A HYBRIDIZED SMES / BESS OPTIMAL STORAGE SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MASTER_THESIS_SUBMITTED_TRHOUGH_E_PRINT_AT_KFUPM_13_FEB_2018.pdf - Accepted Version Download (1MB) | Preview

Arabic Abstract

مصادر الطاقة البديلة مرشحة للإنتشار بشكل كثيف جداً هذه العقود كما هو مخطط له في جميع خطط الدولة قصيرة وطويلة المدى . الحكومات تشجع وإستثمرت مؤخرا ً مئات الملايين من الدولارات لبحث سبل إستبدال الطاقة التقليدية من الوقود الأحفوري بالطاقة المتجددة والبديلة مثل الرياح والشمس وغيرهما. بالرغم من أن هذه المصادر تمثل نقلة نوعية ومصدر متجدد مهم إلا أنا تعاني من مشاكل الإنقطاع وعدم التنبؤ بسبب الطبيعة الجغرافية . بالرغم من هذه المعوقات إلا إنها يمكن التغلب عليها بإجراءات إحترازية اللتي تزيد من موثوقية الطاقة وتحسن مستوى نقل القدرة الناتجة .على أية حال , البطاريات كانت ولازالت تمثل عنصر مهم لحل مثل هذه المشاكل والتطبيقات نظرا لقلة تكاليفها وسهولة تركيبها وتشغيلها . علاوة على ذلك , هذه التطبيقات تتطلب إستخدام مفرط للبطاريات مما يقلل من جدواها الأقتصادية ويقلل عمرها الإفتراضي ويزيد التكاليف . بالإضافة إلى ذلك , البطاريات توظف في تطبيقات تتطلب كثافة عالية من الطاقة . على الصعيد الآخر , قلة من الباحثين , فكروا في إستخدام نظام التخزين الهجين لتوفير العمل اللازم والتغلب على مشاكل البطاريات التقليدية, والتغلب على الإنقطاع المتكرر للرياح. من هذا المنطلق , سيتم دمج الموصلات فائقة التوصيل المتميزة بالقدرة العالية جداً مع البطاريات التقليدية لتجاوز العقبات المرئية مع البطاريات التقليدية والمشاكل اللتي تصاحب غالبا طاقة الرياح . في هذا البحث سيتم إستخدام طاقة الرياح في معدل دقيقة واحدة , وبما إن طاقة الرياح لايمكن التنبؤ بإستقرارها سيتم إستخدام الدقيقة الواحدة للإشارة لـ سلوك الإضطراب اللحظي .سيتم إستخدام معادلات رياضية مكونة من مراحل متعددة ستحل بواسطة النظام الثوري لسرب الجسيمات المحسن (PSO) لتحديد السعة المثلى والتكلفة الأقل لنظام التخزين الهجين والنظام المستقل. بناءا ً على المرحلة الأولى والكميات المثلى اللتي تنتجها , سيتم إستخدام معادلات ليست خطية لإدارة وتشغيل النظام الهجين والمستقل آخذا ً في الإعتبار بعض القيود المفروض على النظام. في النهاية سيتم إجراء تحليل كمي لأداء البطارية في النظام الهجين المدمج والمستقل لتقييم العرض المقترح في هذه الرسالة . الدراسة المقترحة في هذه الرسالة , نجحت في أن تثبت أن تكاليف النظام المدمج الهجين للوفاء بإلتزامات الشبكة إنخفضت بشكل مذهل مقارنة مع نظام التخزين المستقل المعتمد على البطاريات التقليدية . علاوة على ذلك , النظام الهجين نجح أيضا في أن يطيل عمر البطارية 4 مرات مقارنة مع النظام المستقل .مع العلم أن هذه النتائج قد تكون معرّضة للتغيّر نظراً لتغير المواصفات وتكاليف وسائل التخزين .

English Abstract

Renewable energy resources (RESs) are expected to spread dramatically these decades as planned in every vital vision in the region. Governments motivate the investment to replace fossil fuels with RESs. Although the RESs such as wind or solar provide an alternative and effective measure to conventional fossil fuels power plants, they inherently introduce intermittency which can be overcome by several countermeasures such as Energy Storage Systems (ESSs). Battery Energy Storage System (BESS) has widely been deployed to mitigate such implications due to their low cost and simplicity in operation. Furthermore, such applications require excessive utilization to the BESS which is inadvisable since it leads to storage deterioration. In addition, BESSs are mainly deployed in applications where high energy density capabilities are needed. On the other hand, few researchers have considered hybridizing two storage technologies to provide a valuable approach to alleviate the shortcomings of the BESS and the implication of intermittency. In this perspective, a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) characterized by high power density is hybridized along with BESS to provide an outstanding performance to the issues commonly arise when using an intermittent source. In this thesis, 1-minute averaged wind power is considered. Because the aggregated wind power is highly unlikely to be constant, 1-minute step change will provide the indication to ramping events behavior. A multi-stage optimization model solved by Particle Swarm Optimization (PSO) to allocate the optimal size and cost of the hybrid storage and the stand-alone storage is developed. Upon the optimal quantities that have been optimized, a weighted sum quadratic objective function is developed to efficiently operate the hybrid system taking into account various constraints imposed on the model. A comparative analysis to BESS performance in case of hybrid storage and stand-alone storage is carried out using RainFlow counting method. The proposed work succeeded to prove that, the installation cost of the hybrid storage system to meet grid requirements is a way cheaper than the stand-alone storage to fulfill the same requirements. Furthermore, the control scheme of the hybrid storage system was successful to extend BESS lifetime as much as 4 times compared to the case where a stand-alone storage is deployed. The results are vulnerable to variations as the market trend keeps changing.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	ELAMIN, IBRAHIM M
Committee Members:	ABIDO, MOHAMMAD ALI and KHALID, MUHAMMAD
Depositing User:	IBRAHIM ALOTAIBI (g201309750)
Date Deposited:	22 Feb 2018 06:11
Last Modified:	31 Dec 2020 06:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140645