Акылдуу тармакка туташкан EV заряддоо микротармагы, электр унааларын заряддоо станцияларынын энергия муктаждыгын фотоэлектрдик өндүрүштү, шамал энергиясын, батареялык энергия сактоо системасын, өзгөрткүчтү жана эки багыттуу тармактык байланышты биргелешип башкаруу аркылуу камсыздоону көздөгөн энергия системасы. Бул изилдөө Эр-Рияд үчүн ушундай системанын өлчөмдөрүн HOMER Grid аркылуу оптималдаштырат; таза энергияны эсепке алууну (Net Energy Metering, NEM) стимулга негизделген суроо-талапка жооп берүү менен (incentive-based Demand Response, iDR) бир системалык деңгээлде баалап, энергия, айлана-чөйрө, иш менен камсыз кылуу жана экономикадан турган төрт өлчөмдүү 4E баалоо алкагын түзөт.

Изилдөө чыныгы коммерциялык микротармактын жеринде курулуп, өлчөнүшүнө негизделген эмес. Күн радиациясы, шамалдын ылдамдыгы, айлана-чөйрөнүн температурасы, жамааттык электр жүгү, EV заряддоо жүрүм-туруму, электр тарифтери жана тармактык өчүүлөр колдонулуп, бир жылдык 8760 сааттык детерминисттик убакыт катарларынын симуляциясы жүргүзүлгөн. HOMER Grid ар түрдүү PV, шамал турбинасы, батарея жана өзгөрткүч өлчөмдөрүн салыштырып, техникалык чектөөлөрдү аткарган конфигурацияларды жалпы таза учурдагы наркы (Total Net Present Cost, TNPC) эң төмөн болгон чечимге жараша иреттеген.

Салыштыруулардын жалпы таянычы iDR колдонулбай оптималдаштырылган жана кайра жаралуучу өндүрүштү камтыбаган BES/Conv/Grid конфигурациясы. Бул системанын TNPCси 2,92 миллион $, стандарттуу HOMER Grid LCOEси 0,0872 $/kWh. Кайра жаралуучу булактар кошулуп, iDR колдонулбаганда оптималдуу PV/WT/BES/Conv/Grid системасы TNPCни 1,41 миллион $га жана стандарттуу LCOEни 0,0470 $/kWhге төмөндөткөн.

iDR сценарийи да кошулганда оптималдуу конфигурация кайра эле PV/WT/BES/Conv/Grid болгон; 1531 kW PV, беш даана 100 kW класстагы шамал турбинасы, 144 батарея бирдиги жана 943 kW өзгөрткүч кубаттуулугу менен TNPC 0,365 миллион $, стандарттуу HOMER Grid LCOE 0,0287 $/kWh болуп эсептелген. Бул TNPC мааниси жалпы тармакка көз каранды таянычка салыштырмалуу болжол менен %87,5 төмөн; iDR колдонулбаган оптималдуу кайра жаралуучу системага салыштырмалуу төмөндөө болсо болжол менен %74.

HOMER Gridдин стандарттуу LCOE аныктамасы тармакка экспорттолгон электр энергиясын да пайдалуу электр энергиясынын бөлүүчүсүнө киргизет. Ошондуктан изилдөөчүлөр кошумча консервативдүү көрсөткүчтү эсептеп, экспортту бөлүүчүдөн алып салганда оптималдуу iDR системасынын акыркы керектөөчү жүгүнө гана кызмат кылган LCOEсин болжол менен 0,0372 $/kWh деп тапкан. Бул маани да 0,0872 $/kWh болгон жалпы таянычтан болжол менен %57,3 төмөн.

Оптималдуу iDR системасы жылына 443.327 kWh тармактык электр энергиясын сатып алып, 856.887 kWh электр энергиясын экспорттогон жана моделде болжол менен 63.128 $/жыл iDR кирешесин жараткан. Стандарттуу HOMER кайра жаралуучу энергия үлүшү %88,2, экспортту эсепке албаган жүккө-кызмат кайра жаралуучу үлүшү %84,7. Тармактан келип чыккан операциялык CO₂ эмиссиясы жалпы таянычтагы болжол менен 1826,07 тонна/жылдан 280,18 тонна/жылга төмөндөгөн.

Бирок iDR жыйынтыктары чыныгы Сауд Арабиясынын iDR тарифи боюнча ырасталган коммерциялык кирешелер эмес. Изилдөөдө жай үчүн 10 $/kW-event, кыш үчүн 7 $/kW-event маанилери сценарийдик божомол катары колдонулган. Мындан тышкары, HOMERдеги “суроо-талапты азайтуу” акыркы керектөөчү жүгүнүн дал ошол көлөмдө физикалык өчүрүлүшүн билдирбеши мүмкүн; батареянын разряды же жеринде кайра жаралуучу өндүрүш аркылуу тармактан сатып алынбаган кубат да бул мааниге салым кошо алат.

EV заряддоо талабы моделде үзгүлтүккө учуратылбаган кызмат катары сакталган. Ошондуктан iDR колдонулушу EV заряддоо сессияларын азайткан эмес; турак жай тибиндеги станцияда жылына 3592, автомагистралдык станцияда 7367 сессия эки сценарийде тең бирдей калган. Турак жай тарабында туруктуу заряддоо кубаттуулугунан улам болжол менен 0,2 сессия/күн камсыздалбай калган, ал эми автомагистралдык станцияда өткөрүлүп кеткен сессия болгон эмес.

Изилдөөнү башка өлкөлөргө же чыныгы коммерциялык долбоорлорго өткөрүү үчүн жергиликтүү күн/шамал ресурстары, электр энергиясын сатып алуу жана сатуу тарифтери, NEM эрежелери, чыныгы iDR baseline жана settlement ченемдери, EV талабы, батарея чыгымдары, пайыздык чендер жана тармактын ишенимдүүлүгү өзүнчө текшерилиши керек. Изилдөө каралган Эр-Рияд сценарийи башка аймакта ошол эле чыгым жана эмиссия жыйынтыктарын берерин көрсөтпөйт.

Изилдөө кайсы көйгөйдү чечүүгө аракет кылат?

Электр унааларынын санынын өсүшү транспорт тармагына гана эмес, электр тармагына да таасир этет. Жогорку кубаттагы EV заряддоо станциялары бир эле сааттарда интенсивдүү колдонулганда тармактан алынган чоку кубат өсүшү мүмкүн. Натыйжада жаңы тармактык инвестициялар, жогорку суроо-талап төлөмдөрү, кубаттуулук жетишсиздиги жана тармактык электрдин көмүртек интенсивдүүлүгүнө байланыштуу эмиссиянын өсүшү болушу мүмкүн.

Бул изилдөөнүн ыкмасы көйгөйдү көбүрөөк PV же чоңураак батарея орнотуу менен гана чечүүгө аракет кылбастан, өндүрүштү, сактоону, тармактан сатып алуу-тармакка сатууну жана ийкемдүү суроо-талапты бир оптималдаштыруу көйгөйүнө киргизүү болуп саналат.

Адабияттагы боштук да ушул жерде. Кайра жаралуучу энергия, EV заряддоо, NEM же суроо-талапка жооп берүү буга чейин өз-өзүнчө изилденген. Изилдөөчүлөр өз салымын бул түшүнүктөрдүн биринчи жолу колдонулушу катары көрсөтүшпөйт. Негизги салым NEM, окуяга негизделген iDR, EV кызмат көрсөткүчтөрү, түз долбоордук иш менен камсыз кылуу жана инвесторго багытталган финансылык көрсөткүчтөрдү бир эле тармакка туташкан EVCS пландоо алкагында биргелешип баалоо болуп саналат.

4E Оптималдаштыруу Бул Изилдөөдө Эмнени Билдирет?

4E изилдөөнүн жыйынтыктарын Energy, Environmental, Employment жана Economic, башкача айтканда энергия, айлана-чөйрө, иш менен камсыз кылуу жана экономика өлчөмдөрүндө баалаган алкак; бирок математикалык оптималдаштыруу бир максаттуу болуп, HOMER Grid негизинен TNPCни минималдаштырат, башка 4E көрсөткүчтөрү болсо оптималдуу жана альтернативдүү чечимдерди салыштыруу үчүн колдонулат.

Бул айырмачылык маанилүү. “4E оптималдаштыруу” деген сөз төрт өзүнчө максат функциясы бир убакта оптималдаштырылат дегенди билдирбейт. Макалада максат функциясы TNPCни минималдаштыруу; энергия, айлана-чөйрө жана иш менен камсыз кылуу көрсөткүчтөрү ылайыктуу чечимдерди салыштырмалуу баалоо үчүн колдонулат.

Сунушталган микротармактын архитектурасы

Система AC/DC гибрид архитектурасына ээ. PV жана шамал өндүрүшү AC тарабында жамааттык жүктөрдү жана EV заряддоо станцияларын камсыздайт. Батареялык энергия сактоо системасы DC тарабында эки багыттуу өзгөрткүч аркылуу AC системасына туташат. Акылдуу эсептегич жана тармак интерфейси электр энергиясын импорттоо жана экспорттоо менен катар тариф жана iDR сигналдарынын байланышын камсыздайт.

Эр-Рияддагы окуялык изилдөөдө жүк кантип аныкталган?

Жамааттык электр талабы күнүнө 7 MWh, орточо кубат болжол менен 291 kW жана чоку жүк 825,5 kW деп моделденген. Жылдык сааттык профиль OpenEI/NREL маалымат базасынан алынган жана Эр-Рияддын жайкы жогорку муздатуу муктаждыгын чагылдырган айкын жайкы чокуларды камтыйт.

EV инфраструктурасы колдонуунун эки башка түрүн көрсөтөт:

Бул заряддоочу түзмөктөрдүн саны жана кубаты оптималдаштыруу чечим өзгөрмөсү эмес; окуялык изилдөөнүн алдын ала аныкталган кириш маалыматтары. HOMER PV, шамал, BES жана өзгөрткүч өлчөмдөрүн оптималдаштырат.

PV өндүрүшү кантип моделденет?

PV өндүрүш модели сааттык күн радиациясын жана клетка температурасынын модулдун кубатына тийгизген таасирин колдонот. Булактагы негизги кубат теңдемесинин түзүлүшү төмөнкүдөй:

\[ P_{PV}(t)= \left[1+\gamma_p\left(T_c(t)-T_{c,STC}\right)\right] N_{PV}P_{PV,r}\beta \left(\frac{H(t)}{H_{STC}}\right) \tag{1} \]

\(P_{PV}(t)\) жалпы PV кубатын, \(N_{PV}\) PV модулдарынын санын, \(P_{PV,r}\) номиналдык модул кубатын, \(\beta\) derating/нарк жоготуу коэффициентин, \(H(t)\) сааттык күн радиациясын жана \(\gamma_p\) температура коэффициентин билдирет.

Теңдемеде радиациянын катышы өндүрүштү түздөн-түз масштабдайт, ал эми клетка температурасынын стандарттуу сыноо температурасынан четтөөсү температура коэффициенти аркылуу модулдун кубатын өзгөртөт. Булак ошондой эле клетка температурасын айлана-чөйрө температурасы, радиация, NOCT шарттары, абсорбция, өткөрүмдүүлүк жана максималдуу кубат чекитинин натыйжалуулугун камтыган Теңдеме (2) менен эсептейт.

PV модели үчүн колдонулган модуль SMA Sunny Tripower 60-US системасы менен байланышкан; номиналдык PV кубаты 60 kWp, STC натыйжалуулугу %17,3, derating factor %96 жана PV иштөө мөөнөтү 25 жыл деп берилген.

Шамал турбинасынын модели кантип иштейт?

Шамал өндүрүшү адегенде hub бийиктигиндеги шамал ылдамдыгын жана турбинанын кубат ийри сызыгын колдонот. Турбина cut-in ылдамдыгынан төмөндө өндүрбөйт; cut-in менен номиналдык ылдамдыктын ортосунда кубат ылдамдыктын кубдук жүрүм-турумуна жараша өсөт; номиналдык ылдамдык менен cut-off ортосунда номиналдык кубатта иштейт; cut-off жогору болгондо коопсуздук үчүн өндүрүш нөлгө түшөт.

Булак ошондой эле чыныгы аба тыгыздыгына жараша оңдоо киргизет:

\[ P_{WT}(t)=P_{WT,STP}(t) \left[\frac{\rho_{act}(t)}{\rho_{ref}}\right] \tag{4} \]

\(\rho_{act}\) чыныгы аба тыгыздыгын, \(\rho_{ref}\) стандарттуу таяныч тыгыздыгын көрсөтөт. Тыгыздык бирдей шамал ылдамдыгында абанын алып жүргөн кинетикалык энергия көлөмүнө таасир эткендиктен турбинанын кубаты да ошого жараша оңдолот.

Тандалган Eocycle EOX M-21 турбинасы 100 kW номиналдык кубатка, 2,75 m/s cut-in ылдамдыгына, 17 m/s номиналдык ылдамдыкка, 20 m/s cut-off ылдамдыгына, 32 m hub бийиктигине жана 21 m ротор диаметриге ээ.

Батарея сыйымдуулугу жана энергия балансы кантип моделденет?

Номиналдык батарея сыйымдуулугу үчүн булак төмөнкү байланышты колдонот:

\[ E_{BES,N} = \frac{E_L\delta_{DA}} {\eta_{Conv}\eta_{BES}DOD_{max}} \tag{5} \]

\(E_L\) күнүмдүк жүк энергиясын, \(\delta_{DA}\) керектүү күнүмдүк автономияны, \(\eta_{Conv}\) өзгөрткүчтүн натыйжалуулугун, \(\eta_{BES}\) батареянын натыйжалуулугун жана \(DOD_{max}\) уруксат берилген максималдуу разряд тереңдигин билдирет.

Бөлүүчүдөгү натыйжалуулуктардын же колдонууга боло турган DODдун азайышы ошол эле жүктү камсыздоо үчүн керектүү номиналдык сыйымдуулукту көбөйтөт. Бул физикалык жактан батареянын номиналдык сыйымдуулугунун баарын жоготуусуз колдонууга болбой турганын билдирет.

Заряддоо жана разряд учурларында батарея энергиясы мурунку убакыт кадамындагы энергияга, өзүн-өзү разряддоо жоготуусуна жана өндүрүш-жүк айырмасына жараша жаңыртылат:

\[ E_{BES}(t) = (1-\alpha)E_{BES}(t-1) + [\text{şarj edilen net enerji}] \tag{6} \]

\[ E_{BES}(t) = (1-\alpha)E_{BES}(t-1) - [\text{deşarjla karşılanan net enerji}] \tag{7} \]

Булак теңдемелери өзгөрткүч жана BES натыйжалуулуктарын да камтыйт. Бул жердеги \(\alpha\) сааттык өзүн-өзү разряддоо ылдамдыгы.

Батарея модели системалык деңгээлде. Клетканын температурасы, электрохимиялык чыңалуу жүрүм-туруму жана температурага байланыштуу деградация түздөн-түз моделденген эмес. Батарея химиясы да оптималдаштыруу чечим өзгөрмөсү эмес; алдын ала аныкталган Li-ion BES колдонулат.

EV заряддоо убактысы кантип эсептелет?

Булак EVнин күнүмдүк айдоодо сарптаган энергиясын заряддоочу түзмөктүн кубатына бөлүп, орточо заряддоо убактысын байланыштырат:

\[ t_{EVch} = t^{dep}_{EV}-t^{arr}_{EV} = \frac{E_{EVch}\,d_{EV}} {P_{EVch}} \tag{8} \]

\(E_{EVch}\) унаанын километрге өзгөчө энергия керектөөсүн kWh/km, \(d_{EV}\) күнүмдүк аралыкты km жана \(P_{EVch}\) заряддоо кубатын kW менен билдирет. kWhни kWга бөлүү саат бергендиктен теңдеме өлчөм жагынан заряддоо убактысына шайкеш.

Андан соң унаалардын станцияга келиши жана кетиши Теңдеме (9)-(13) менен саат сайын көзөмөлдөнөт. Негизги унаа балансы:

\[ N_{EV,t} = N_{EV,t-1} + N^{arr}_{EV,t} - N^{dep}_{EV,t} \tag{13} \]

түрүндө. Бир убакыт аралыгындагы EVCS кубаты да активдүү заряддалып жаткан унаалардын саны менен бир унаанын заряддоо кубатынын көбөйтүндүсү:

\[ P_{EVCS,t}=N_{EV,t}P_{EVch} \tag{14} \]

NEM менен iDR Бир Эле Киреше Механизмиби?

Жок. NEM микротармак физикалык түрдө тармакка экспорттогон ашыкча электр энергиясы үчүн энергия сатуу кредитин түзсө, iDR аныкталган суроо-талапка жооп берүү базалык сызыгына салыштырмалуу тармактан сатып алынган кубаттын азайышы үчүн моделденген стимул кирешеси болуп саналат; бул эки киреше агымы бир эле электр көлөмүн эки жолу сатуу дегенди билдирбеши керек.

NEM моделиндеги тарифтер

Изилдөөдө тармактан электр энергиясын сатып алуу тарифи:

0,085 $/kWh

жана NEM алкагында ашыкча электр энергиясын тармакка сатуу тарифи:

0,024 $/kWh

катары колдонулган.

Сатуу баасы сатып алуу баасынан төмөн болушу микротармак үчүн мүмкүн болушунча көп электр өндүрүүдөн көрө өндүрүштү, сактоону, өздүк керектөөнү жана экспортту экономикалык жактан координациялоону маанилүү кылат.

iDR кирешеси кантип эсептелет?

Ар бир суроо-талапка жооп берүү окуясындагы киреше моделденген кубат азайтуунун стимул ченине көбөйтүндүлөрүнүн суммасы:

\[ iDR^{t}_{\$} = \sum_{x=1}^{N_{DR}} \sum_{y=1}^{M_{DR}} \delta DR^{t}_{x,y} \kappa^{t}_{x,y} \tag{15} \]

\(\delta DR^{t}_{x,y}\) кардар жана окуя деңгээлиндеги моделденген кубат азайтууну; \(\kappa^{t}_{x,y}\) болсо $/kW бирдигиндеги стимул баасын билдирет.

Кардар деңгээлиндеги азайтуу программага катталган түзмөктөрдүн окуяга чейинки кубаты менен башкаруудан кийинки кубатынын айырмасынан түзүлөт:

\[ \delta DR^{t}_{x,y} = \sum_{k=1}^{N^{t}_{App}} \left( P^{k,\mathrm{Before},t}_{x,y} - Sw^{k}_{x,y}P^{k,\mathrm{After},t}_{x,y} \right) \tag{16} \]

Бул жерде \(Sw\) тиешелүү түзмөктүн башкаруу/которуу абалын билдирет.

Кайсы жүктөр iDRге катышат?

Булак үч жүк классын бөлүп көрсөтөт:

• Негизги жүктөр: жарыктандыруу, муздаткыч жана меш сыяктуу кийинкиге жылдырылбай турган жүктөр.
• Убакыт боюнча ийкемдүү жүктөр: кир жуугуч машина, меш жана boiler сыяктуу башка саатка жылдырылуучу жүктөр.
• Термалдык жөнгө салынуучу жүктөр: кондиционер жана суу жылыткыч сыяктуу жылуулук энергиясын белгилүү деңгээлде сактай ала турган жүктөр.

Негизги жүктөр iDR алкагында өчүрүлбөйт. Убакыт боюнча ийкемдүү жүктөрдө Теңдеме (24) энергия нейтралдуулугу шартын колдонот:

\[ \sum_{t=1}^{T}\Delta E^{t}_{shift,x}=0,\quad \forall x \tag{24} \]

Башкача айтканда, жүк бир сааттан алынганда башка саатка кайра жайгаштырылат; жалпы энергия муктаждыгы iDRдин өзүнөн улам азайтылбайт.

iDR сценарийинин календары

Бул стимулдар учурда бекитилген Сауд iDR төлөм чендери катары берилген эмес. Авторлор аларды суроо-талаптын ийкемдүүлүгүнүн потенциалдуу экономикалык салымын изилдөө үчүн кабыл алынган сценарийдик маанилер катары аныкташат.

iDRдеги “Суроо-талапты Азайтуу” Чынында Ошол Эле Көлөмдөгү Физикалык Жүк Өчүрүүбү?

Жок. HOMER Gridде iDR азайтуусу базалык сызык менен окуя маалында тармактан иш жүзүндө сатып алынган кубаттын ортосундагы айырма; бул айырманын баары акыркы керектөөчү түзмөктөрүн өчүрүүдөн келип чыкпашы мүмкүн жана батареянын разряды же жериндеги PV/шамал өндүрүшүнүн тармактан сатып алууну алмаштырышы да “grid-purchase reduction” маанисине салым кошушу мүмкүн.

Ошондуктан, мисалы, бир окуяда 778 kW азайтуу билдирилиши имараттагы түзмөктөр физикалык түрдө так 778 kWга өчүрүлгөн дегенди билдирбейт. Булак күзгү бир окуяда baseline peak 778 kW болгонун, тармактан иш жүзүндө сатып алуу нөлгө түшкөнүн жана жүк жериндеги кайра жаралуучу өндүрүш менен камсыздала алганын өзгөчө белгилейт.

Бул айырмачылык изилдөөдөгү iDR кирешелерин чечмелөө үчүн критикалык. Модель системалык деңгээлдеги тармактык өз ара аракеттенүүнү баалайт; чыныгы акыркы керектөөчүнүн жүрүм-туруму, катышуу деңгээли, кечигүүлөр жана окуяга жооп бербөө ыктымалдыктары стохастикалык моделденген эмес.

Тармактык энергия чыгымы кантип түзүлөт?

Булактагы Теңдеме (17) эсептешүү мезгили ичинде тармактан сатып алынган энергиянын наркынан NEM экспорт кирешесин жана iDR кирешесин алып салат. Негизги экономикалык түзүлүш:

\[ C_{grid} = \sum \left( E_{grid,pur}C_{grid}^{buy} - E_{grid,sell}C_{grid}^{sell} \right) - iDR_{\$} \tag{17} \]

түрүндө окулушу мүмкүн. Бул жерде сатып алынган энергия оң чыгым, экспорттолгон энергия NEM кредити, ал эми iDR өзүнчө финансылык стимул агымы.

Бул кыска көрсөтмө теңдеменин экономикалык логикасын түшүндүрүү үчүн берилген; булак Теңдеме (17) ичинде кардар жана убакыт индекстери менен катар батареянын заряд/разрядын жана өзгөрткүчтүн натыйжалуулугун камтыган деталдуу сатып алуу жана сатуу энергия туюнтмаларын да өзүнчө аныктайт.

HOMER Grid оптималдаштыруусу кадам-кадам кантип жүрөт?

1. Эр-Рияд жайгашкан жер, сааттык метеорологиялык маалыматтар, жүктөр, EVCS жүрүм-туруму, технология чыгымдары, долбоордун өмүрү, дисконт/инфляция, NEM, iDR жана тармактык өчүүлөр киргизилет.
2. PV, шамал турбинасы, BES жана өзгөрткүч кубаттуулуктарынын айкалыштары түзүлөт.
3. Ар бир конфигурация бир жылдык 8760 сааттык энергия балансы менен симуляцияланат.
4. Predictive dispatch 48 сааттык алдын ала кароо менен жүк, PV жана тариф тенденцияларын колдонот.
5. BES заряд/разряды, тармактан сатып алуу-тармакка сатуу жана суроо-талапты башкаруу координацияланат.
6. Кубат балансы, сактоо чектери жана кубаттуулук жетишсиздиги сыяктуу техникалык чектөөлөрдү аткарбаган долбоорлор чыгарылат.
7. Ылайыктуу долбоорлордун жашоо циклинин чыгымы, энергия, эмиссия жана иш менен камсыз кылуу көрсөткүчтөрү эсептелет.
8. TNPCси эң төмөн техникалык жактан ылайыктуу конфигурация оптималдуу чечим катары тандалат.

Оптималдаштыруу чындап эле көп максаттуубу?

Жок. Макаладагы негизги максат функциясы:

\[ OF=\min(TNPC) \tag{18} \]

түрүндө бир максаттуу. TNPC баштапкы капиталдык инвестицияны, жылдык эксплуатация жана тейлөөнү, отунду, алмаштыруу чыгымдарын жана долбоордун аягында калган salvage value сыяктуу акча агымдарынын учурдагы маанилерин бирге баалайт.

Энергия, айлана-чөйрө, иш менен камсыз кылуу жана башка экономикалык метрикалар оптималдуу долбоорду жана альтернативдүү конфигурацияларды баалоо үчүн колдонулат; алар өзүнчө көз карандысыз максат функциялары эмес.

Эмне үчүн LCOE 0,0287 $/kWh жана 0,0372 $/kWh болуп эки башка түрдө берилет?

Стандарттык HOMER Grid LCOE жылдык электр чыгымын акыркы колдонуучуларга берилген электрге да, тармакка сатылган электрге да бөлгөндүктөн, оптималдуу системада 0,0287 $/kWh чыгат; авторлор кошумча эсептеген load-serving LCOE болсо тармакка экспортту бөлгүчтөн алып салат жана акыркы колдонуучу жүгүн гана эске алгандыктан 0,0372 $/kWh түзөт.

Булактын стандарттык HOMER аныктамасы:

\[ LCOE= \frac{C_{ann,el}} {E_{load,served}+E_{grid,sell}} \tag{19} \]

түрүндө.

Бөлгүчтөгү \(E_{grid,sell}\) көбөйгөн сайын, ошол эле жылдык чыгым энергиянын чоңураак көлөмүнө бөлүнүшү мүмкүн. Ошондуктан электр экспортунун көлөмү жогору болгон системанын стандарттык HOMER LCOE'си акыркы колдонуучунун жүгүн тейлеген энергияга гана негизделген мааниден төмөн болушу мүмкүн.

Чечим өзгөрмөлөрү жана кубат балансы

Оптималдаштыруу PV бирдиктеринин санын, шамал турбиналарынын санын, батареялардын санын жана өзгөрткүчтүн кубаттуулугун белгиленген төмөнкү жана жогорку чектердин ичинде тандайт:

\[ N^{min}_{PV}\leq N_{PV}\leq N^{max}_{PV} \]

\[ N^{min}_{WT}\leq N_{WT}\leq N^{max}_{WT} \]

\[ N^{min}_{BES}\leq N_{BES}\leq N^{max}_{BES} \]

\[ P^{min}_{Conv}\leq P_{Conv}\leq P^{max}_{Conv} \tag{20} \]

Ар бир убакыт кадамында энергия булактары менен энергия керектөөчүлөрдүн ортосунда кубат балансы сакталууга тийиш:

\[ P_{PV} + P_{WT} + P^{imp}_{grid} + P^{dis}_{BES} = P_{ComL} + P_{EV} + P^{exp}_{grid} + P^{ch}_{BES} \tag{21} \]

Сол тарабы ошол учурда жеткиликтүү болгон кубат булактарын, ал эми оң тарабы жамааттык жүк, EV заряддоосу, экспорт жана батареяны заряддоо сыяктуу кубат керектөөлөрүн/чыгууларынын билдирет.

EV батареясынын чектөөлөрү

EV батареясынын энергиясы мурунку абал менен жаңы заряд энергиясынын суммасы болуп саналат:

\[ E^t_{EV} = E^{t-1}_{EV} + \eta_{EV,ch}\Delta tP^t_{EVch} \tag{25} \]

Энергия минималдуу жана максималдуу SOC чектеринин ичинде калууга тийиш:

\[ E_{EV,R}SOC_{EV,min} \leq E^t_{EV} \leq E_{EV,R}SOC_{EV,max} \tag{26} \]

жана заряддоо кубаты физикалык заряддоочу түзмөктүн кубаттуулугунан ашпоого тийиш:

\[ 0\leq P^t_{EV}\leq P_{EVch} \tag{27} \]

Кубаттуулук жетишсиздиги кантип өлчөнөт?

Capacity shortage fraction (CS) — талап кылынган жалпы энергия менен иш жүзүндө берилген энергиянын айырмасынын жалпы талапка катышы:

\[ CS= \frac{E_{L,tot}-E_{G,tot}} {E_{L,tot}} \tag{28} \]

CS нөлгө жакындаганда талап дээрлик толугу менен канааттандырылат. Маани өскөн сайын камсыз кылынбай калган энергиянын үлүшү көбөйөт.

Кайра жаралуучу энергиянын үлүшү кантип эсептелет?

HOMER Grid'дин стандарттык renewable fraction аныктамасы:

\[ RF= 1- \frac{E_{non-ren}} {E_{load,served}+E_{grid,sell}} \tag{29} \]

түрүндө. Бул изилдөөдө тармактан сатып алынган электр кайра жаралбаган деп кабыл алынган.

Бул формуланын бөлгүчүнө тармакка сатылган электр да киргендиктен, булак акыркы колдонуучу жүгүнө гана карата эсептелген кыйла консервативдүү RF маанисин да билдирген.

CO₂ эмиссиясы кантип эсептелет?

Операциялык CO₂ тармактан сатып алынган электр жана тармактын CO₂ эмиссия фактору аркылуу гана эсептелет:

\[ E_{CO_2} = \frac{EF_{CO_2}}{10^6} \sum_{t=1}^{8760} E_{grid,pur}(t) \tag{30} \]

\(EF_{CO_2}\) g/kWh болуп, тармактан алынган энергия kWh менен берилгенде \(10^6\)'га бөлүү граммды тоннага айлантат. Изилдөөдө колдонулган тармактын CO₂ эмиссия фактору 632 g/kWh.

Ошондуктан билдирилген CO₂ маанилери микротармак жабдууларын өндүрүүдөгү жашоо циклинин эмиссиялары эмес; моделдеги тармактан келип чыккан операциялык эмиссиялар.

Иш менен камсыз кылуу кантип эсептелет?

Булак ар бир конфигурация үчүн долбоор менен түз байланышкан жылдык толук жумуш убактысынын эквивалентиндеги иш менен камсыз кылууну эсептейт. Теңдеме PV, шамал, BES жана өзгөрткүчтүн орнотулган кубаттуулугун; ар бир технологияга тиешелүү construction job-year/MW жана O&M jobs/MW·year коэффициенттерин; ошондой эле Level-2 жана DC тез заряддоочу түзмөктөрүнүн курулуш жана эксплуатация эмгек коэффициенттерин кошот:

\[ JC^{(i)}_{FTE} = \sum_{\kappa\in K} \left( \frac{C_{i,\kappa}\alpha_{\kappa}}{T} + C_{i,\kappa}\beta_{\kappa} \right) + \frac{\alpha_{L2}N_{L2}+\alpha_{DCFC}N_{DCFC}}{T} + f_{L2}N_{L2} + f_{DCFC}N_{DCFC} \tag{31} \]

\[ K=\{PV,WT,BES,Conv\} \]

Бул жерде \(T\) — долбоордун мөөнөтү. Курулушта пайда болгон убактылуу job-year мааниси 25 жылдык мөөнөткө бөлүнүп жылдыкка келтирилет; O&M иш менен камсыз кылуусу болсо жыл сайын кайталануучу жумуш катары кошулат.

Ошондуктан “49,25 job-years” менен “49,25 туруктуу кызматкер” бир эле нерсе эмес. Оптималдуу iDR системасынын орточо жылдык көрсөткүчү болжол менен 1,97 FTE/жыл.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Негизги экономикалык жана техникалык божомолдор

Канча чечим каралды?

iDR колдонулбаган оптималдаштырууда 1709 чечим симуляцияланып, алардын 1450сү ишке жарамдуу деп табылган. iDR кошулганда 1496 чечим симуляцияланып, 1429у ишке жарамдуу/операциялык чечим катары бааланган.

Үч негизги сценарийди салыштыруу

Эмне үчүн iDR'дин системага таасири жөн гана “жүктү өчүрүү” эмес?

iDR'ли оптималдуу система iDR'сиз оптималдуу системага салыштырмалуу кыйла чоң батарея кубаттуулугун тандаган: 21 батарея бирдигинен 144 бирдикке көбөйгөн. BESтин жылдык throughput'у iDR'ли оптималдуу системада болжол менен 360 MWh/жыл деңгээлине жеткен. Жалпы iDR benchmark'ында батареянын throughput'у болжол менен 14 MWh/жыл.

Бул жагдай суроо-талаптын ийкемдүүлүгү керектөөчүнү жөн гана өчүрүүнүн ордуна батареяны, жергиликтүү кайра жаралуучу өндүрүштү жана тармак менен өз ара аракеттенүүнү экономикалык жактан активдүүрөөк кыларын көрсөтөт.

Жылдык энергия балансы

Оптималдуу системада PV жылына болжол менен 2,99 GWh менен жалпы өндүрүштүн %73,0ын, шамал болжол менен 0,67 GWh менен %16,2син, ал эми тармактан алуу 0,44 GWh менен %10,8ин түзөт.

Керектөө/энергия чыгаруу тарабында жамааттык жүк болжол менен 2,56 GWh/жыл менен %68,2; EV заряддоосу болжол менен 0,33 GWh/жыл менен %8,94; тармакка экспорт болсо болжол менен 0,86 GWh/жыл менен %22,9 түзөт.

Экспорттун жогорку үлүшү HOMER RF жана LCOE аныктамаларында экспорттун бөлгүчкө киришинин эмне үчүн маанилүү экенин көрсөтөт.

Айлык тармак балансы жана iDR кирешеси

Оптималдуу система бир жылда жалпысынан 443.327 kWh электр сатып алып, 856.887 kWh электр саткан. Таза энергия сатып алуу:

\[ 443\,327-856\,887=-413\,560\ \mathrm{kWh/yıl} \]

болгондуктан система жылдык энергия көлөмү боюнча таза экспорттоочу абалда.

Булакта жылдык таза энергия төлөмү болжол менен 17.117 $ болсо, iDR кирешеси болжол менен 63.128 $ деп берилген; натыйжада таза utility cost болжол менен −46.010 $/жыл болгон. Терс белги микротармак оператору үчүн таза кредит/киреше дегенди билдирет.

Бирок бул жыйынтык iDR стимул чендери сценарийдик божомол экенин эске алуу менен окулууга тийиш.

EV кызматынын көрсөткүчтөрү өзгөрдүбү?

Бул өзгөрбөстүк iDR реалдуу дүйнөдө бардык EV колдонуучуларынын жүрүм-турумуна таасир этпей тургандыгынын эксперименттик далили эмес. Моделде EV заряддоо кызматы үзгүлтүксүз жана туруктуу талап профилине ээ деп аныкталгандыктан, iDR энергия менен камсыздоонун булагын жана убактысын өзгөртөт; заряддоо сессияларын өзгөртпөйт.

Экологиялык жыйынтыктар

SO₂ жана NOx бул макалада парник газдары катары бириктирилбейт. Булак аларды жергиликтүү абаны булгоочу заттар катары өзүнчө билдирет.

Иш менен камсыз кылуунун жыйынтыгы

Иш менен камсыз кылуу метрикасы долбоор менен түз байланышкан EPC, O&M жана EVCS жумуштарын гана камтыйт. Электр менен камсыздоо чынжыры жана кыйыр экономикалык иш менен камсыз кылуу кирбейт.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Каралган Эр-Рияд кейс-изилдөөсүндө кайра жаралуучу өндүрүш жана BES интеграциясы жалпы тармакка көз каранды эталонго салыштырмалуу TNPC жана LCOE'ни төмөндөттү.
• Божомолдонгон iDR сценарийин кошуу оптималдуу системанын TNPC жана эксплуатациялык чыгымдарын андан ары төмөндөттү.
• Оптималдуу iDR конфигурациясы PV/WT/BES/Conv/Grid болду.
• Оптималдуу iDR системасынын TNPC'си 0,365 M$ жана стандарттык HOMER LCOE'си 0,0287 $/kWh.
• Экспортту алып салган load-serving LCOE 0,0372 $/kWh.
• Стандарттык HOMER RF %88,2, экспортту алып салган load-serving RF %84,7.
• Жылдык тармактан алуу 443.327 kWh'ге чейин төмөндөп, экспорт 856.887 kWh'ге чейин өскөн.
• Моделде iDR кирешесинин жылдык көлөмү болжол менен 63.128 $ болгон.
• EVCS кызмат көрсөткүчтөрү iDR'ли жана iDR'сиз сценарийлерде өзгөрүүсүз калган.
• Тармактан келип чыккан операциялык CO₂ жалпы эталонго салыштырмалуу болжол менен %84,7 азайган.
• Оптималдуу iDR системасында долбоор менен түз байланышкан иш менен камсыз кылуу болжол менен 1,97 FTE/жыл же 49,25 job-years/25 жыл деп эсептелген.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• 10 $/kW жана 7 $/kW iDR стимулдары учурдагы реалдуу Сауд Арабиясынын iDR тарифтери экени көрсөтүлгөн эмес.
• 63.128 $/жыл iDR кирешеси реалдуу коммерциялык объектте алынганы көрсөтүлгөн эмес.
• NEM менен iDR кирешелерин ар бир реалдуу жөнгө салуучу алкакта бирге колдонууга болору көрсөтүлгөн эмес.
• HOMER'деги суроо-талапты азайтуунун баары физикалык акыркы колдонуучу жүгүн өчүрүү эмес.
• Изилдөө стохастикалык кардар жүрүм-турумун же реалдуу жеке iDR катышуу деңгээлин моделдебейт.
• Изилдөө robust/stochastic оптималдаштырууну колдонбойт.
• Системалуу белгисиздик же комплекстүү сезгичтик анализи бул изилдөөдө аяктаган эмес.
• Батареянын температурага көз каранды электрохимиялык натыйжалуулугу жана деградациясы оптималдаштырылган эмес.
• LFP, LNMC жана LTO химияларынын ортосунда оптималдаштыруу жүргүзүлгөн эмес.
• Эр-Рияддагы жыйынтык башка шаар же өлкө үчүн ошол эле TNPC, LCOE же эмиссия жыйынтыгын кепилдебейт.
• CO₂ жыйынтыктары жабдууларды өндүрүүнү камтыган толук жашоо циклинин көмүртек изи эмес.
• 49,25 job-years 49 туруктуу кызматкер дегенди билдирбейт.
• Изилдөө курулган реалдуу коммерциялык микротармактын узак мөөнөттүү талаа көрсөткүчү эмес.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

Детерминисттик түзүлүш: Сааттык күн, шамал, температура жана суроо-талап профилдери колдонулганына карабастан, формалдуу robust же stochastic оптималдаштыруу колдонулган эмес.

iDR кардар жүрүм-туруму: Катышуу жана жооп детерминисттик деп кабыл алынган; жеке колдонуучунун катышпай калышы, кечигиши же башка өлчөмдө жооп бериши моделденген эмес.

iDR тарифи: Колдонулган стимул маанилери сценарийдик божомол; реалдуу Сауд settlement системасы эмес.

NEM+iDR revenue stacking: Реалдуу жөнгө салуучу шайкештик изилдөө тарабынан тастыкталган эмес.

Батарея температурасы: Эр-Рияддын жогорку айлана-чөйрө температурасына карабастан, BESтин температурага көз каранды электрохимиялык көрсөткүчү жана жылуулук башкаруусу кеңири моделденген эмес.

Батарея химиясы: Li-ion химиясы чечим өзгөрмөсү эмес.

Сезгичтик анализи: Тариф, iDR стимулу, CAPEX, дисконт чени, EV өсүшү жана метеорологиялык жылдар аралык өзгөрмөлүүлүк үчүн системалуу uncertainty/sensitivity изилдөөсү келечектеги ишке калтырылган.

Иш менен камсыз кылуунун камтуусу: Долбоор менен түз байланышкан иш менен камсыз кылуу гана эсептелген; кыйыр жана жогорку агымдагы тармактык камсыздоо чынжырынын иш менен камсыз кылуусу жок.

Экологиялык камтуу: Тармактан сатып алынган электрдин операциялык эмиссиялары эсептелген; толук жашоо циклин баалоо жүргүзүлгөн эмес.

Бул жыйынтыктар башка өлкөгө кантип өткөрүлүшү керек?

Бул система архитектурасын башка тармакка концептуалдык жактан колдонууга болот; бирок жыйынтыктарды түздөн-түз көчүрүү илимий жактан туура эмес. Жаңы колдонуу географиясында жок дегенде төмөнкү кириш маалыматтарын кайра аныктоо керек:

• сааттык күн жана шамал профилдери,
• айлана-чөйрө температурасы,
• электр сатып алуу тарифи,
• NEM же экспорт төлөм механизми,
• iDR baseline, eligibility жана settlement эрежелери,
• тармак өчүрүлүшүнүн жыштыгы жана узактыгы,
• EV заряддоо жүрүм-туруму жана заряддоочу түзмөк түрлөрү,
• технологиянын CAPEX/OPEX маанилери,
• дисконт жана инфляция чендери,
• тармак эмиссия фактору,
• жергиликтүү эмгек коэффициенттери.

Ошондуктан изилдөө жалпы оптималдаштыруу алкагын сунуштайт; бирок Эр-Риядда алынган 0,0287 $/kWh же %84,7 CO₂ азайышы сыяктуу сандар универсалдуу система туруктуулары эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Design and Optimization of Smart-Grid-Connected Microgrids for EV Charging Stations Integrating Net Energy Metering and Demand Response.

Авторлор: Kotb M. Kotb; Mohamed E. Zayed; Mohamed Ghazy; Shafiqur Rahman; Hassan Z. Al Garni; Ahmed S. Menesy; Abdulrahman AlKassem; Mishaal AlKabi; Mohammad A. Abido.

Авторлордун ирети: Булактагы ирет өзгөртүүсүз сакталган.

Тең салым: Булакта тең салым/тең биринчи авторлук жөнүндө билдирүү көрсөтүлгөн эмес.

Жооптуу авторлор: Mohamed E. Zayed жана Mohammad A. Abido.

Мекеме 1: Interdisciplinary Research Center for Sustainable Energy Systems (IRC-SES), King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia.

Мекеме 2: Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia.

Мекеме 3: Department of Electrical Engineering, Jubail Industrial College, Jubail, Saudi Arabia.

Мекеме 4: Electrical Engineering Department, Faculty of Engineering, Minia University, Minia, Egypt.

Мекеме 5: Energy, Water, and Sustainable Environment Research Center (EWSERC), American University of Sharjah, Sharjah, United Arab Emirates.

Мекеме 6: Department of Electrical Engineering, Islamic University of Madinah, Madinah, Saudi Arabia.

Мекеме 7: Department of Electrical Engineering, Umm Al-Qura University, Makkah, Saudi Arabia.

Мекеме 8: Electrical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia.

Журнал: World Electric Vehicle Journal.

Басмачы: MDPI, World Electric Vehicle Association атынан.

Том / сан / макала номери: 17 / 9 / 469.

DOI: 10.3390/wevj17090469.

Жөнөтүлгөн дата: 31 Июль 2026.

Кайра кароо датасы: 29 Август 2026.

Кабыл алынган дата: 31 Август 2026.

Жарыяланган дата: 3 Сентябрь 2026.

Булактын түрү: Рецензияланган, ачык жеткиликтүү түпнуска изилдөө макаласы; энергия системасын моделдөө жана детерминисттик techno-economic оптималдаштыруу кейс-изилдөөсү.

Preprint абалы: Булакта өзүнчө preprint номери же өзүнчө preprint версиясы көрсөтүлгөн эмес.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Кейс-изилдөө: Эр-Рияд, Сауд Арабиясы; болжол менен 24,46° N, 46,44° E.

Оптималдаштыруу программасы: HOMER Grid.

Оптималдаштыруу түрү: TNPC минималдаштырууга негизделген бир максаттуу оптималдаштыруу; 4E көрсөткүчтөрү салыштырмалуу баалоо үчүн колдонулган.

Убакыттык чечилиш: Бир жылдык 8760 сааттык детерминисттик убакыт сериясы.

Dispatch: Predictive dispatch, 48 саат алдыга кароо.

Жамааттык жүк: 7 MWh/күн, орточо болжол менен 291 kW, чоку 825,5 kW.

EVCS: Алты даана 12 kW Level-2 AC заряддоочу түзмөк жана төрт даана 150 kW Level-3/DC тез заряддоочу түзмөк.

PV модели: SMA Sunny Tripower 60-US менен байланышкан PV системасы; сааттык күн нурлануусу жана айлана-чөйрө температурасы колдонулган.

Шамал модели: Eocycle EOX M-21; 100 kW номиналдык турбина.

BES: Алдын ала аныкталган Li-ion система; номиналдык 10,2 kWh/бирдик, %96 round-trip efficiency, %20-%100 SOC чеги, 15 жылдык мөөнөт. Батарея химиясы оптималдаштыруу өзгөрмөсү эмес.

Тармактан сатып алуу тарифи: 0,085 $/kWh.

NEM сатуу тарифи: 0,024 $/kWh.

iDR сценарийи: Жайында 10 $/kW-event, кышында 7 $/kW-event; булар реалдуу бекитилген Сауд iDR тарифтери эмес, моделдөө божомолдору.

Тармак эмиссия факторлору: CO₂ 632 g/kWh, SO₂ 2,74 g/kWh, NOx 1,34 g/kWh.

Долбоордун мөөнөтү: 25 жыл.

Реалдуу дисконт чени: %2,84.

Инфляция чени: %2,10.

Номиналдык дисконт чени: %5,00.

Каржылоо: King Fahd University of Petroleum & Minerals колдоосу; Interdisciplinary Research Center for Sustainable Energy Systems тарабынан Grant No. INSE2514 алкагында колдоого алынган.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилдөөнүн түпнуска салымдары макаланын ичинде берилген; кошумча суроолор corresponding author'га жөнөтүлүшү мүмкүн.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Жасалма интеллектти колдонуу жөнүндө билдирүү: Авторлор даярдоо учурунда тилди жана окулууну жакшыртуу максатында ChatGPT 5.5 колдонушканын; акыркы мазмунду өздөрү карап чыгып, редакциялап, жарыяланган мазмун үчүн жоопкерчиликти өздөрүнө алышканын билдиришкен.

Авторлордун салымдары: Концептуалдаштыруу Kotb M. Kotb жана Mohamed E. Zayed; ыкма Kotb M. Kotb жана Mohamed E. Zayed; программалык камсыздоо Kotb M. Kotb, Mohamed Ghazy жана Ahmed S. Menesy; валидация Mohamed E. Zayed, Mohamed Ghazy, Shafiqur Rahman, Ahmed S. Menesy, Abdulrahman AlKassem жана Mohammad A. Abido; формалдуу анализ Kotb M. Kotb, Mohamed E. Zayed жана Hassan Z. Al Garni; изилдөө Kotb M. Kotb, Ahmed S. Menesy, Abdulrahman AlKassem, Mishaal AlKabi жана Mohammad A. Abido; маалыматтарды курациялоо Mohamed E. Zayed жана Mohamed Ghazy; көзөмөл Mohammad A. Abido; каржылоону алуу Hassan Z. Al Garni тарабынан жүргүзүлгөн.

Негизги ыкмалык чек: Жыйынтыктар реалдуу курулган микротармактын узак мөөнөттүү талаа өлчөөлөрү эмес, Эр-Рияд кириш маалыматтары астында HOMER Grid менен жүргүзүлгөн детерминисттик системалык оптималдаштыруу. iDR кардар жүрүм-туруму жана стимул чендери сценарий катары моделденген; комплекстүү uncertainty/sensitivity анализи, температурага көз каранды батарея деградациясы жана chemistry-specific оптималдаштыруу келечектеги ишке калтырылган.

NEM+iDR чечмелөө чеги: Булак NEM экспортун жана iDR аркылуу тармактан сатып алуунун азайышын өзүнчө нарк агымдары катары моделдейт. Бирок реалдуу Сауд iDR baseline, eligibility жана revenue-stacking алкагы колдонулбагандыктан, аларды бирге колдонуу реалдуу мыйзам тарабынан тастыкталган төлөм механизми катары чечмеленбеши керек.

LCOE чечмелөө чеги: 0,0287 $/kWh — стандарттык HOMER Grid аныктамасы жана ал электр экспортун энергия бөлгүчүнө камтыйт. Акыркы колдонуучу жүгүн гана эске алган кошумча маани 0,0372 $/kWh.

Иш менен камсыз кылууну чечмелөө чеги: 49,25 job-years — долбоор менен түз байланышкан топтолмо иш-жыл; 49 туруктуу толук убакыттагы жумуш дегенди билдирбейт.

Экологиялык чечмелөө чеги: 280,18 ton/жыл CO₂ мааниси тармактык электр импортунан келип чыккан операциялык эмиссия модели; толук жашоо циклинин көмүртек изи эмес.