QUYOSH FOTOELEKTR STANTSIYASIGA EGA BO‘LGAN KORXONALARNING YUKLAMA GRAFIKLARINI OPTIMALLASHTIRISH Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

TEXNOLOGIYA

UDK 621.311.016

QUYOSH FOTOELEKTR STANTSIYASIGA EGA BO'LGAN KORXONALARNING YUKLAMA GRAFIKLARINI OPTIMALLASHTIRISH

Abdullaev Elnur Axmatovich Jizzax politexnika instituti, Dotsent v.b. Email: elnurabdullayev6229@gmail.com

Annotatsiya. Ushbu maqolada quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan korxonalarning yuklama grafiklarini optimallashtirish masalasining matematik modeli ishlab chiqilgan. Ishlab chiqilgan matematik model va optimallashtirish algoritmidan foydalanib korxonaning yuklama grafigini optimallashtirish hisobiga qo'shimcha iqtisodiy samaradorlikni ta'minlash mumkinligi ko'rsatilgan.

Аннотация. В данной статье разработана математическая модель задачи оптимизации графиков нагрузок предприятий с солнечными фотоэлектрическими станциями. Разработанная математическая модель и алгоритм оптимизации показывают, что оптимизация графиков нагрузки предприятия может обеспечить дополнительную экономическую эффективность.

Abstract. In this article, a mathematical model of the problem of optimization of load graphs of enterprises with solar photoelectric power plants has been developed. The developed mathematical model and optimization algorithm show that optimizing the enterprise's load graphs can provide additional economic efficiency.

Kalit so'zlar: quyosh fotoelektr stantsiyasi, optimallashtirish, yuklama grafigi, matematik model, samaradorlik.

Ключевые слова: солнечная фотоэлектрическая станция, оптимизация, график нагрузки, математическая модель, эффективность.

Key words: solar photovoltaic power plant, optimization, load graph, mathematical model, efficiency.

KIRISH

So'ngi yillarda fotoelektr stantsiyalarga asoslangan elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi texnologiyalarni rivojlantirish, ulardan oqilona foydalanish va ularni elektr energika tizimlariga optimal integratsiyalashga bag'ishlangan ko'plab ilmiy ishlar paydo bo'ldi. Ular ushbu yo'nalishdagi tadqiqot va amaliy ishlarni rivojlantirish uchun muhimdir. SHu bilan birga barcha ta'sir etuvchi va cheklovchi omillarni hisobga olgan holda fotoelektr stantsiyalarning optimal parametrlarini aniqlashning usul va algoritmlarini yetarli darajada rivojlangan deb bo'lmaydi. Muammolardan biri qayta tiklanuvchan energiya manbalarida ishlovchi elektr stantsiyalariga ega bo'lgan iste'molchilar uchun elektr energetika tizimiga nisbatan optimal yuklama grafigini aniqlash bilan bog'liq. SHu bilan bir qatorda, hozirda korxonalarga o'rnatilayotgan quyosh panellari ishonchli ishlashini ta'minlash uchun akkumulyator batareyalaridan foydalanish ham keng qo'llanilib kelinmoqda. Bu o'z navbatida ushbu tizimlarning yuklama grafigini optimal rejalashtirish kabi muammolarni yuzaga keltirdi. Bunday vaqtlarda qayta tiklanuvchan energiya manbalarida ishlovchi elektr stantsiyalaridan oqilona foydalanish uchun ma'lum vaqtlarda energiyani to'plash va quvvat defitsiti mavjud bo'lgan vaqtlarda iste'molchilarga berish uchun hizmat qiladigan akkumulyator batareyalaridan foydalanish mumkin [1,2]. Boshqa tomondan, akkumulyator batareyalaridan foydalanish quyosh fotoelektr stantsiyalarini qurish va ulardan foydalanish bilan bog'liq iqtisodiy xarajatlarni keskin oshishiga olib kelishi mumkin. SHuning uchun akkumulyator batareyalarini bunday qurilmalarda foydalanish maqsadga muvofiqligi

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

tegishli optimallashtirish muammolarini yechish asosida aniqlanadi.

Quyosh fotoelektr stantsiyasidan oqilona foydalanish, elektr ta'minotining ishonchl iligini oshirish va iqtisodiy jihatdan foydali bo'lgan variantlarni tanlash maqsadida majud sharoitlarda korxonalar elektr energetika tizimiga ham ulanadi. Elektr energetika tizimidan olinayotgan energiya tarifining sutka davomida o'zgaruvchanligi sharoitida korxona o'zining sutkalik optimal yuklama grafigini ishlab chiqishi maqsadga muvofiqdir. Bunday masalani hal etish umumiy holatda tenglik va tengsizlik ko'rinishidagi oddiy, funktsional va integral chegaraviy shartlarni hisobga olgan holda optimallash masalasini yechishni talab etadi.

Mavjud adabiyotlar tahlili bunday masalalarni tegishli matematik modellardan foydalanish asosida hal qilishning qat'iy usul va algoritmlari mavjud emasligini ko'rsatadi. [3] da quyosh va shamol energiyasiga asoslangan avtonom elektr ta'minoti tizimini optimallashtirish muammosi ko'rib chiqilgan. [4] da taqsimlovchi elektr tarmoqlarida akkumulyatorli quyosh fotoelektr stantsiyalarining joylashishini va parametrlarini optimallashtirish muammolarini hal qilishning matematik modellari va usullari taklif qilingan. Biroq, ushbu maqolada ko'rib chiqilgan muammoni samarali hal qilish uchun ularni to'g'ridan-to'g'ri ishlatish tegishli qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi. [5] da ushbu davr uchun zarur bo'lgan elektr energiyasi miqdorini o'zgartirmasdan ma'lum oraliqda bir sutka davomida yuklamalarni individual oraliqlarda tartibga solish imkoniyatini ta'minlash sharoitida iste'molchilarning yuklama jadvallarini optimallashtirish algoritmi tasvirlangan. U faqat maxsus holatlarda ko'rib chiqilayotgan muammoni hal qilish uchun ishlatilishi mumkin.

NATIJALAR

Korxonada o'rnatilgan quyosh fotoelektr stantsiyasi elektr energiyasi ishlab chiqaruvchi quyosh panellaridan tashqari fotoelektr stantsiyada hosil bo'layotgan quvvatni boshqaruvchi va o'zgarmas tokni o'zgaruvchan tokka aylantirib beruvchi qurilma - gibrid invertorlar, stantsiya ish rejimi parametrlarini kuzatuvchi monitor tizimi kabi qo'shimcha uskunalarni o'z ichiga oladi. Bu uskunalar qatoriga ishlab chiqarilayotgan elektr energiyasidan oqilona foydalanish uchun qo'llaniluvchi akkumulyator batareyasini ham kiritish mumkin.

1-rasm. Elektr energetika tizimiga ulangan quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan iste'niolchining elektr ta'minoti printsipial sxemasi

Akkumulyator batareyasi o'rnatilgan quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega korxonaning yuklama grafigini ushbu stantsiya va elektr energetika tizimi yordamida optimal qoplash

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

masalasini ko'rib chiqamiz. 1-rasmda elektr energetika tizimiga ulangan quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan iste'molchining elektr ta'minoti printsipial sxemasi keltirilgan.

Ushbu muammoni hal qilishda akkumulyator batareyasining elektr sig'imi W, rejalashtirilgan kun uchun iste'molchining yuklama grafigi Pi(t), elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiyasining sotib olish tarifi Ct, quyosh fotoelektr stantsiyasining quvvat grafigi PPV(t), akkumulyator batareyasini zaryadlashning minimal va maksimal chegaraviy quvvatlari (razryadlanish quvvati manfiy belgi bilan olinadi) ma'lum ma'lumotlar hisob lanadi. Masalani yechish natijasida aniqlanuvchi noma'lumlar bo'lib quyosh fotoelektr stantsiyasi iste'molchiga beruvchi optimal aktiv quvvat grafigi Po.PV(t), elektr energetika tizimidan olinuvchi optimal aktiv quvvat grafigi (is'temolchining elektr energetika tizimiga nisbatan optimal yuklama grafigi) PPs(t) va akkumulyator batareyasining optimal zaryadlash/razryadlanish quvvatlari grafigi Pb.pv(0 hisoblanadi.

Ushbu masalani hal qilish uchun optimallashtirish masalasining quyidagi ko'rinishdagi matematik modeli taklif etiladi. Unga ko'ra minimallashtiriluvchi maqsad funktsiyasi bo'lib sutka davomida quyosh fotoelektr stantsiyasi va elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiya bilan bog'liq bo'lgan umumiy xarajatlari funktsiyasi hisoblanadi [6-8]:

5 = £ [CP* + ßPoP v min (1)

t=i

bu yerda, G - sutkaning /- soatida elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiyaning narxi (tarif); PpS* - sutkaning /- soatida elektr energetika tizimidan olinuvchi aktiv

quvvat; Pç~pV - sutkaning /- soatida quyosh fotoelektr stantsiyasi beruvchi aktiv quvvat; ß -

quyosh modullari va unga xizmat qiluvchi uskunalarni ishlab chiqarish, o'rnatish, foydalanish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini o'z ichiga olgan koeffitsient hisoblanadi [9]. CHegaraviy shartlar

Sutkaning har bir soatida iste'molchilarning quvvat balansi bo'yicha:

Pps +P£lv =P(t), t = 1,2,...,24 (2)

Sutkaning har bir soatida quyosh fotoelektr stantsiyasining akkumulyator batareyasini zaryadlash/razryadlnish kuvvatini e'tiborga olgan holatdagi quvvati bo'yicha:

p(t) _ p(t) — p(t) f — 1 9 94

1 pv 1 b.pv 1 g.pv, 1 1, 2, ..., 24 (3)

Akkumulyator batareyasining mumkin bo'lgan maksimal zaryadlanish (razryadlanish) quvvati bo'yicha (razryadlanish manfiy ishora bilan olingan):

— pb.pv.max — pb.pv — pb.pv.max, t ~ 1 2, .", 24 (4)

Sutkaning har soatida quyosh fotoelektr stantsiyasining invertorini maksimal quvvati bilan belgilanadigan cheklangan quvvati bo'yicha:

0 — P(t ) — P(t ) t = 1 2 24 (5)

0 — 1 G.PV — 1 G.PV.max, 1 1, 2, ...,24 (5)

Akkumulyator batareyasining sig'imi bo'yicha

Wbal1V + Z № - 1Gk1V ]* Atk — W1V, t = 2,3,..., 24 (6)

k=1

bu yerda: /¿/-sutkaning /-soatida quyosh fotoelektr stantsiyasining aktiv quvvati; P^ sutkaning /-soatida iste'molchining umumiy aktiv quvvat yuklamasi; i,jg.pv.mM-akkuinulyator batareyasining mumkin bo'lgan maksimal zaryadlanish yoki

razryadlanish quvvati; -sutk an i ng /-soatida quyosh fotoelektr stantsiyasi tomonidan

iste'mol uchun ishlab chiqarish mumkin bo'lgan maksimal quwat; Wpv-quyosh fotoelektr

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

stantsiyasida o'rnatilgan akkumulyator batareyasining elektr sig'imi; WbaimPV - quyosh fotoelektr stantsiyasiga o'rnatilgan akkumulyator batareyasining oldingi kundan qolgan elektr zaryadi.

Ushbu modelda, ishlab chiqarish quvvatidan qat'iy nazar, quyosh fotoelektr stantsiyasida ishlab chiqariluvchi elektr energiyaning narxi o'zgarmas deb qabul qilingan.

Hosil bo'lgan matematik modelda maqsad funktsiyasi va chegaraviy shartlar chiziqli ko'rinishda bo'lganligi sababli uni yechish mos chiziqli dasturlash usullaridan Simpleks algoritmi yordamida amalga oshiriladi.

MUHOKAMA

Taklif etilayotgan matematik modellar va ko'rib chiqilayotgan muammoni hal qilish algoritmining samaradorligi akkumulyator batareyasiga ega bo'lgan quyosh fotoelektr stantsiyasi o'rnatilishi rejalashtirilgan "Do'stlikdonmaxsulotlari" AJning yuklama grafigini optimallashtirish misolida tadqiq qilindi. 1-jadvalda iste'molchining sutkalik yuklama grafigi, quyosh fotoelektr stantsiyasining sutkalik ishlab chiqaruvchi quvvati, elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiyasining sotib olish hamda quyosh fotoelektr stantsiyasida ishlab chiqariluvchi elektr energiyasini elektr energetika tizimiga sotish tariflari keltirilgan. Ushbu o'zgaruvchan tarif bugungi kunda Jahonning ko'plab rivojlangan mamlakatlarida sutka davomida tarifning o'zgarishiga proportsional ravishda aniqlangan. Akkumulyator batareyasining elektr sig'imi Wpv=600 kVt-soat. O'tkan kundan akkumulyator batareyasidagi qoldiq energiya Wbal.PV=120 kVt-soat. Akkumulyator batareyasining mumkin bo'lgan maksimal zaryadlash/razryadlanish quvvati PB.PV.max=100 kVt. Bugungi kunda O'zbekiston Respublikasida mavjud fotoelektr stantsiyalardan olinuvchi elektr energiyaning narxi 0,023 $/kVt-soat [10]. Bunday stantsiyada akkumulyator batareyasi o'rnatilgan holatda u uchun sarflanuvchi kapital xarajatlar bugungi kunda 40-60% ga ortiqcha baholanmoqda. Bundan tashqari qo'rg'oshin-kislotali akkumulyator batareyasidagi isroflar taxminan 20% ni tashkil etadi. Bunday sharoitda ishlab chiqariluvchi elektr energiyaning narxi ham proportsional ravishda oshadi. Yuqoridagi holatlarni e'tiborga olib, bunday stantsiyadan olinuvchi elektr energiyaning narxini 52% ga oshirish orqali 0,035 $/kVt-soat qabul qilish mumkin [10].

1-jadval

Iste'molchining kunlik yuklamasi , QFES quvvati, elektr energiyasini sotish va sotib olish

narxalari

t,soat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

p(t) 1 L kVt 70 70 70 70 70 70 70 200 200 200 200 200

pit) PPV kVt 0 0 0 0 0 40 70 90 100 130 150 180

Ct, $/ kVt-s 0,036 0,036 0,036 0,036 0,036 0,036 0,036 0,087 0,087 0,087 0,064 0,064

t,soat 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

p(t) 1 L kVt ' 200 200 200 200 200 200 200 70 70 70 70 70

pit) PPV kVt 200 200 200 180 160 150 120 50 0 0 0 0

Ct, $/ kVt-s 0,064 0,064 0,064 0,064 0,087 0,087 0,087 0,087 0,087 0,064 0,064 0,036

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

Quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan korxonalarning yuklama grafiklarini optimallashtirish masalasining matematik modelidan foydalangan holda optimallashtirish algoritmining samaradorligini ko'rib chiqamiz. 2-jadval va 2-3- rasmlarda ko'rib chiqilayotgan model va tanlangan optimallash usuli yordamida optimallashtirish natijalari keltirilgan, ya'ni quyosh fotoelektr stantsiyasi beruvchi aktiv quvvat PG.pv(t) va elektr energetika tizimidan olinuvchi aktiv quvvat Pps(t) larning optimali, xamda akkumulyator batareyasining optimal zaryadlanishi Pch.pv(t) yoki razryadlanish Pdch.pv(t) grafiklari keltirilgan. Bu yerda akkumulyator batareyasining zaryadlanish quvvati musbat va razryadlanish quvvati manfiy ishora bilan keltirilgan. Quyosh fotoelektr stantsiyasi beruvchi va elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiyasining kunlik umumiy qiymati 137,01 AQSH dollarini tashkil qiladi.

2-jadval.

Iste'molchi, QFES, elektr energetika tizimi va akkumulyator batareyalarining

t, soat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

p(t) PL kVt 70 70 70 70 70 70 70 200 200 200 200 200

p(t) PPS kVt 70 70 70 70 70 70 70 110 60 0 150 0

P(t ) P G.PV kVt 0 0 0 0 0 0 0 90 140 200 50 200

pit) PPV kVt 0 0 0 0 0 40 70 90 100 130 150 180

P it ) ch. pv kVt 0 0 0 0 0 40 70 0 0 0 100 0

P it ) dch. pv kVt 0 0 0 0 0 0 0 0 -40 -70 0 -20

t, soat 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

p(t) P L kVt 200 200 200 200 200 200 200 70 70 70 70 70

p(t) PPS kVt 100 100 100 40 0 0 0 0 0 0 0 70

pit ) P G.PV kVt 100 100 100 160 200 200 200 70 70 70 70 0

pit) PPV kVt 200 200 200 180 160 150 120 50 0 0 0 0

P it ) ch. pv kVt 100 100 100 20 0 0 0 0 0 0 0 0

P it ) dch. pv kVt 0 0 0 0 -40 -50 -80 -20 -70 -70 -70 0

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali

5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

~i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-T

□ Yu Warna

□ Elaktr energetika

□ Quyosh fotoelektr stanaryasi beruvchi quwat Z] Quyosh fbtoeleklr stansiyasining quvyati

4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

2-rasm. QFESning quvvat berish va korxonaning elektr energetika tizimiga nisbatan

optimal yuklama grafiklari

~l-1-1-1-r

lAkkumulyator batareyaslnlng zaiyadlanlah quwall BAkkumulyator bataiayaaining razryedlaniah quwati

J_I_I_I_L_

_l_I_I_I_L_

J_I_I_I_I_L_

J_I_I_L

4 5 6 7

10 11 12 13 14 15 16 17 18 Vaqt/soat

20 21 22 23 24

3-rasm. QFESga o'rnatilgan akkumulyator batareyasining zaryadlanish va razryadlanish

diagrammalari

Natijalarni taqqoslash uchun 3-jadvalda korxonaning yuklama grafiklari optimallashtirilmagan holatdagi quvvatlari keltirilgan. Bunday holatda quyosh fotoelektr stantsiyasi va elektr energetika tizimidan olinuvchi elektr energiyasi bilan bog'liq bo'lgan sutkalik umumiy xarajatlar 148,6 AQSH dollarini tashkil qiladi.

3-jadval

Korxonanin g optimallasht tirilma gan yuk ama grafigi

t, soat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

p(t) P L kVt ' 70 70 70 70 70 70 70 200 200 200 200 200

pit) kVt' 70 70 70 70 70 30 0 110 100 70 50 20

pit) P PV , 0 0 0 0 0 40 70 90 100 130 150 180

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

kVt

t, soat 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

p(t) PL kVt ' 200 200 200 200 200 200 200 70 70 70 70 70

p(t) PPS kVt ' 0 0 0 20 40 50 80 20 70 70 70 70

pit ) PPV kVt 200 200 200 180 160 150 120 50 0 0 0 0

SHunday qilib, ishlab chiqilgan matematik model va algoritmdan foydalanish asosida iste'molchining yuklama grafiklarini optimallashtirish hisobiga erishiluvchi iqtisodiy samaradorlik 7,8 % ni tashkil etdi.

XULOSA

Quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan korxonalarning yuklama grafiklarini optimallashtirish masalasining matematik modeli va uni yechishning samarali algoritmi taklif etildi.

Sutka davomida elektr energiyasining tarifi o'zgaradigan sharoitda quyosh fotoelektr stantsiyasi va elektr energetika tizimi yuklama grafiklarini optimallashtirish orqali salmoqli iqtisodiy samaradorlikka erishish mumkinligi aniqlandi.

Quyosh fotoelektr stantsiyasiga ega bo'lgan korxonalarda ishlab chiqarilayotgan elektr energiyasini ma'lum vaqtlarda batareyalarga yig'ish va berish iqtisodiy jihatdan samarali bo'lishi mumkinligi ko'rsatildi

ADABIYOTLAR

1. Xing, H., Cheng, H., Zhang, Y. and Zeng, P. (2016). Active distribution network expansion planning integrating dispersed energy storage systems. IET Generation, Transmission & Distribution. 10(3). - pp. 638-644.

2. Padmanabhan, N., Ahmed, M. and Bhattacharya, K. Battery Energy Storage Systems in Energy and Reserve Markets. IEEE Transactions on Power Systems. . - (2019). - pp. 1-12.

3. Harpreet kaur Channi1,Surbhi Gupta2,Arvind Dhingra3. Optimization and simulation of a solar-wind hybrid system using HOMER for Rural Electrification. International Journal of Advanced Science and Technology, 29(10s). - (2020). - pp. 2108-2116.

4. Akbari-Dibavar A., Nojavan S., Zare K.. Optimal Sitting and Sizing of Energy Storage Systems in a Smart Distribution Network Considering Network Constraints and Demand Response Program. Journal of Energy Management and Technology, 3(2). - 2019. - pp. 14-25.

5. Gayibov, T.Sh., Reymov, K.M., Optimal Planning of Short-Term Modes of Power Systems with Control of Loads of Electric Consumers and Taking into Account of Network Factor. European Science Review. 3(9-10). - 2017. - pp. 86-91.

6. Gayibov T.Sh., Uzakov B.A., Abdullaev E.A. Optimization of loading schedules of consumers with own stations on the basis of renewable energy sources. Journal of critical reviews. - 2020. - pp. 1738-1742.

7. Tulkin Gayibov., Elnur Abdullaev. Optimization of daily operation mode of photovoltic systems of enterprises. E3S Web of Conferences 264, 04063 (2021) CONMECHYDRO - 2021. - pp. 1-8.

8. Gayibov T.SH., Abduddaev E.A. Fotoelektr stantsiya va dizel generatoriga ega bo'lgan avtonom elektr tizimining sutkalik ish holatini optimallash. Energiya va resurs tejash muammolari, №1. Toshkent - 2022. - 38-50 b.

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

TEXNOLOGIYA

9. Gayibov T.SH., Abdullaev E.A. Fotoelektr stantsiyaga ega korxonaning sutkalik ish rejimini optimallashtirish. "Prospects for the development of digital energy sytems, problems and solutions for optaining renewable energy-2023" international scientific-practical conference. Jizzakh - 2023. - pp 92-94.

10. The power to change: solar and wind cost reduction potential to 2025. International Renewable Energy Agency (IRENA). - June 2016. - pp. 8-19.

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024