αποθήκευση: Βελτίωση της αλληλεπίδρασης ισχύος-φορτίου», που δημοσιεύτηκε στο Energy.
Η καινοτομία της μεθοδολογίας
«Η καινοτομία της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε σε αυτή την εργασία είναι τριπλή.
1ον, προτείνουμε μια νέα στρατηγική διαχείρισης αλληλεπίδρασης ενέργειας. 2ον, εισάγουμε νέους δείκτες για την αξιολόγηση της ικανότητας αλληλεπίδρασης ισχύος-φορτίου και των χαρακτηριστικών ενός αποσυνδεδεμένου δικτύου.
3ον, διεξάγουμε βελτιστοποιήσεις 2 σταδίων για να προσδιορίσουμε τη βέλτιστη διαμόρφωση του συστήματος και την εβδομαδιαία κατάσταση ελέγχου δυναμικής αλληλεπίδρασης ισχύος-φορτίου τόσο για τα συστήματα PV-HP όσο και για τα αιολικά/PV-HP, λαμβάνοντας υπόψη την τεχνολογία, την οικονομία και το περιβάλλον», ανέφεραν οι ερευνητές.
Πείραμα… σε κατοικία χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης
Ως βάση για την ανάλυσή της, η ομάδα είχε ένα κτίριο κατοικιών χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης (LERB) στη Σενγιάνγκ, στη βορειοανατολική Κίνα.
Το διώροφο κτίριο, 334,8 τ.μ., μοντελοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τα TRNSYS και SketchUp.
Από περίπου 160 τ.μ. επιφάνειας στέγης, τα 130 τ.μ. ήταν κατάλληλα για εγκατάσταση φωτοβολταϊκών. Η ωριαία ηλιακή ακτινοβολία κυμαινόταν από 0 έως 0,3 kWh/m², ενώ οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος κυμαίνονταν μεταξύ –26,54 C και 32,18 C κατά τη διάρκεια του έτους.
Το υβριδικό σύστημα αιολικής ενέργειας/Φ/Β-ΥΠ μοντελοποιήθηκε επίσης στο TRNSYS. Περιλαμβάνει φωτοβολταϊκές μονάδες 550 W, ανεμογεννήτριες 3 kW, μια αντλία θερμότητας εδάφους (GSHP), εναλλάκτες εδάφους (GSE), μια αντλία θερμότητας αέρα-πηγής (ASHP), 40 kWh μπαταριών και μια δεξαμενή νερού με υλικά αλλαγής φάσης (PCM). Οι αντλίες θερμότητας τροφοδοτούνται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, με την πλεονάζουσα ενέργεια να αποθηκεύεται σε μπαταρίες ή να εξάγεται στο δίκτυο. Το GSHP χρησιμεύει ως η κύρια μονάδα τροφοδοσίας, ενώ το ASHP παρέχει δευτερεύουσα θέρμανση ή ψύξη.
4 σενάρια που αξιολογήθηκαν
Οι ερευνητές αξιολόγησαν τα εξής 4 σενάρια.
Ένα βασικό σύστημα χωρίς προηγμένες στρατηγικές αλληλεπίδρασης (Περίπτωση 1).
Περίπτωση 1 συν τη στρατηγική αλληλεπίδρασης και το ASHP (Περίπτωση 2). Περίπτωση 2 συν βελτιστοποίηση δύο σταδίων και φωτοβολταϊκά (Περίπτωση 3).
Περίπτωση 3 συν αιολική παραγωγή (Περίπτωση 4).
Το 1ο στάδιο βελτιστοποίησης χρησιμοποίησε τον αλγόριθμο NSGA-II για τον προσδιορισμό του μεγέθους του συστήματος.
Το 2ο εφάρμοσε βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων για τη διαχείριση της εβδομαδιαίας κατάστασης φόρτισης της μπαταρίας.
Συνέπειες ανά εποχή
Οι εποχιακές στρατηγικές αλληλεπίδρασης σχεδιάστηκαν για τη μεγιστοποίηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ).
Την άνοιξη και το φθινόπωρο, η προψύξη και η προθέρμανση από το έδαφος βοηθούν στη ρύθμιση της θερμοκρασίας του εδάφους.
Το καλοκαίρι, η ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια οδηγεί στην ψύξη και την αποθήκευση θερμότητας.
Το χειμώνα, η πρόβλεψη φορτίου επόμενης ημέρας και η διαχείριση της μπαταρίας διατηρούν τη θέρμανση, μειώνοντας παράλληλα την εξάρτηση από το δίκτυο.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η υιοθέτηση της στρατηγικής αλληλεπίδρασης βελτίωσε την αλληλεπίδραση ισχύος-φορτίου του συστήματος και επέτρεψε την απόδοση μηδενικής ενέργειας.
www.worldenergynews.gr
