بهينه‌سازي سيستم‌هاي هيبريدي خورشيدي، بادي، باتري با محرك‌هاي مختلف (موتور ديزل، موتور گازسوز، توربين گازي)

Optimization of hybrid solar/wind/battery system with different prime movers (Diesel engine, Gas engine, Gas turbine)

در اين مقاله سيستم هيبريدي خورشيدي-بادي-باتري با درنظرگرفتن 3محرك مختلف شامل موتور ديزل، موتور گازسوز و توربين گازي به‌وسيلۀ آناليزهاي ساعتي در طول يك سال براي شهر كرمان مدل‌سازي و بهينه‌سازي شده است. در اين مطالعه از نسبت سوخت براي ارزيابي مصرف سوخت سيستم مورد بررسي نسبت به سيستم‌هاي سنتي استفاده شده است. تعداد پنل خورشيدي، تعداد توربين بادي و تعداد باتري و ظرفيت اسمي موتور ديزل، ظرفيت موتور گازسوز و ظرفيت توربين گازي به‌عنوان متغيرهاي طراحي و نسبت سوخت و هزينه ساليانه به‌عنوان توابع هدف درنظر گرفته شده‌اند. براي محاسبه مقادير بهينه متغيرهاي طراحي از الگوريتم چندهدفه NSGA-II استفاده شده است. نتايج بهينه‌سازي نشان دادند كه سيستم هيبريدي با محرك ديزل در مقايسه با 2سيستم ديگر در محدودۀ وسيعي از جبهۀ پرتو، داراي بيشترين نسبت سوخت و كمترين هزينه است. نسبت سوخت و هزينۀ ساليانه در نقطۀ بهينۀ نهايي براي محرك ديزل 735/0 و 5/185456 ($/year) است. تعداد بهينۀ پنل خورشيدي، توربين بادي و باتري براي سيستم هيبريدي با محرك ديزل به‌ترتيب 1266، 19 و 822 است و همچنين ظرفيت نامي بهينه محرك ديزل 163 كيلووات است.

In this paper, solar/wind/battery hybrid system for different prime movers including diesel engine, gas engine and gas turbine with hourly analysis during a year is modelled and optimized for Kerman city. Fuel ratio is defined for comparison of system fuel consumption than traditional system. Number of solar panels, wind turbines, batteries as well as nominal capacity of prime movers are considered as design parameters. Fuel ratio and total annual cost (TAC) are selected as two simultaneous objective functions and Fast and Elitism Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) is used to find the optimum value of design parameter. The optimum result showed that hybrid system with diesel engine as prime mover is the optimum system in large zones of Pareto front with lower TAC and higher fuel ratio compared with the other studied prime movers. Fuel ratio and total annual cost in final optimum point for diesel prime mover are obtained 0.735 and 185456.5 ($/year). The optimum number of solar panels, wind turbines and batteries for the diesel-powered hybrid system are determined 1266, 19 and 822, respectively. In addition, nominal power of diesel engine obtained 163 kW.