Optimization, Sensitivity and Energy Management of a PV/Wind/Battery and PV/Wind/Supercapacitor Hybrid Renewable Energy System for the Climatic Conditions of Haldia using HOMER: A Case Study

Abstract

В теперішній час зростає попит на гібридні системи відновлюваної енергії (HRES) для обслуговування різних типів навантажень. Джерела фотоелектричної енергії та енергії вітру доповнюють одне одного. HRES з використанням джерел фотоелектричної енергії та енергії вітру може підвищити надійність системи для обслуговування навантаження протягом року. У роботі аналізується вартість, доцільність використання та надійність двох типів HRES з використанням програмного забезпечення HOMER для місцевості Haldia (Індія), а саме гібридної системи фотоелектрична енергія/ енергія вітру/акумулятор та гібридної системи фотоелектрична енергія/енергія вітру/суперконденсатор. Ці системи оптимізовані за вартістю з використанням чистої приведеної вартості (NPC) системи і вартості енергії (COE) системи. Сонячне випромінювання, швидкість вітру, температура ділянки місцевості, погодинне навантаження та вартість одиниці компонентів HRES вводяться в програмне забезпечення HOMER. Доцільність використання системи вивчається за найменшої COE з різними співвідношеннями виробництва електроенергії від фотоелектричних та вітроенергетичних систем. Надійність системи вимірюється у відсотках незадоволеного навантаження. Встановлено, що частки виробництва фотоелектричної та вітрової енергії 80:20 та 73:27 є оптимальними відповідно для систем фотоелектрична енергія/енергія вітру/акумулятор та фотоелектрична енергія/енергія вітру/суперконденсатор для кліматичних умов місцевості Haldia. Аналіз чутливості до технічних параметрів і витрат, а також енергоменеджмент системи представлено в роботі. Дослідження показало, що HRES з суперконденсатором може забезпечити пікове навантаження вдень і вночі порівняно з HRES із акумулятором. Воно також виявило, що суперконденсатор може заряджатися дуже швидко з низькими значеннями доступної сонячної або вітрової енергії на відміну від акумулятора.

The demand for hybrid renewable energy systems (HRES) is growing nowadays for serving different types of loads. PV and Wind energy resources are complementary. HRES using PV and wind energy sources may increase system reliability for serving a load throughout a year. This paper analyses the cost, feasibility, and reliability of two types of HRES using HOMER software for Haldia, namely, PV/Wind/Battery and PV/Wind/Supercapacitor. These systems are cost-optimized using the net present cost (NPC) of the system and cost of the energy (COE) of the system. The solar radiation, wind speed, the temperature of the site, hourly load, and unit cost of the components of the HRES are given input to the HOMER software. The feasibility of the system is studied for the lowest cost of energy (COE) with different ratios of electricity production from PV and wind energy systems. The reliability of the system is measured in terms of the percentage of the unmet load. It is found that 80:20 and 73:27 share of PV and wind energy production is optimum for PV/Wind/Battery and PV/Wind/ Supercapacitor system respectively for the climatic conditions of Haldia, India. The technical parameter sensitivity and cost sensitivity analysis and the energy management of the system are also reported in this paper. The study revealed that the HRES using supercapacitor can deliver peak load, during the day and night, as compared to a battery. It also depicts that supercapacitor can charge very fast with low values of available solar or wind energy than that of the battery.