Vědci v Maroku vyhodnotili, jak lze hybridní větrné solární elektrárny kombinovat s přečerpávacími vodními zásobníky pro napájení vzdálených venkovských oblastí. Zjistilo se, že navrhovaný systém má LCOE 0,87 Kč/kWh a 86 % faktor využití.
Výzkumníci z marocké Rabat School of Mines navrhli postavit hybridní fotovoltaickou a větrnou elektrárnu ve východní provincii Zagorap. Ta využívá přečerpávací vodní nádrže (PHS). Jejich návrh se zakládá na simulační studii, která optimalizovala velikost systému z ekonomického a technického hlediska.
,,Navrhli jsme tuto technologii, protože majitelé oblasti nemají velký prospěch ze sezónní podzemní vody. Ta prochází údolím, navzdory přítomnosti přehrady,“ uvedla skupina. „V souladu s tím budeme tuto vodu využívat k výrobě energie a dosažení energetické soběstačnosti. Využitím tohoto nedostatečně využívaného zdroje se snažíme poskytovat udržitelná energetická řešení a řídit ekonomický a sociální pokrok v regionu.“
Simulace systému se provedla pomocí softwaru HOMER a zaměřila se na spotřebu energie tří kmenů ve vesnici Tazarine, jmenovitě Ait-Rebaa, Ait-Imnasef a Ait-Baha, s 90 malými domy, 30 velkými domy, šesti mešitami a jedním obecním úřadem. Celkově je tam průměrná spotřeba energie 1 050,92 kWh za den.
Bylo zjištěno, že ve vesnici bylo 188,67 kWh/m2 slunečního záření na nejnižší úrovni v listopadu a nejvyšší v březnu na 228,37 kWh/m2. Průměrná teplota po celý rok je 20,82 °C a průměrná rychlost větru 5,02 m/s. Index clearance je nejnižší v červnu a červenci, kdy dosáhl skóre 0,63, a nejvyšší v prosinci, 1,15.
Scénář kombinací různých velikostí FV, větrných turbín a jednotek PHS
„Software tohoto hybridního systému optimalizoval každý scénář vytvořený prostřednictvím různých konfigurací mikrosítě. Proto, aby uspokojil poptávkové zatížení vesnice při nejnižších možných nákladech na energii,“ uvedli akademici. „Výsledky simulace a optimalizačních postupů HOMER ukazují, že mezi čtyřmi scénáři se konfigurace systému seřadily od ekonomicky nejvýhodnější po nejméně ekonomicky ziskovou. Hybridní energetické systémy se klasifikují jako 1-PV/Větr/PHS, 2-PV/Větr, 3-PV/PHS a 4-PV.
Každý scénář kombinoval různé velikosti FV, větrných turbín a jednotek PHS. Solární moduly se předpokládaly jako monokrystalické panely o výkonu 350 W s účinností 18,04 %, instalované ve sklonu 31 stupňů. Každá větrná turbína měla jmenovitý výkon 25 kW a jednotky PHS měly mít kapacitu 245 kWh. Tento systém mohl také importovat nebo exportovat elektřinu ze sítě a měl výkonový měnič o výkonu 20 kW.
Zatímco ve scénáři 1-PV/Vítr/PHS systém zahrnuje 101 kW FV, čtyři větrné turbíny a jednu jednotku PHS, scénář 2-PV/Větr má 244 kW FV, čtyři větrné turbíny a žádné úložiště. V případě 3-PV/PHS má systém FV 207 kW, žádné větrné turbíny, ale tři jednotky PHS. Scénář 4-PV zahrnuje pouze 1 478 kW FV bez větrných turbín nebo skladů.
Analýza ukázala, že systém podle prvního scénáře by mohl dosáhnout nejnižší úrovně nákladů na energii (LCOE) ve výši 0,87 Kč/kWh. Zatímco druhý, třetí a čtvrtý scénář dosáhl 1,31 Kč/kWh, 2,94 Kč/kWh a 6,73 Kč/kWh, v tomto pořadí.
Hybridní energetický systém pro elektrifikaci venkova
„Pokud jde o čisté současné náklady (NPC), první scénář vystupuje jako optimální volba, přičemž NPC dosahuje přibližně 6 mil. Kč. Těsně následuje druhý scénář s průměrnou NPC přibližně 9 mil. Kč. Zatímco třetí scénář zaostává s průměrnou NPC přibližně 14 mil. Kč. Čtvrtý scénář vyniká významným NPC, dosahujícím přibližně 33 mil. Kč,“ uvedli vědci.
Náklady na provoz a údržbu (O&M) pro scénáře 1 až 4 se zjistily ve výši 70 tis, Kč, 100 tis, Kč, 420 tis. Kč a 600 tis. Kč. Kapitálové náklady se zjistily ve výši 4 800 tis. Kč, 7 500 tis. Kč, 9 mil. Korun a taky 24 mil. Kč. „Provozní náklady a náklady na údržbu se také minimalizovaly. Zatímco systém dosahuje působivé 86 % účinnosti ve spotřebě energie oproti výrobě,“ dodal tým.
„Ve scénáři 1 činí kombinovaná výroba energie, nadprodukce a spotřeba elektřiny 613 145 kWh/rok, 67 781 kWh/rok a 530 193 kWh/rok,“ vysvětluje dále. „Následuje scénář 2 s přibližně 883 247 kWh/rok, 323 454 kWh/rok a 548 557 kWh/rok. Při postupu ke scénáři 3 jsou hodnoty 503 794 kWh/rok, 77 549 kWh/rok a 3 387 112 kWh/rok. A konečně, scénář 4 registruje celkem 2 859,21 kWh/rok, 2 460 626 kWh/rok a 393 016 kWh/rok, v závislosti na cenovém modelu.
Vědci prezentovali svá zjištění v článku „Optimalizace a návrh pro katalýzu udržitelné energie na východní Sahaře v Maroku: Hybridní energetický systém PV/Větru/PHS pro elektrifikaci venkova.“ Ten se publikoval v Cleaner Energy Systems.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
