Microgrid ya kuchaji EV iliyounganishwa na gridi mahiri, ni mfumo wa nishati unaolenga kukidhi mahitaji ya nishati ya vituo vya kuchaji magari ya umeme kwa kusimamia kwa pamoja uzalishaji wa photovoltaic, nishati ya upepo, mfumo wa kuhifadhi nishati ya betri, kibadilishaji na muunganisho wa gridi wa pande mbili. Utafiti huu unaboresha ukubwa wa mfumo kama huo kwa Riyadh kwa kutumia HOMER Grid; unatathmini upimaji halisi wa nishati (Net Energy Metering, NEM) pamoja na mwitikio wa mahitaji unaotegemea motisha (incentive-based Demand Response, iDR) katika kiwango kimoja cha mfumo, na kuunda mfumo wa tathmini wa vipengele vinne vya 4E: nishati, mazingira, ajira na uchumi.

Utafiti haukutegemea microgrid halisi ya kibiashara iliyosimikwa na kupimwa uwanjani. Uigaji wa mfululizo wa muda wa kideterministiki wa mwaka mmoja wenye saa 8760 ulifanywa kwa kutumia mionzi ya jua, kasi ya upepo, halijoto ya mazingira, mzigo wa umeme wa jamii, tabia ya kuchaji EV, ushuru wa umeme na kukatika kwa gridi. HOMER Grid ililinganisha ukubwa mbalimbali wa PV, turbine za upepo, betri na vibadilishaji; kisha ilipanga usanidi uliokidhi vikwazo vya kiufundi kulingana na suluhisho lenye gharama ya chini zaidi ya jumla ya thamani halisi ya sasa (Total Net Present Cost, TNPC).

Rejea ya pamoja ya ulinganisho ni usanidi wa BES/Conv/Grid ulioboreshwa bila iDR na usio na uzalishaji wa nishati mbadala. TNPC ya mfumo huu ni 2,92 milioni $, na LCOE ya kawaida ya HOMER Grid ni 0,0872 $/kWh. Vyanzo vya nishati mbadala vilipoongezwa bila kutumia iDR, mfumo bora wa PV/WT/BES/Conv/Grid ulipunguza TNPC hadi 1,41 milioni $ na LCOE ya kawaida hadi 0,0470 $/kWh.

Senario ya iDR ilipoongezwa, usanidi bora uliendelea kuwa PV/WT/BES/Conv/Grid; kwa 1531 kW PV, turbine tano za upepo za daraja la 100 kW, vitengo 144 vya betri na uwezo wa kibadilishaji wa 943 kW, TNPC ilihesabiwa kuwa 0,365 milioni $ na LCOE ya kawaida ya HOMER Grid kuwa 0,0287 $/kWh. Thamani hii ya TNPC ni takriban %87,5 chini kuliko rejea ya pamoja inayotegemea gridi; kupungua ikilinganishwa na mfumo bora wa nishati mbadala usiotumia iDR ni takriban %74.

Ufafanuzi wa kawaida wa LCOE wa HOMER Grid hujumuisha pia umeme unaouzwa nje kwenye gridi katika kigawanyo cha nishati ya umeme yenye manufaa. Kwa hiyo, watafiti walihesabu kiashiria kingine cha kihafidhina na, walipoondoa mauzo ya nje kwenye kigawanyo, walipata LCOE ya mfumo bora wa iDR inayohudumia mzigo wa mtumiaji wa mwisho pekee kuwa takriban 0,0372 $/kWh. Thamani hii pia ni takriban %57,3 chini ya rejea ya pamoja ya 0,0872 $/kWh.

Mfumo bora wa iDR ulinunua 443.327 kWh za umeme kutoka gridi kwa mwaka, uliuza nje 856.887 kWh za umeme, na katika modeli ukazalisha takriban 63.128 $/mwaka ya mapato ya iDR. Sehemu ya kawaida ya nishati mbadala ya HOMER ni %88,2, na sehemu ya nishati mbadala inayohudumia mzigo bila kujumuisha mauzo ya nje ni %84,7. Uzalishaji wa CO₂ wa uendeshaji unaotokana na gridi ulipungua kutoka takriban 1826,07 ton/mwaka katika rejea ya pamoja hadi 280,18 ton/mwaka.

Hata hivyo, matokeo ya iDR si mapato ya kibiashara yaliyothibitishwa chini ya ushuru halisi wa iDR wa Saudi Arabia. Katika utafiti, thamani za 10 $/kW-event kwa majira ya joto na 7 $/kW-event kwa majira ya baridi zilitumika kama dhana ya senario. Aidha, “kupunguza mahitaji” katika HOMER hakumaanishi lazima mzigo wa mtumiaji wa mwisho umefungwa kimwili kwa kiasi kilekile; nguvu ambayo hainunuliwi kutoka gridi kutokana na kutoa nishati kutoka betri au uzalishaji wa nishati mbadala wa kwenye eneo pia inaweza kuchangia thamani hii.

Mahitaji ya kuchaji EV yalihifadhiwa katika modeli kama huduma isiyoweza kukatizwa. Kwa hiyo, utekelezaji wa iDR haukupunguza vipindi vya kuchaji EV; katika kituo cha makazi kulikuwa na vipindi 3592 kwa mwaka na katika kituo cha barabara kuu vipindi 7367, na vilibaki vilevile katika senario zote mbili. Upande wa makazi, takriban kipindi 0,2/siku hakikuweza kuhudumiwa kwa sababu ya uwezo usiobadilika wa kuchaji, huku katika kituo cha barabara kuu hakukuwa na kipindi kilichokosekana.

Ili utafiti uweze kuhamishwa kwa nchi tofauti au miradi halisi ya kibiashara, rasilimali za eneo za jua/upepo, ushuru wa kununua na kuuza umeme, sheria za NEM, kanuni halisi za baseline na settlement za iDR, mahitaji ya EV, gharama za betri, viwango vya riba na uaminifu wa gridi lazima zithibitishwe kando. Utafiti hauonyeshi kwamba senario ya Riyadh iliyochunguzwa itatoa matokeo yale yale ya gharama na uzalishaji katika eneo jingine.

Utafiti unajaribu kutatua tatizo gani?

Kuongezeka kwa idadi ya magari ya umeme hakuathiri sekta ya usafiri pekee bali pia gridi ya umeme. Vituo vya kuchaji EV vya nguvu kubwa vinapotumiwa sana katika saa zilezile, nguvu ya kilele inayochukuliwa kutoka gridi inaweza kuongezeka. Matokeo yake yanaweza kuwa uwekezaji mpya wa gridi, tozo kubwa za mahitaji, upungufu wa uwezo na kuongezeka kwa uzalishaji unaotegemea kiwango cha kaboni cha umeme wa gridi.

Mbinu ya utafiti huu ni kujumuisha uzalishaji, uhifadhi, ununuzi na uuzaji wa gridi pamoja na mahitaji yanayobadilika katika tatizo moja la uboreshaji, badala ya kujaribu kutatua tatizo kwa kusakinisha PV zaidi au betri kubwa zaidi pekee.

Pengo la fasihi pia liko hapa. Nishati mbadala, kuchaji EV, NEM au mwitikio wa mahitaji vilishachunguzwa kimoja kimoja hapo awali. Watafiti hawawasilishi mchango wao kama matumizi ya kwanza ya dhana hizi. Mchango mkuu ni kutathmini kwa pamoja NEM, iDR inayotegemea matukio, utendaji wa huduma ya EV, ajira ya moja kwa moja ya mradi na viashiria vya kifedha vinavyoelekezwa kwa mwekezaji ndani ya mfumo mmoja wa kupanga EVCS uliounganishwa na gridi.

Uboreshaji wa 4E Unamaanisha Nini Katika Utafiti Huu?

4E ni mfumo unaotathmini matokeo ya utafiti katika vipengele vya Energy, Environmental, Employment ve Economic, yaani nishati, mazingira, ajira na uchumi; hata hivyo, uboreshaji wa kihisabati una lengo moja na HOMER Grid kimsingi hupunguza TNPC, huku viashiria vingine vya 4E vikitumiwa kulinganisha suluhisho bora na mbadala.

Tofauti hii ni muhimu. Kauli “uboreshaji wa 4E” haimaanishi kwamba malengo manne tofauti yanaboreshwa kwa wakati mmoja. Katika makala, lengo ni kupunguza TNPC; viashiria vya nishati, mazingira na ajira hutumiwa kwa tathmini linganishi ya suluhisho zinazofaa.

Usanifu wa microgrid uliopendekezwa

Mfumo una usanifu mseto wa AC/DC. Uzalishaji wa PV na upepo upande wa AC hulisha mizigo ya jamii na vituo vya kuchaji EV. Mfumo wa kuhifadhi nishati ya betri upande wa DC huunganishwa na mfumo wa AC kupitia kibadilishaji cha pande mbili. Meta mahiri na kiolesura cha gridi huwezesha uagizaji na uuzaji wa umeme pamoja na mawasiliano ya ishara za ushuru na iDR.

Mzigo ulifafanuliwaje katika uchunguzi kifani wa Riyadh?

Mahitaji ya umeme ya jamii yaliigwa kuwa 7 MWh kwa siku, nguvu ya wastani takriban 291 kW na mzigo wa kilele 825,5 kW. Wasifu wa saa wa mwaka ulitolewa kutoka hifadhidata ya OpenEI/NREL na una vilele dhahiri vya majira ya joto vinavyowakilisha hitaji kubwa la kupoza la Riyadh wakati wa kiangazi.

Miundombinu ya EV inawakilisha aina mbili tofauti za matumizi:

Idadi na nguvu za chaja hizi si vigezo vya uamuzi wa uboreshaji; ni ingizo zilizowekwa mapema za uchunguzi kifani. HOMER huboresha ukubwa wa PV, upepo, BES na kibadilishaji.

Uzalishaji wa PV unaigwaje?

Modeli ya uzalishaji wa PV hutumia mionzi ya jua ya kila saa na athari ya halijoto ya seli kwenye nguvu ya moduli. Muundo wa mlinganyo wa msingi wa nguvu katika chanzo ni:

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

\(P_{PV}(t)\) inawakilisha jumla ya nguvu ya PV, \(N_{PV}\) idadi ya moduli za PV, \(P_{PV,r}\) nguvu ya kawaida ya moduli, \(\beta\) mgawo wa derating/upotevu wa thamani, \(H(t)\) mionzi ya jua ya kila saa, na \(\gamma_p\) mgawo wa halijoto.

Katika mlinganyo, uwiano wa mionzi hupima uzalishaji moja kwa moja, huku tofauti ya halijoto ya seli kutoka halijoto ya kawaida ya majaribio ikibadilisha nguvu ya moduli kupitia mgawo wa halijoto. Chanzo pia huhesabu halijoto ya seli kwa Mlinganyo (2), unaojumuisha halijoto ya mazingira, mionzi, hali za NOCT, absorptance, transmittance na ufanisi wa maximum power point.

Moduli iliyotumika kwa modeli ya PV imehusishwa na mfumo wa SMA Sunny Tripower 60-US; nguvu ya kawaida ya PV imetolewa kuwa 60 kWp, ufanisi wa STC %17,3, derating factor %96 na maisha ya PV miaka 25.

Modeli ya turbine ya upepo inafanyaje kazi?

Uzalishaji wa upepo kwanza hutumia kasi ya upepo kwenye urefu wa hub na mkunjo wa nguvu wa turbine. Turbine haitoi umeme chini ya kasi ya cut-in; kati ya cut-in na kasi ya kawaida, nguvu huongezeka kulingana na tabia ya ujazo ya kasi; kati ya kasi ya kawaida na cut-off hufanya kazi kwa nguvu ya kawaida; juu ya cut-off uzalishaji hushuka hadi sifuri kwa sababu za usalama.

Chanzo pia hutumia marekebisho kulingana na msongamano halisi wa hewa:

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

\(\rho_{act}\) inaonyesha msongamano halisi wa hewa na \(\rho_{ref}\) msongamano wa kawaida wa marejeo. Kwa kuwa msongamano huathiri kiasi cha nishati ya kinetiki kinachobebwa na hewa kwa kasi ileile ya upepo, nguvu ya turbine pia hurekebishwa ipasavyo.

Turbine iliyochaguliwa ya Eocycle EOX M-21 ina nguvu ya kawaida ya 100 kW, kasi ya cut-in 2,75 m/s, kasi ya kawaida 17 m/s, kasi ya cut-off 20 m/s, urefu wa hub 32 m na kipenyo cha rota 21 m.

Uwezo wa betri na mizani ya nishati vinaigwaje?

Kwa uwezo wa kawaida wa betri, chanzo hutumia uhusiano ufuatao:

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

\(E_L\) inawakilisha nishati ya mzigo wa kila siku, \(\delta_{DA}\) uhuru wa kila siku unaotakiwa, \(\eta_{Conv}\) ufanisi wa kibadilishaji, \(\eta_{BES}\) ufanisi wa betri na \(DOD_{max}\) kina cha juu kinachoruhusiwa cha kutoa nishati.

Ukipungua ufanisi uliopo kwenye kigawanyo au DOD inayoweza kutumika, uwezo wa kawaida unaohitajika ili kuhudumia mzigo huo huo huongezeka. Hii inaonyesha ukweli kwamba uwezo wote wa kawaida wa betri hauwezi kutumika bila hasara.

Katika hali za kuchaji na kutoa nishati, nishati ya betri husasishwa kulingana na nishati ya hatua ya muda iliyotangulia, upotevu wa kujitoa chaji na tofauti kati ya uzalishaji na mzigo:

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

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

Milinganyo ya chanzo pia inajumuisha ufanisi wa kibadilishaji na BES. Hapa \(\alpha\) ni kiwango cha kujitoa chaji kwa saa.

Modeli ya betri iko katika kiwango cha mfumo. Halijoto ya seli, tabia ya volteji ya kielektrokemia na uharibifu unaotegemea halijoto havijaigwa moja kwa moja. Kemia ya betri pia si kigezo cha uamuzi wa uboreshaji; BES ya Li-ion iliyofafanuliwa mapema hutumika.

Muda wa kuchaji EV unahesabiwaje?

Chanzo kinahusisha wastani wa muda wa kuchaji kwa kugawanya nishati inayotumiwa na EV katika uendeshaji wa kila siku kwa nguvu ya chaja:

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

\(E_{EVch}\) inaonyesha matumizi maalumu ya nishati ya gari kwa kila kilomita katika kWh/km, \(d_{EV}\) umbali wa kila siku katika km na \(P_{EVch}\) nguvu ya kuchaji katika kW. Kwa kuwa kugawa kWh kwa kW hutoa saa, mlinganyo unaendana kipimo na muda wa kuchaji.

Kisha kuwasili na kuondoka kwa magari kwenye kituo hufuatiliwa kwa kila saa kwa Milinganyo (9)-(13). Mizani ya msingi ya magari ni:

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

katika namna hiyo. Nguvu ya EVCS katika kipindi fulani cha muda pia ni zao la idadi ya magari yanayochaji kikamilifu na nguvu ya kuchaji ya gari moja:

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

Je, NEM na iDR ni Utaratibu Uleule wa Mapato?

Hapana. NEM huunda salio la mauzo ya nishati kwa umeme wa ziada ambao microgrid huuza kimwili kwenye gridi, ilhali iDR ni mapato ya motisha yaliyowekwa katika modeli kwa kupunguza nguvu inayohitajika kununuliwa kutoka gridi ikilinganishwa na mstari msingi wa mwitikio wa mahitaji uliobainishwa; mikondo hii miwili ya mapato haipaswi kumaanisha kuuza kiasi kilekile cha umeme mara mbili.

Ushuru katika modeli ya NEM

Katika utafiti, ushuru wa kununua umeme kutoka gridi:

0,085 $/kWh

na ushuru wa kuuza umeme wa ziada kwenye gridi chini ya NEM:

0,024 $/kWh

ulitumiwa.

Kuwa kwa bei ya kuuza chini kuliko bei ya kununua kunafanya iwe muhimu kwa microgrid kuratibu kiuchumi uzalishaji, uhifadhi, matumizi binafsi na mauzo ya nje, badala ya kulenga tu kuzalisha umeme mwingi iwezekanavyo.

Mapato ya iDR yanahesabiwaje?

Mapato katika kila tukio la mwitikio wa mahitaji ni jumla ya zao la kupungua kwa nguvu lililoigwa na kiwango cha motisha:

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

\(\delta DR^{t}_{x,y}\) inawakilisha kupungua kwa nguvu kulikoigwa katika kiwango cha mteja na tukio; \(\kappa^{t}_{x,y}\) inawakilisha bei ya motisha katika $/kW.

Kupungua katika kiwango cha mteja huundwa kutoka tofauti kati ya nguvu ya kabla ya tukio ya vifaa vilivyosajiliwa katika mpango na nguvu yao baada ya udhibiti:

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

Hapa \(Sw\) inawakilisha hali ya udhibiti/uwashaji wa kifaa husika.

Ni mizigo gani inayoshiriki katika iDR?

Chanzo kinatenganisha madaraja matatu ya mizigo:

• Mizigo ya msingi: mizigo isiyoweza kuahirishwa kama taa, jokofu na jiko.
• Mizigo inayonyumbulika kwa muda: mizigo kama mashine ya kufulia, oveni na boiler ambayo inaweza kuhamishwa hadi saa nyingine.
• Mizigo inayodhibitiwa kwa joto: mizigo kama kiyoyozi na hita ya maji ambayo inaweza kuhifadhi nishati ya joto kwa kiwango fulani.

Mizigo ya msingi haikatizwi chini ya iDR. Kwa mizigo inayonyumbulika kwa muda, Mlinganyo (24) hutumia sharti la kutokuwa na mabadiliko ya jumla ya nishati:

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

Yaani, ikiwa mzigo unaondolewa kutoka saa moja, huwekwa tena katika saa nyingine; mahitaji ya jumla ya nishati hayapunguzwi kwa sababu ya iDR pekee.

Ratiba ya senario ya iDR

Motisha hizi hazijawasilishwa kama viwango vya malipo vya iDR vya Saudi Arabia vilivyoidhinishwa kwa sasa. Waandishi wanazitaja kama thamani za senario zilizokubaliwa ili kuchunguza mchango unaowezekana wa kiuchumi wa unyumbufu wa mahitaji.

Je, “Kupunguza Mahitaji” Katika iDR Kwa Kweli ni Kukata Mzigo wa Kimwili kwa Kiasi Kilekile?

Hapana. Katika HOMER Grid, upunguzaji wa iDR ni tofauti kati ya baseline na nguvu inayochukuliwa kwa kweli kutoka gridi wakati wa tukio; tofauti hii yote huenda isitokane na kuzimwa kwa vifaa vya mtumiaji wa mwisho, na utoaji wa nishati kutoka betri au uzalishaji wa PV/upepo wa eneo unaochukua nafasi ya ununuzi kutoka gridi pia unaweza kuchangia thamani ya “grid-purchase reduction”.

Kwa hiyo, kwa mfano, kuripotiwa kwa upunguzaji wa 778 kW katika tukio hakumaanishi kwamba vifaa vya jengo vimezimwa kimwili kwa 778 kW kamili. Chanzo kinasisitiza kwamba katika tukio moja la vuli, baseline peak ilikuwa 778 kW, ununuzi halisi kutoka gridi ulipungua hadi sifuri, na mzigo uliweza kuhudumiwa na uzalishaji wa nishati mbadala wa eneo.

Tofauti hii ni muhimu kwa kutafsiri mapato ya iDR katika utafiti. Modeli hutathmini mwingiliano wa gridi katika kiwango cha mfumo; tabia halisi ya mtumiaji wa mwisho, kiwango cha ushiriki, ucheleweshaji na uwezekano wa kutokujibu tukio havijaigwa kwa njia ya stochastic.

Gharama ya nishati ya gridi inaundwaje?

Katika chanzo, Mlinganyo (17) huondoa mapato ya mauzo ya NEM na mapato ya iDR kutoka gharama ya nishati iliyonunuliwa kutoka gridi katika kipindi cha bili. Muundo wa msingi wa kiuchumi:

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

unaweza kusomwa kwa namna hii. Hapa nishati iliyonunuliwa ni gharama chanya, nishati iliyouzwa nje ni salio la NEM, na iDR ni mkondo tofauti wa motisha ya kifedha.

Uwakilishi huu mfupi umetolewa ili kueleza mantiki ya kiuchumi ya mlinganyo; katika Mlinganyo (17), chanzo pia hufafanua kwa kina misemo ya nishati ya kununua na kuuza pamoja na faharasa za mteja na muda, kuchaji/kutoa nishati kwa betri na ufanisi wa kibadilishaji.

Uboreshaji wa HOMER Grid unaendeleaje hatua kwa hatua?

1. Eneo la Riyadh, data ya hali ya hewa ya kila saa, mizigo, tabia ya EVCS, gharama za teknolojia, maisha ya mradi, punguzo/mfumuko wa bei, NEM, iDR na kukatika kwa gridi huingizwa.
2. Mchanganyiko wa uwezo wa PV, turbine ya upepo, BES na kibadilishaji huundwa.
3. Kila usanidi huigwa kwa mizani ya nishati ya saa 8760 ya mwaka mmoja.
4. Predictive dispatch hutumia mwenendo wa mzigo, PV na ushuru kwa mtazamo wa saa 48 mbele.
5. Kuchaji/kutoa nishati kwa BES, ununuzi/uuzaji wa gridi na usimamizi wa mahitaji huratibiwa.
6. Miundo isiyokidhi vikwazo vya kiufundi kama mizani ya nguvu, mipaka ya uhifadhi na upungufu wa uwezo huondolewa.
7. Gharama ya mzunguko wa maisha, nishati, uzalishaji na viashiria vya ajira vya miundo inayofaa huhesabiwa.
8. Usanidi unaofaa kiufundi wenye TNPC ya chini zaidi huchaguliwa kuwa suluhisho bora.

Je, uboreshaji kwa kweli una malengo mengi?

Hapana. Kazi kuu ya lengo katika makala ni:

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

na ina lengo moja. TNPC hutathmini kwa pamoja thamani za sasa za mikondo ya fedha kama uwekezaji wa awali, uendeshaji na matengenezo ya kila mwaka, mafuta, gharama za uingizwaji na salvage value iliyobaki mwishoni mwa mradi.

Nishati, mazingira, ajira na vipimo vingine vya kiuchumi hutumiwa kutathmini muundo bora na usanidi mbadala; si kazi tofauti na huru za malengo.

Kwa Nini LCOE Inatolewa kwa Njia Mbili Tofauti kama 0,0287 $/kWh na 0,0372 $/kWh?

Kwa sababu LCOE ya kawaida ya HOMER Grid hugawanya gharama ya umeme ya kila mwaka kwa umeme unaotolewa kwa watumiaji wa mwisho pamoja na umeme unaouzwa kwenye gridi, inakuwa 0,0287 $/kWh katika mfumo bora; load-serving LCOE iliyohesabiwa pia na waandishi huondoa mauzo ya nje ya gridi kutoka kwenye kigawanyo na, kwa kuzingatia mzigo wa mtumiaji wa mwisho pekee, huwa 0,0372 $/kWh.

Ufafanuzi wa kawaida wa HOMER katika chanzo:

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

ni kama ifuatavyo.

Kadiri \(E_{grid,sell}\) katika kigawanyo inavyoongezeka, gharama ileile ya kila mwaka inaweza kugawanywa kwa kiasi kikubwa zaidi cha nishati. Kwa hiyo, LCOE ya kawaida ya HOMER ya mfumo wenye mauzo makubwa ya umeme nje inaweza kuwa chini kuliko thamani inayotegemea nishati inayohudumia watumiaji wa mwisho pekee.

Vigezo vya uamuzi na mizani ya nguvu

Uboreshaji huchagua idadi ya vitengo vya PV, idadi ya turbine za upepo, idadi ya betri na uwezo wa kibadilishaji ndani ya mipaka ya chini na ya juu iliyowekwa:

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

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

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

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

Katika kila hatua ya muda, mizani ya nguvu kati ya vyanzo vya nishati na watumiaji wa nishati lazima ihifadhiwe:

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

Upande wa kushoto unawakilisha vyanzo vya nguvu vinavyopatikana wakati huo, na upande wa kulia unawakilisha matumizi/matokeo ya nguvu kama mzigo wa jamii, kuchaji EV, mauzo ya nje na kuchaji betri.

Vikwazo vya betri ya EV

Nishati ya betri ya EV ni jumla ya hali ya awali na nishati mpya ya kuchaji:

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

Nishati lazima ibaki ndani ya mipaka ya chini na ya juu ya SOC:

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

na nguvu ya kuchaji haiwezi kuzidi uwezo wa kimwili wa chaja:

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

Upungufu wa uwezo unapimwaje?

Capacity shortage fraction (CS) ni uwiano wa tofauti kati ya jumla ya nishati inayohitajika na nishati iliyotolewa kwa kweli kwa jumla ya mahitaji:

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

CS inapokaribia sifuri, mahitaji karibu yote hukidhiwa. Thamani inapoongezeka, sehemu ya nishati isiyokidhiwa huongezeka.

Sehemu ya nishati mbadala inahesabiwaje?

Ufafanuzi wa kawaida wa renewable fraction wa HOMER Grid:

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

ni kama ifuatavyo. Katika utafiti huu, umeme unaonunuliwa kutoka gridi umechukuliwa kuwa usio wa nishati mbadala.

Kwa sababu umeme unaouzwa kwenye gridi pia unaingia katika kigawanyo cha fomula hii, chanzo pia kiliripoti thamani ya RF ya kihafidhina zaidi iliyohesabiwa kwa mzigo wa mtumiaji wa mwisho pekee.

Uzalishaji wa CO₂ unahesabiwaje?

CO₂ ya uendeshaji huhesabiwa tu kutokana na umeme unaonunuliwa kutoka gridi na kipengele cha uzalishaji wa CO₂ cha gridi:

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

Wakati \(EF_{CO_2}\) iko katika g/kWh na ununuzi wa gridi uko katika kWh, kugawanya kwa \(10^6\) hubadilisha gramu kuwa tani. Kipengele cha uzalishaji wa CO₂ cha gridi kilichotumika katika utafiti ni 632 g/kWh.

Kwa hiyo, thamani za CO₂ zilizoripotiwa si uzalishaji wa mzunguko wa maisha kutoka utengenezaji wa vifaa vya microgrid; ni uzalishaji wa uendeshaji unaotokana na gridi.

Ajira inahesabiwaje?

Chanzo huhesabu ajira ya moja kwa moja inayohusiana na mradi katika sawa na muda kamili wa kila mwaka kwa kila usanidi. Mlinganyo hujumlisha uwezo uliosakinishwa wa PV, upepo, BES na kibadilishaji; coefficients za construction job-year/MW na O&M jobs/MW·year za kila teknolojia; pamoja na coefficients za nguvu kazi ya ujenzi na uendeshaji wa chaja za Level-2 na DC za haraka:

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

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

Hapa \(T\) ni maisha ya mradi. Thamani ya muda ya job-year inayotokea wakati wa ujenzi hugawanywa kwa maisha ya miaka 25 ili kuibadilisha kuwa ya kila mwaka; ajira ya O&M huongezwa kama kazi inayojirudia kila mwaka.

Kwa hiyo, “49,25 job-years” na “49,25 wafanyakazi wa kudumu” si kitu kimoja. Kiashiria cha wastani cha kila mwaka cha mfumo bora wa iDR ni takriban 1,97 FTE/mwaka.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Dhana kuu za kiuchumi na kiufundi

Ni suluhisho ngapi zilichunguzwa?

Katika uboreshaji bila iDR, suluhisho 1709 ziliigwa na 1450 kati yake zikapatikana kuwa zinawezekana. iDR ilipojumuishwa, suluhisho 1496 ziliigwa na 1429 zikatathminiwa kuwa suluhisho zinazowezekana/zinazofanya kazi.

Ulinganisho wa senario tatu kuu

Kwa nini athari ya iDR kwenye mfumo si “kukata mzigo” pekee?

Mfumo bora wenye iDR ulichagua uwezo mkubwa zaidi wa betri kuliko mfumo bora bila iDR: uliongezeka kutoka vitengo 21 vya betri hadi vitengo 144. Throughput ya kila mwaka ya BES katika mfumo bora wenye iDR ilifikia takriban 360 MWh/mwaka. Katika benchmark ya pamoja ya iDR, throughput ya betri ilikuwa takriban 14 MWh/mwaka.

Hali hii inaonyesha kwamba unyumbufu wa mahitaji, badala ya kumzima mtumiaji pekee, hufanya betri, uzalishaji wa nishati mbadala wa eneo na mwingiliano na gridi kuwa hai zaidi kiuchumi.

Mizani ya nishati ya kila mwaka

Katika mfumo bora, PV inawakilisha takriban 2,99 GWh kwa mwaka au %73,0 ya jumla ya uzalishaji, upepo takriban 0,67 GWh au %16,2, na ununuzi wa gridi 0,44 GWh au %10,8.

Upande wa matumizi/matokeo ya nishati, mzigo wa jamii ni takriban 2,56 GWh/mwaka au %68,2; kuchaji EV ni takriban 0,33 GWh/mwaka au %8,94; na mauzo ya nje kwenye gridi ni takriban 0,86 GWh/mwaka au %22,9.

Sehemu kubwa ya mauzo ya nje inaonyesha kwa nini kuingiza mauzo ya nje katika kigawanyo cha ufafanuzi wa HOMER RF na LCOE ni muhimu.

Mizani ya gridi ya kila mwezi na mapato ya iDR

Mfumo bora ulinunua jumla ya 443.327 kWh za umeme na kuuza 856.887 kWh za umeme kwa mwaka. Ununuzi halisi wa nishati:

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

kwa hiyo mfumo ni muuzaji halisi wa nishati kwa mujibu wa kiasi cha nishati cha kila mwaka.

Katika chanzo, gharama halisi ya nishati ya kila mwaka imetolewa kuwa takriban 17.117 $, huku mapato ya iDR yakiwa takriban 63.128 $; hivyo net utility cost ikawa takriban −46.010 $/mwaka. Alama hasi ina maana ya salio/mapato halisi kwa mwendeshaji wa microgrid.

Hata hivyo, matokeo haya yanapaswa kusomwa pamoja na kikomo kwamba viwango vya motisha za iDR ni dhana ya senario.

Je, utendaji wa huduma ya EV ulibadilika?

Kutobadilika huku si ushahidi wa majaribio kwamba iDR haitaathiri tabia zote za watumiaji wa EV katika ulimwengu halisi. Kwa kuwa katika modeli huduma ya kuchaji EV imefafanuliwa kuwa isiyokatizika na yenye wasifu thabiti wa mahitaji, iDR hubadilisha chanzo na muda wa usambazaji wa nishati; haibadilishi vipindi vya kuchaji.

Matokeo ya kimazingira

SO₂ na NOx hazijumuishwi kama gesi chafu katika makala hii. Chanzo kinaziripoti tofauti kama vichafuzi vya hewa vya eneo.

Matokeo ya ajira

Kipimo cha ajira kinajumuisha tu kazi za EPC, O&M na EVCS zinazohusiana moja kwa moja na mradi. Mnyororo wa usambazaji wa umeme na ajira zisizo za moja kwa moja za kiuchumi hazijumuishwi.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika uchunguzi kifani wa Riyadh uliochunguzwa, ujumuishaji wa uzalishaji wa nishati mbadala na BES ulipunguza TNPC na LCOE ikilinganishwa na rejea ya pamoja inayotegemea gridi.
• Kuongezwa kwa senario ya iDR iliyodhaniwa kulipunguza zaidi TNPC na gharama za uendeshaji za mfumo bora.
• Usanidi bora wa iDR ulikuwa PV/WT/BES/Conv/Grid.
• TNPC ya mfumo bora wa iDR ni 0,365 M$ na LCOE ya kawaida ya HOMER ni 0,0287 $/kWh.
• Load-serving LCOE inayoondoa mauzo ya nje ni 0,0372 $/kWh.
• RF ya kawaida ya HOMER ni %88,2, na load-serving RF inayoondoa mauzo ya nje ni %84,7.
• Ununuzi wa gridi wa kila mwaka ulipungua hadi 443.327 kWh huku mauzo ya nje yakiongezeka hadi 856.887 kWh.
• Katika modeli, ukubwa wa mapato ya iDR kwa mwaka ulikuwa takriban 63.128 $.
• Viashiria vya huduma ya EVCS vilibaki vilevile katika senario zenye iDR na zisizo na iDR.
• CO₂ ya uendeshaji inayotokana na gridi ilipunguzwa kwa takriban %84,7 ikilinganishwa na rejea ya pamoja.
• Katika mfumo bora wa iDR, ajira zinazohusiana moja kwa moja na mradi zilihesabiwa kuwa takriban 1,97 FTE/mwaka au 49,25 job-years/miaka 25.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti

• Haijaonyeshwa kwamba motisha za iDR za 10 $/kW na 7 $/kW ni ushuru halisi wa sasa wa iDR wa Saudi Arabia.
• Haijaonyeshwa kwamba mapato ya iDR ya 63.128 $/mwaka yalipatikana katika kituo halisi cha kibiashara.
• Haijaonyeshwa kwamba mapato ya NEM na iDR yanaweza kutumiwa pamoja katika kila mfumo halisi wa udhibiti.
• Upunguzaji wote wa mahitaji wa HOMER si ukataji wa kimwili wa mzigo wa mtumiaji wa mwisho.
• Utafiti hauigizi tabia ya wateja ya stochastic au kiwango halisi cha ushiriki wa mtu binafsi katika iDR.
• Utafiti hautumii uboreshaji wa robust/stochastic.
• Kutokuwa na uhakika kwa mfumo au uchanganuzi mpana wa unyeti haujakamilishwa katika utafiti huu.
• Ufanisi wa kielektrokemia wa betri unaotegemea halijoto na uharibifu wake haujaboreshwa.
• Hakuna uboreshaji uliofanywa kati ya kemia za LFP, LNMC na LTO.
• Matokeo ya Riyadh hayahakikishi TNPC, LCOE au matokeo ya uzalishaji yale yale kwa jiji au nchi nyingine.
• Matokeo ya CO₂ si alama kamili ya kaboni ya mzunguko wa maisha inayojumuisha utengenezaji wa vifaa.
• 49,25 job-years haimaanishi wafanyakazi 49 wa kudumu.
• Utafiti si utendaji wa muda mrefu wa uwanjani wa microgrid halisi ya kibiashara iliyosimikwa.

Vikwazo vikuu vya utafiti

Muundo wa kideterministiki: Ingawa wasifu wa saa wa jua, upepo, halijoto na mahitaji umetumiwa, uboreshaji rasmi wa robust au stochastic haukutumika.

Tabia ya mteja wa iDR: Ushiriki na mwitikio umechukuliwa kuwa wa kideterministiki; kutoshiriki, kuchelewa au kujibu kwa kiasi tofauti kwa mtumiaji mmoja mmoja hakukuigwa.

Ushuru wa iDR: Thamani za motisha zilizotumika ni dhana ya senario; si mfumo halisi wa settlement wa Saudi.

NEM+iDR revenue stacking: Uhalali halisi wa udhibiti haujathibitishwa na utafiti.

Halijoto ya betri: Licha ya halijoto ya juu ya mazingira ya Riyadh, utendaji wa kielektrokemia wa BES unaotegemea halijoto na usimamizi wa joto haukuigwa kwa kina.

Kemia ya betri: Kemia ya Li-ion si kigezo cha uamuzi.

Uchanganuzi wa unyeti: Utafiti wa kimfumo wa uncertainty/sensitivity kwa ushuru, motisha ya iDR, CAPEX, kiwango cha punguzo, ukuaji wa EV na mabadiliko ya hali ya hewa kati ya miaka umeachwa kwa kazi ya baadaye.

Wigo wa ajira: Ajira zinazohusiana moja kwa moja na mradi pekee ndizo zilizohesabiwa; hakuna ajira zisizo za moja kwa moja wala za mnyororo wa usambazaji wa gridi wa juu ya mnyororo.

Wigo wa mazingira: Uzalishaji wa uendeshaji wa umeme ulionunuliwa kutoka gridi umehesabiwa; tathmini kamili ya mzunguko wa maisha haikufanywa.

Matokeo haya yanapaswa kuhamishwaje kwa nchi nyingine?

Usanifu huu wa mfumo unaweza kutumika kimawazo katika gridi nyingine; hata hivyo, kuhamisha matokeo moja kwa moja si sahihi kisayansi. Katika eneo jipya la matumizi, angalau ingizo zifuatazo zinapaswa kuamuliwa upya:

• wasifu wa kila saa wa jua na upepo,
• halijoto ya mazingira,
• ushuru wa kununua umeme,
• NEM au utaratibu wa malipo ya mauzo ya nje,
• sheria za baseline, eligibility na settlement za iDR,
• marudio na muda wa kukatika kwa gridi,
• tabia ya kuchaji EV na aina za chaja,
• thamani za CAPEX/OPEX za teknolojia,
• viwango vya punguzo na mfumuko wa bei,
• kipengele cha uzalishaji wa gridi,
• coefficients za nguvu kazi za eneo.

Kwa hiyo, utafiti unatoa mfumo wa jumla wa uboreshaji; lakini nambari kama 0,0287 $/kWh au upungufu wa %84,7 wa CO₂ uliopatikana Riyadh si thamani thabiti za ulimwengu wote za mfumo.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

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

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

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio wa chanzo umehifadhiwa bila kubadilishwa.

Mchango sawa: Chanzo hakionyeshi tamko la mchango sawa/uandishi wa kwanza wa pamoja.

Waandishi wanaowajibika: Mohamed E. Zayed na Mohammad A. Abido.

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

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

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

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

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

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

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

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

Jarida: World Electric Vehicle Journal.

Mchapishaji: MDPI, kwa niaba ya World Electric Vehicle Association.

Juzuu / toleo / nambari ya makala: 17 / 9 / 469.

DOI: 10.3390/wevj17090469.

Tarehe ya kuwasilisha: 31 Julai 2026.

Tarehe ya marekebisho: 29 Agosti 2026.

Tarehe ya kukubaliwa: 31 Agosti 2026.

Tarehe ya kuchapishwa: 3 Septemba 2026.

Aina ya chanzo: Makala asili ya utafiti iliyopitiwa na wenzao na yenye ufikiaji wazi; uchunguzi kifani wa uigaji wa mfumo wa nishati na uboreshaji wa kideterministiki wa techno-economic.

Hali ya preprint: Chanzo hakitaji nambari tofauti ya preprint au toleo tofauti la preprint.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Uchunguzi kifani: Riyadh, Saudi Arabia; takriban 24,46° N, 46,44° E.

Programu ya uboreshaji: HOMER Grid.

Aina ya uboreshaji: Uboreshaji wa lengo moja unaotegemea kupunguza TNPC; viashiria vya 4E vimetumika kwa tathmini linganishi.

Azimio la muda: Mfululizo wa muda wa kideterministiki wa mwaka mmoja wenye saa 8760.

Dispatch: Predictive dispatch, mtazamo wa saa 48 mbele.

Mzigo wa jamii: 7 MWh/siku, wastani takriban 291 kW, kilele 825,5 kW.

EVCS: Chaja sita za 12 kW Level-2 AC na chaja nne za haraka za 150 kW Level-3/DC.

Modeli ya PV: Mfumo wa PV unaohusishwa na SMA Sunny Tripower 60-US; mionzi ya jua ya kila saa na halijoto ya mazingira zimetumika.

Modeli ya upepo: Eocycle EOX M-21; turbine ya kawaida ya 100 kW.

BES: Mfumo wa Li-ion uliobainishwa mapema; kawaida 10,2 kWh/kitengo, %96 round-trip efficiency, mpaka wa SOC %20-%100, maisha ya miaka 15. Kemia ya betri si kigezo cha uboreshaji.

Ushuru wa kununua kutoka gridi: 0,085 $/kWh.

Ushuru wa mauzo wa NEM: 0,024 $/kWh.

Senario ya iDR: Majira ya joto 10 $/kW-event, majira ya baridi 7 $/kW-event; hizi si ushuru halisi wa iDR wa Saudi ulioidhinishwa bali ni dhana za uigaji.

Vipengele vya uzalishaji wa gridi: CO₂ 632 g/kWh, SO₂ 2,74 g/kWh, NOx 1,34 g/kWh.

Maisha ya mradi: Miaka 25.

Kiwango halisi cha punguzo: %2,84.

Kiwango cha mfumuko wa bei: %2,10.

Kiwango cha kawaida cha punguzo: %5,00.

Ufadhili: Msaada wa King Fahd University of Petroleum & Minerals; uliungwa mkono na Interdisciplinary Research Center for Sustainable Energy Systems chini ya Grant No. INSE2514.

Upatikanaji wa data: Michango asili ya utafiti imetolewa ndani ya makala; maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa corresponding author.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wameripoti kuwa hawana mgongano wa maslahi.

Tamko la matumizi ya akili bandia: Waandishi wamesema walitumia ChatGPT 5.5 wakati wa maandalizi ili kuboresha lugha na usomaji; walipitia na kuhariri wenyewe maudhui ya mwisho na kubeba jukumu la maudhui yaliyochapishwa.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Kotb M. Kotb na Mohamed E. Zayed; mbinu Kotb M. Kotb na Mohamed E. Zayed; programu Kotb M. Kotb, Mohamed Ghazy na Ahmed S. Menesy; uthibitishaji Mohamed E. Zayed, Mohamed Ghazy, Shafiqur Rahman, Ahmed S. Menesy, Abdulrahman AlKassem na Mohammad A. Abido; uchanganuzi rasmi Kotb M. Kotb, Mohamed E. Zayed na Hassan Z. Al Garni; utafiti Kotb M. Kotb, Ahmed S. Menesy, Abdulrahman AlKassem, Mishaal AlKabi na Mohammad A. Abido; uratibu wa data Mohamed E. Zayed na Mohamed Ghazy; usimamizi Mohammad A. Abido; upatikanaji wa ufadhili ulifanywa na Hassan Z. Al Garni.

Kikomo kikuu cha kimbinu: Matokeo si vipimo vya muda mrefu vya uwanjani vya microgrid halisi iliyosimikwa, bali ni uboreshaji wa mfumo wa kideterministiki uliofanywa kwa HOMER Grid chini ya ingizo za Riyadh. Tabia ya wateja wa iDR na viwango vya motisha vimeigwa kama senario; uchanganuzi mpana wa uncertainty/sensitivity, uharibifu wa betri unaotegemea halijoto na uboreshaji wa chemistry-specific vimeachwa kwa kazi ya baadaye.

Kikomo cha tafsiri ya NEM+iDR: Chanzo huiga mauzo ya NEM na upunguzaji wa ununuzi kutoka gridi kupitia iDR kama mikondo tofauti ya thamani. Hata hivyo, kwa kuwa mfumo halisi wa Saudi wa iDR wa baseline, eligibility na revenue-stacking haukutumika, matumizi ya pamoja hayapaswi kutafsiriwa kama utaratibu wa malipo uliothibitishwa na kanuni halisi.

Kikomo cha tafsiri ya LCOE: 0,0287 $/kWh ni ufafanuzi wa kawaida wa HOMER Grid na unajumuisha mauzo ya umeme nje katika kigawanyo cha nishati. Thamani ya ziada inayozingatia mzigo wa mtumiaji wa mwisho pekee ni 0,0372 $/kWh.

Kikomo cha tafsiri ya ajira: 49,25 job-years ni miaka ya kazi iliyojumlishwa inayohusiana moja kwa moja na mradi; haimaanishi kazi 49 za kudumu za muda wote.

Kikomo cha tafsiri ya mazingira: Thamani ya 280,18 ton/mwaka ya CO₂ ni modeli ya uzalishaji wa uendeshaji unaohusiana na uagizaji wa umeme wa gridi; si alama kamili ya kaboni ya mzunguko wa maisha.