太阳能光伏技术:解决负担得起的、可持续的和可靠的能源为所有在卢旺达访问

文摘

尽管在最近几十年非凡的经济增长和发展,卢旺达一直仍然面临能源危机和挑战。虽然国家有相当大的能源资产,只有不到10%是用于其在当地的电力需求。目前,估计全国发电装机容量221兆瓦,人口约1200万,电力访问估计51%的离网网络网格(37%和14%)。大约一半的人口没有电的访问,同时并网面临高电价和用户频繁断电(停电)。国家电网本身也经历高损失。本文荷马软件用于建模的最优,可持续的,可靠和负担得起的光伏太阳能技术在能源解决方案(离网和上网用户)在卢旺达。的选择和推荐合适的光伏(PV)太阳能技术取决于年度电力生产能力,电力负荷,可再生能源比例渗透,经济可行性,可行性,可承受性,碳足迹,气候变化和温室气体排放水平的考虑对清洁和更环保的未来。结果表明,能源成本最小(LCOE)对电力生产的每一个太阳能光伏系统与存储、PV-grid-connected家庭,和PV-grid连接存储为67.5%,56.8%,和33.9%,分别比正常的低电价在卢旺达。光伏系统与存储提出了可以有效地增加国家能源资源开发,提供负担得起的和可靠的能源访问所有公民。

1。介绍

能源是现代社会的主要因素和支柱之一的现代代是由工业化和技术改进1]。与此同时,一些国家仍面临缺乏能源获取相关的问题和挑战来自不可靠(网格的特点是频繁停电,停电一天)电网。电力不足的访问和不可靠的电网限制业务活动,工作与生活的平衡,提供社会设施(2]。

虽然超过6亿人不访问电力在撒哈拉以南非洲地区,更多的数以百万计的人们连接到大多数癫痫电网无法提供日常能量需求(3,4]。而20%的电力访问速率是普遍的5,6),只有三分之一可以访问当代能源设施7,8]。此外,每天停电频率范围之间,一旦在四天9]。这些事件对经济生产力造成了负面影响,同时增加成本在该地区开展业务的(2,3,10,11]。

卢旺达、一个国家在撒哈拉以南非洲,在候选国家面临能源匮乏访问所有公民和可靠的电网。目前,卢旺达只有安装221兆瓦的发电电力51%访问主要太阳能国家电网(37%和14%)(12]。国家电网提出了很高比例的损失,有时超出30.0%13]。小和老化的电网基础设施,快速增长的人口,日益扩大的供需差距需要提供可再生能源资源供应短缺。这样不平衡的人口的能源需求和可用容量,卢旺达政府集达到512兆瓦发电装机容量在2023/202412,14]。

同时,有很多当地的自然能源资源还没有被很好地利用在最大12]。在太阳能领域,卢旺达位于赤道以南约2度使其优秀的太阳能发展的8.5 MW太阳能发电和运营发电。该国的日晒是4.5到5千瓦时/ m²每天5太阳峰值小时(15),有利于太阳能。此外,私营部门参与要求向偏远地区提供太阳能照明解决方案。

迄今为止,独立电力生产商(绿皮书)扩展电力获得全国超过258414个家庭使用太阳能。卢旺达是温带,纵横交错的河流,其气候深受其高度。降雨数据之间徘徊在东方900毫米和1600毫米。因此,水电仍然是卢旺达的好自然电力资源(12,16]。

人口增长的事实,再加上经济和现代科技的欲望在卢旺达需要紧急,可靠和可持续电气化战略和技术与高代,许多研究人员。因此,越来越多的发电能力将这个国家所需要的,以便它可以满足其日益增长的电能需求和目标。卢旺达的发电能力低于其需求,特别是因为约50%的人口没有电和能源的访问。

除了一半缺乏电力接入,电网损失超出比例高30.0%,电价是最贵的在东非共同体(EAC) (12,17]。同时,家庭访问从电网电力面临挑战与不可靠的供电特点是频繁的停电和停电这通常导致损害一些非常昂贵的家居设备。有时,它可以导致人类的生命损失由于突然返回停电期间的电力。这些挑战和更多,政府已经开始着手解决这些问题的公民。

履行和实现这样的目标和目标,必须有当地自然能源资源开发(增加12,17]。卢旺达的地理位置适合太阳能,但这个领域没有被充分利用。一旦这个国家可以利用其太阳能潜力最大,光伏太阳能技术可以解决很多的问题不可靠的电网,电价高,和缺乏电力访问,然后,它可以促进国家经济增长、发展和全球环境的可持续性。

本文调查、分析和描述了太阳能潜力在卢旺达和不同的光伏太阳能技术如何帮助政府会议,实现其能源计划,目标,和目标。的重点目标是评估、调查和分析光伏太阳能技术(自然和当地丰富能源资源在卢旺达尚未利用)对政府能源目标,目标,计划,为离网和《海角一乐园的居民建立可行的解决方案。不仅这些,还利用光伏太阳能技术的经济可行性和可行性在该国的上下文中实现其目标和目标的发电能力增加,电力需求都淹没了。

如果太阳能是利用通过不同的光电技术,这可能导致这个国家不同的解决方案,确保负担能力,可靠性和连续电力进入全国所有公民,增加当地自然能源资源开发,以及促进和优化功率容量和环境保护,自力更生,电力供应的稳定性和生成。

然而,政府正在寻找为当地的自然可再生能源技术开发、创新技术和太阳能技术开发。因此,对于离网用户,第一次荷马软件是用来识别和确定最优的光伏离网技术领域可以在卢旺达电力交流和直流负载。进一步研究卢旺达可以考虑电池的光伏离网部门共享,PV分享附近的家庭,多socio-techno-economic条件在许多地方光伏technology-wide传播的目的和需要帮助的人。对于短时间用户来说,进一步的研究可以考虑建模技术提高了包括许多家庭因素和高PV渗透在国家电网的影响和评估的意愿卢旺达公民接受新的光伏技术对自产(本地)发电能力增加。

本文分为引言;材料、方法和文学;太阳能在卢旺达;离网光伏系统的建模和优化;短时间光伏系统的建模和优化;和结论。

2。材料、方法和文学

网站访问卢旺达在西部省份(Rutsiro Rutsiro区、卢旺达(1 56.3°年代,29日19.5°位于Kibuye老家的E), Karongi区、卢旺达(2 3.5°年代,29日21.0°E)不同家庭和社区的栖息地。每日电力负荷对个人家庭和100户家庭的日常电力负荷估计(表一个社区1和2)。的数据(流流量)Mukungu河位于Karongi区,西部省份的卢旺达,收集,处理,用于分析混合动力技术相结合的太阳能光伏系统和水电。数据从EICV 5(集成家居生活条件调查,2017)办理社会科学统计软件包(SPSS版本24)在卢旺达的生活条件(每周停电)处理和分析评估太阳能技术的使用可能性一旦采用高渗透。本文研究还分析了Rwamagana 8.5 MW太阳能电厂的性能。Mann-Kendall测试用于测试的趋势送入电网的太阳能发电厂。

趋势分析评估一系列观测值是否随着时间的增加,减少,或常数。Mann-Kendall单调趋势分析不依赖于估计趋势本身,但相对排名的数据(18,19]。它实现的古典或季节性Mann-Kendall测试(20.]。现有的假设(H₀)来自相同的独立分布(iid)数据的人口,而研究者的假设(H_一个)可以增加或减少单调(21]。Mann-Kendall测试分数是评估从方程(1)- (6)[22]: 因为

的均值是 ,和 在哪里和相关组号码数据点数量吗相关群体。的使用的分数几乎是正态分布 - - - - - -转换:

的分数与假象因为 在哪里

多个能源资源的混合优化(荷马)Pro软件被用于模型,分析和优化可能光伏太阳能技术作为可持续和可靠的能源解决方案对所有在卢旺达访问。它模拟和优化传统和可再生电力系统发电来源。它有助于在设计最成本系统通过分析成千上万的电力系统在很短的时间内(23]。

荷马软件是全球领先的电力系统分析工具的设计、建模和优化微型智能电网"技术(24,25]。它可以模拟几乎所有形式的能源技术用于常规和可再生能源资源和技术。它还可以模型和优化能源系统为中小企业提供相关的输入用电负荷轮廓和其他参数是可用的和可访问25]。

虽然中小网格可以建模和优化中小企业在卢旺达,他们必须遵守政府法规。因此,在混合可再生和不可再生能源技术,更大比例的50 - 70%的总发电量必须来自可再生资源。如果它是一个混合solar-diesel minigrid,更大的电力生产必须太阳能在50 - 70%之间。其他包括创建意识和教育的能源业务活动之间的潜在消费者,识别主要用于电气设备,使公司进入资本设备收购,培训有效的能源使用降低消费成本,多元化和可持续增长。

为了开发一个minigrid项目在卢旺达(机构或公司),可能会有文件或信息所需的文件或信息可能需要包括但不限于许可,许可,可持续操作,成本回收计划,关税规定,财政支持项目,质量标准,全国主要电网连接minigrid状态以防minigrid项目位于全国主要电网不远,或者会发生什么到达主要的国家电网在未来(这是当minigrid构建全国主要电网)。minigrid开发者还必须提供安装预付费电表的最终消费者和自动化系统,使消费者可以从零售商店购买电力单位,办公室和其他媒体。

的结合逐步降低能源成本,许多代资产的好处,燃料用于生产,生成的副产物使能量相同单位成本比较。因此,能源成本法的缺点是有时不能产生能量的副产品,无法获得准确的或者类似的东西之间的其他产品成本和电力成本和估算电力成本低于其实际价值的问题(26]。

这些增加能源问题是非线性的,这样我们可以将经济灵活性限制发电。该算法使用电量输出单位成本(开发 ),固定的操作输出单位成本( ),和变量输出单位成本( )。光伏发电成本成为[27]

单位千瓦(千瓦)容量成本= 在哪里是单位容量千瓦每小时的价格。容量成本包括成本的初步设计,账单的数量、土地和建筑,进口,估值和其他项目管理和咨询服务。光伏系统是有用的年,生产 年千瓦 。此外,一年等于8760小时,损耗因子,是设施因素,是减少的因素。同时,换算系数随时间增加。它产生interperiod因素利率计算。它简化了审计流程建模时,贴现现金流。它也取代了净现值(NPV)或回报的内部收益率(IRR)。此外,是还原速度,一旦成本成年度成本变化。计算换算系数(15,26,27]

简化的换算系数在能源项目损益两平点

同时,操作固定成本波动的一年,而意味着操作在任何一年等于固定成本每千瓦 。此外,这些操作的固定成本不是真正的功能由光伏发电系统:

如果(美元/千瓦_e)是生成1千瓦的time-changeable成本和(美元/千瓦_e)是指每年的成本,等于

在项目寿命期间,意味着单位千瓦time-changeable成本=

相应地,年time-sustained电价吗 , 年的年平均电价吗 ,和年平均电价时间吗 。因此,光伏发电系统的成本COE的时候

因此,光伏系统的成本效率使所需的持续高净现值,盈亏平衡分析的真实性的邮票。

3所示。太阳能在卢旺达

3.1。关于太阳能在卢旺达的简短信息

卢旺达的太阳能日晒5千瓦时/ m²/天,每日5太阳峰值小时。这种辐射和其他气候天气条件在卢旺达证明太阳能发电将大大有助于国家一旦剥削。此外,数据在全球水平照射(GHI)卢旺达地图(1534 - 2018)分类这个国家作为太阳能(图好1)[28]。

3.2。分析8.5 MW Rwamagana太阳能电源

8.5 MW Rwamagana太阳能电源的分析表明,美联储4175459.89千瓦时到国家电网在三年内(2015年1月至2017年12月)。最低的是988730千瓦时,最大的是2016年1月至2016年8月期间1423200千瓦时,分别。平均每年13918086.63千瓦时的3年期间提供给国家电网。除了同步,一个短时间的逆变器的功率因数太阳能系统必须等于或接近统一(29日),因为它旨在生成真正的力量在一个统一的功率因数(30.]。Rwamagana瓦的太阳能发电厂,功率因数数据说该网站访问期间都是平等的,功率因数接近团结。频率水平接近50赫兹(13)这是国家电网的标准频率在卢旺达。国家电网能源馈入的分析(千瓦时),频率(赫兹)和功率因数显示Rwamagana电厂处于良好的运营模式,但进一步分析的因素可能是考虑未来的改进和扩展研究在这个太阳能发电厂的运行状态(数据2- - - - - -6是作者的计算和绘图的基础上收集的数据在该网站访问Rwamagana 8.5兆瓦太阳能电厂,他们可从相应的作者要求)。

4所示。离网光伏系统的建模和优化

4.1。建模优化个体的独立光伏家庭在卢旺达

“离网用户”这一术语指的是不能连接的用户数量和服务的公共或私有公用电网31日]。因此,电通过独立光伏系统用户访问小型电网,或微型电网32]。本节使用荷马模型、模拟和优化提供可再生能源发电技术(太阳能和水力发电),作为可持续能源解决方案对所有离网用户在卢旺达访问。西部省份的模拟进行了卢旺达(Rutsiro、卢旺达(1 56.3°年代,29日19.5°E))。

独立光伏系统最优模型,不同的网站访问了Rutsiro区,西部省份的卢旺达,代表性住宅。电气设备、额定功率和使用时间参数被用于分析(33,34]。

图7是独立的离网太阳能系统连接示意图。它的连接和原理图包括光伏模块、蓄电池,转换器,直流和交流公共汽车和电动负载对个人独立的家用太阳能系统。总负载概要2630千瓦时/年(如表所示1)和《每日峰值负载为1.34千瓦。社区的100户家庭的详细信息如表所示2。住宅所有者列出了电气设备在家里和他们的权力评级的目的确定日常和年度用电量。进一步,每日负荷165.44千瓦时/天,年度负荷为60385.60千瓦时/年100农村家庭。日平均负荷需求1.65千瓦时/ 603.86天,平均负载需求100千瓦时/年为每个农村家庭考虑。此外,7.2千瓦小时/天,2630.0千瓦时/年坐落代表光伏系统应该是最极限的用电量在村子里。因此,如果之间的平均用电量坐落光伏系统和100农村家庭用于设计(4.43千瓦时/天),多余的电力可以产生微,小,中小企业在社区。这将导致经济赋权和更健康和更清洁的社区。

图8(一个)显示的全球水平辐照和清洁度指数Rutsiro研究网站,而图8(b)显示了每月日均温度范围。每日平均辐射4.63千瓦时/ m之间徘徊²/天,5.17千瓦时/ m²/天。晴朗指数在0.45和0.53之间,而温度范围19°C到22°C。

图9说明了这种独立的日负荷曲线太阳系,和每小时负荷概要文件之间的不同约0.1千瓦和1.2千瓦。每日平均负荷为11.26千瓦/天,底线是0.47千瓦,基线比例因子为0.22。峰基线2.09千瓦,而按比例缩小的峰值功率为1.34千瓦比例因子为0.22。描述的电气负载模拟和基线的平均负荷为11.26千瓦时/天;基线和比例平均为0.47千瓦,0.3千瓦,分别;2.09和1.34千瓦的基线和攀登高峰,分别;和基线和扩展负载因素0.22和0.22,分别。最大负荷约为2.5千瓦每小时。

在光伏系统能量存储、电池连接存储负载使用的能量一旦没有辐照度或没有阳光35]。存储可以定制的,和细胞结合并行使用字符串来维护存储银行电压能力。他们的一般性能变化从一个模式到另一个,但他们的共同特征参数方程表达在下列方程(23,36]: 在哪里是最后的存储电压,是存储电压常数,是极化电压常数,是电池容量,是真正的电池充电,的指数区域的角距离从东点西点军校的地平线,太阳升起或集,然后呢是逆指数区时间常数。是内部阻力,电池的电流,dt是时间步骤,然后呢删除函数是时间敏感电容量。此外,评估是

然而,参数 , , ,和由制造商提供。

负责删除的数量取决于库仑的电池容量放电率。因此,除收取变得(23日36) 在哪里是完全充电容量,的百分比(%)转移的指数区域(%),和的百分比(%)转移结束的时候非常小的和不重要的区域(%)。同时,是完全充电电池电压(V),是结束的指数区域电压(V),然后呢的名义带电压(V)。

指数区东点的角距离太阳升起的地平线或从的西点军校集( )和其他参数评估(23日36)

光伏系统输出功率由荷马软件(23,36)来源于 在哪里是额定容量光伏阵列,是光伏损耗系数(%),是光伏阵列入射太阳辐射(千瓦/ m²),是入射辐射标准(1千瓦/ m²)。此外,是温度系数(% /°C),然后呢光伏电池温度(°C)。同时,温度和光伏输出功率之间的关系是由效率 在哪里光伏阵列的最大效率和吗是最大的光伏阵列效率标准测试条件。由于光伏阵列功率温度系数是负的,效率会降低电池温度上升。

独立太阳能光伏系统的优化仿真进行了4380小时的一年,和生命周期成本是20915.96美元。逐步降低能源成本(LCOE)是0.615美元/千瓦时。成本逐步降低的成本竞争力评估独立太阳能光伏发电系统,包括所有成本在项目的生命周期。这包括初始投资、运行和维护、燃料成本(0.00美元),和资本成本23,36]。因此,LCOE使对比发电技术、成本、风险和收益(37]。

资本支出(资本支出)是将来使用典型的资产收购。通过折旧成本仅仅是随时间恢复。每天营业费用(OPEX)一般业务费用和管理费用37]。因此,独立光伏太阳能系统的运营费用是683.99美元。

此外,额定功率为6.03千瓦,平均输出功率为1.09千瓦,每天平均输出能量传递是26.2千瓦时/天。总能量的利用率为18%,生产9547千瓦时/年,和最大输出功率为6.36千瓦。此外,PV普及率是363%和总手术时间是4380小时/年。电池规格有30个自治15千瓦时额定容量。可用的额定容量为9.01千瓦时,约有60%的效率。一生的吞吐量是15162千瓦时,预期寿命是十(10)年。能量输入估计的能量输出为1691千瓦时/年,1356千瓦时/年,表明电池系统效率为80%。存储消耗速度是3.79千瓦时/年,年吞吐量1516千瓦时/年。基于能力的指标是100%而总可再生能源生产和负载之间的比率是363%。总可再生生产和发电之间的比率是100%。 Further, one minus the ratio between total nonrenewable production and renewable peak load was 100%. The renewable peak value for the ratio between renewable generation output and the load using standard HOMER was 4129.

此外,公司₂,有限公司,未燃烧的碳氢化合物,颗粒物,所以₂,氮氧化物(NO_x)气体排放每年每个0公斤。全国人大的独立光伏太阳能系统12074美元的资本成本,而运营成本是2023美元。重置成本是7895美元,而残值,利润或收益,是1076美元。因此,人大是20916美元。同样,独立光伏太阳能系统的年度成本对资本成本是933.95美元。年运营成本是156.48美元,而年重置成本是610.74美元。折合成年率的残值(-83.23美元)是一个利润而没有资源成本。独立光伏太阳能系统的年总成本是1618.00美元。

图10表明这两个年度PV(光伏)太阳能电池输出功率和存储输入功率的独立系统。输入和输出数据反映测量的具体日期时间轴上的图10。Znshine光伏ZX250(48)的光伏技术部署独立的系统。蓄电池电源输入范围在-1.5和3.0之间千瓦光伏输出功率范围介于0.0和6.4千瓦。此外,还有傅里叶级数表示输入电池功率(千瓦)和电池充电状态(%)。

图11表明蓄电池充电的变化从50%降至100%。倍(100%)电池充电发生在大多数时候在1月最低发生在1月6日。同样,电池电力输入介于-1.5和3.0千瓦之间。电池的最大输入功率发生在1月6日飙升和伴随着50%的最低电池存储充电状态。此外,最小电池输入功率为-1.5千瓦发生1月23日。3.0千瓦最大功率电池充电记录1月1日,3月26日,7月30日和11月19日分别。平均约1.0千瓦的电池放电一般全年实现。1.5千瓦的最大电池放电功率发生在11月5日。

图12反映了年度全球太阳能照射。一年一度的全球太阳能辐射范围在0.0千瓦/ m²和1.2千瓦/ m²。最小和最大年度全球太阳辐射发生在10月8日和11月5日,分别。关于光伏的输出功率,0.07千瓦的最低功率输出发生在2月12日和12月3日,分别。此外,6.5千瓦最大输出功率发生在2个月,8月,9月和11月分别。指的是1月,有高峰和高原触底。近6.3千瓦最高输出功率发生在3和1月26日,分别。近6.0千瓦的输出发生在9日,18日和1月19日。近1.0千瓦的最小光伏太阳能输出发生在1月1日。全球最小的太阳辐射近0.07 kWm²发生在1月28日。

指光伏输出的结果,太阳高度、方位、入射角、光伏太阳能发电输出范围在0.7和6.4千瓦和入射角范围在0°、92°之间。0°入射角发生在3月26日和9月24日,分别。92°最大的太阳入射角发生在几乎每一个取样日期。太阳方位角变化从-162.5°- 171°3月26日至9月24日。21°、-67°之间的太阳方位变化在1月1日至3月26日和9月24日到12月31日。太阳方位1月-67°和71°之间不等。入射角也在0°、92°之间不等。

以下方程突出光伏输出功率的依赖在不同参数如温度、辐照、方位、纬度、经度、高度、入射角、入射辐射(23,36,38- - - - - -41]。太阳能空气温度是表示为 在哪里是开放的空气温度,表面传热系数(W / m²°C),是总太阳能表面辐照,是太阳能表面吸收率, 校正因子。此外,太阳辐射包括直、分散和太阳辐射。太阳辐射是直的聚合相结合,分散,和地球的辐射。地球表面的阳光的比例明显取决于怪癖的地球的轨道不断变化的太阳和地球之间的距离。阳光光束在直角的数量可以评为地球表面 在哪里是外星入射辐射(千瓦/ m²),太阳能倍增系数(1.367 kW / m²),是一天一年(编号从1到365)。

斜率是表面比另一端高。零斜率是水平在90°斜率是垂直的。方位的地平线之间的子午线弧是任何地方和垂直循环通过太阳。因此,对于模拟、零方位是向西向南而积极的角度。因此,东南-45°方位的脸和90°方位是朝西的。太阳赤纬成为 在哪里一天一年(编号从1到365)。

时间影响太阳的位置和角度解释为一个小时。因此,时角表示为 在哪里是中午12小时。

入射角是阳光射线之间的角度和垂直的表面。因此, 在哪里 , , , ,和 。此外,入射角(°),是地面坡度(°),是表面方位角(°),纬度(°),太阳下降(°),时角。

天顶角是最高点之间的角度和太阳的圆盘的中心。中午太阳到达最高点。因此,中午天顶角是0和90°日出。如果地面坡度角 代入方程(26),然后 在哪里天顶角(°)。

荷马PV计算中使用的清晰度指数是一个无量纲的量,从0到1。这一部分太阳辐射穿过地球表面的大气层。它是表示为 在哪里是辐射对地球的月平均水平面(千瓦时/ m²/天)和是外星水平面辐射最高地球大气层(千瓦时/ m²/天)。

总年度电负载的仿真结果与未满足的加载显示,0.43千瓦的最低总电负载提供7月2日,而近1.37千瓦的最大值发生在11月5日。有四天的未满足的加载3月26日,6月18日,7月30日,11月5日,分别。未满足的最高0.35千瓦负荷发生在3月26日,0.02千瓦未满足的最小负载发生在6月18日。这表明在98.9%的时候,坐落光伏太阳能系统提供客户所需的力量。这意味着98.9%的效率电源或输出操作坐落光伏太阳能系统的充分性。仿真结果表明,1月总电动加载了。可以看到,所需的电负载是充分提供给客户在1月和全年。也没有未满足电动加载独立光伏太阳能系统的大多数日子。

4.2。离网光伏Minigrid系统的建模和优化

4.2.1。准备离网光伏系统与存储社区

图13的插图nonnetworked PV minigrid与存储。交流社区负载为60385.6千瓦时/年,每日20.46千瓦的峰值。光伏提供直流和交流与直流转换器互联提供储存设施。

动态存储模型的最大功率电池费用(23,36)用于建模和仿真 在哪里最大充电电池供电,是可访问的初始能量存储(千瓦时),然后呢是初始总和储能(千瓦时)。此外,电容量的因素,是电池存储规(h¹),是时候(h),最大充电电池功率测量,最大存储充电率(A /啊)。同时,是银行的最大大小存储(千瓦时)电池数量,最大存储电荷电流(A),是初始存储最大固定电压(V),然后呢是电荷存储的效率。

因此,电源放电

图14展示了太阳能光伏的日常负载概要minigrid与存储。所需的最小2.0千瓦时的电负载前五个小时一天(0 - 4小时),和12.0千瓦时最大社区电气负载发生在18岁和21小时(包容)。有一个恒定的电力负荷约8 kWh从8到15个小时(包容)。

图15代表了年度光伏离网光伏的输出minigrid与存储。10千瓦最小光伏功率输出发生在2月12日,5月21日,10月8日,11月5日和12月3日。此外,将近80.0千瓦最大光伏功率输出之间的5和11月19日发生两次。指的是1月的仿真结果,最低时几乎是10.0千瓦光伏太阳能输出最大几乎是80.0千瓦。全球太阳能输出峰值都触底约0.0千瓦/ m²,达到近1.17千瓦/ m²。大多数全球太阳能产出和通用平板光伏输出功率峰值都大于50.0千瓦和0.8千瓦/ m²,分别。对于存储,存储电荷状态完全充电电池为100%在一年的大多数时间。虽然一年一度的大型电池存储电荷状态变化在40.0%和100.0%之间,至少约40.0%的电池存储电荷状态发生在3月31日,8月7日,11月24日,分别。此外,存储输入功率-20.0千瓦,76.0千瓦之间的不同。大多数存储输入功率-20千瓦和40.0千瓦之间徘徊。最高存储输入功率达到近76千瓦,发生在11月12日。近的其他相对较高的存储输入功率60.0千瓦发生在1月8日,2月12日,3月28日,12月7日。

图16反映了年度的图像存储和存储为离网光伏minigrid放电功率与存储。存储电荷能力介于7.0千瓦之间和72.0千瓦。虽然有一个集中的存储电荷能力约25.0千瓦,有这么多峰值最高的72.0千瓦发生在11月12日。因此,存储电荷能力50.0千瓦以上发生在1月2日、1月8日,1月14日,2月12日,3月28日、5月19日,6月20日,8月4日,9月17日,9月30日,10月12日,11月2日,11月11日,11月25日,12月27日。相反,存储放电功率0.0千瓦,20.0千瓦之间徘徊在大多数存储放电能力约为12.0千瓦。同时,年度存储放电能力相当的风险相对稳定和分散或手术与存储电荷能力相比要低得多。这是因为风险是衡量变化的程度或范围之间的最低和最高操作水平或值。

对于满足负载的能力,结果表明,产生的电能存储的离网光伏minigrid是多余的大多数日子里的采样数据。此外,许多天显示赤字离网光伏minigrid在电力系统与存储。仿真结果表明模式峰值超过电力生产和大面积的底部波转换没有多余的电力生产甚至是赤字。没有赤字或没有多余的电力生产1,4 - 6,11 - 13日,1月30。引人注目的模式发生在峰值中心天直方图之间的网格线。这意味着扩展的最大电力生产和电力生产过剩的离网光伏minigrid系统与存储通常发生在中午,当太阳射线是开销。关于年度总电力负载保存对可再生普及率,最高可再生普及率是2700.0%左右发生在1月。一般可再生普及率约200.0%是目睹了整个口袋相对较大的可再生普及率超过1000.0%发生在1月到6月和8月11月初。平均总电力服务是15.0千瓦,最大的是20.0千瓦。

这意味着在任何即时存储电荷能力可以找到从7.0 kW, 72.0千瓦的范围65.0千瓦,存储放电功率从0.0 kW至20.0 kW和手术的风险是20.0千瓦的范围。它遵循存储放电能力可以比存储电荷能力更容易控制。1月份的仿真结果,存储最大放电功率相对稳定的一月份约为170.0千瓦的除了三槽或下降或分岔5日,6日和1月13日。倾斜或点最低的分岔发生在1月6日的至少约150.0千瓦发生在1月5日。相比之下,傅里叶级数表示的存储放电功率上升半波整流后缘与扭曲的信号。这些可以被看作是直流信号畸变和衰减。

为了得到更好的分析和理解的存储nonnetworked minigrid,仿真结果深感认为还有傅里叶级数对电荷存储的信号输入功率。电荷存储条件在10.0%至100.0%之间徘徊而存储输入功率-10.0千瓦,60.0千瓦之间的不同。主要下降或分岔的存储电荷状态发生在1月2日(30.0 kW), 1月6日(10.0 kW),和1月13日(20.0 kW),下降37.0 kW左右发生在1月12日,1月17日,1月25日,1月28日,1月30日,分别。同样,上面的山峰发生存储输入功率40.0千瓦,分别在2、6、13、17日和1月25日。仿真结果描述的最大存储电荷能力于1月的最大存储放电功率叠加。最大放电功率稳定在170.0千瓦月除了5日下降或分岔三天,6日和1月13日。相反,存储最大充电功率变化从0.0 kW至130.0 kW。这些都是扭曲和每天与不同比例的信号衰减振荡不可见模式。同时,峰值大于50.0 kW发生在2,6日,第四,17日,第23 - 25、28日和1月30日。的峰值相对稳定,除了分岔6日和1月13日大,相应的峰值最大存储电荷能力。

关于可再生能源的渗透对总用电负荷,最大的总电力负荷介于1.0千瓦之间和20.0千瓦,多数约12.5千瓦。普及率最高的发生在1月7日,至少约150.0%发生在1月1日。模拟表明,没有1月未满足的电气负载之间总电力负荷变化而为1.0千瓦,18.0千瓦。1月23日电力负荷为最高的发生而发生在1月2日。最终,现在净总成本(NPC)是304482.30美元,资本支出204878.00美元,运营成本是7705.00美元。此外,COE 0.390美元/千瓦时,逐步降低油耗是0.00美元,和内部收益率(IRR)是28.1%,而贴现和简单的回报每年回报分别为5.98年和4.92年,分别。此外,额定功率为84.6千瓦,平均输出功率为13.8千瓦,平均输出能量每天330千瓦时/天。能力因素是16.2%,总产量是120451千瓦时/年,和最大输出功率为80.3千瓦光伏渗透率和小时的操作,分别为199.0%和4380小时。此外,电池自治是53小时,额定容量为609千瓦时,可用额定容量是366千瓦时(60.0%效率)。一生的吞吐量为344000.00千瓦时,预期寿命是10年,38297千瓦时/年的能量,能量是30769千瓦时/年(80.3%效率)。

这意味着能源转化率或性能效率为80.3%。存储消耗147千瓦时/年,而年吞吐量为34401.00千瓦时/年。然而,名义再生能力之间的比率和总额定容量和可用的可再生能力和总容量之间的比率是100.0%,分别。可再生能源总产量和负载之间的比率,比率总可再生生产和发电,和一个-不可再生总产量和负载之间的比率分别为200%,100%,和100%,分别。荷马标准高峰值的比值可再生输出和负载,再生产出之间的比率和总代,总负载和1 -不可再生产出之间的比率是2663%,100%,和100%,分别。同样,公司的气体排放₂,有限公司,未燃烧的碳氢化合物,颗粒物,所以₂,氮氧化物(NO_x)每年每个0公斤,分别。全国人大包括资本成本204878.00美元,61008.00美元的运营成本,替代成本46228.00美元,残值−7632.00美元(或获得7632.00美元),零资源成本和总现在净成本总计304482.00美元。然而,年度成本由15848.00美元资本成本,运营成本4719.00美元,3576.00美元替代成本,−590.35美元残值(收益或利润的使用寿命),和零资源成本(0.0美元/千瓦时/年),年度总成本成为23553.00美元。

4.2.2。混合动力与存储网社区PV-Hydro负载

图17反映了原理图的离网太阳能混合PV-hydro minigrid储存设施。水轮机系统提供了交流负载到社区(60385.6千瓦时/年和日常的峰值20.46 kW),而光伏系统提供直流电源给社区。转换器改变AC / DC和DC / AC从水轮机或光伏系统的场合的要求。

图18表明河水流水平离网混合光伏太阳能水电minigrid与存储。200年和390年之间的流量范围升/秒。390.0 l / s的最低流量发生在4月和11月,分别。这段时期也证实了两个雨季观察每年在卢旺达(13]。

通过水轮机的水的数量是它的流量。它表示为(23,36] 在哪里是可访问的水流到水轮(m³/秒),的最低流量是水轮(m³/ s),是水轮的最大流量(m³/ s)。

水力发电的垂直升力随着距离的增加或垂直水的数量和流量下降。最高和最优水力摩擦损失管道时产生静压头的三分之一。此外,发电和水使用取决于喷嘴大小合适的过滤。

图19显示的图像光伏输出功率和水轮机发电。水力发电输出是恒定在440.0千瓦,直到对11月30日当输出成为0.0千瓦,直到今年年底。相反,流流之间的远程200 l / s和400 l / s与每个月流流量恒定的平均价值决定的。流率最高的400 l / s同意两个雨季在卢旺达,通常高峰在4月和11月,分别。对于辐射,全球太阳能日晒0.17千瓦/ m之间不等²和1.2千瓦/ m²和全球太阳能日晒平均约0.9千瓦/ m²虽然光伏太阳能发电输出峰值170.0 kW左右1月至3月和7月11月初。峰也发生在中午,而光伏输出功率也同样在每个飙升的技巧。光伏电源输出触底午夜在没有阳光和前一天和未来之间的过渡。峰值发生在3日9,18岁,19日和1月26日,分别;全球太阳能日晒0.17千瓦/ m之间的范围²和1.2千瓦/ m²。全球太阳能日晒超过1.0千瓦/ m²发生在1月和3月12日和8月13日至12月31日。入射角和万能平板光伏太阳能高度范围在0°、100°之间,分别。通用平板光伏太阳能方位-170°和100°之间的不同从1月1日到3月12日,从9月24日到12月31日。此外,它介于-130°和170°之间,从3月26日到9月24日。通用平板光伏太阳入射角范围在-30°30 130年7月和9月10°左右。

图20.表明年度电荷存储的图像混合太阳能PV-hydro nonnetworked minigrid系统。大多数存储电荷状态变化在90%和100%之间从1月1日到11月底。存储电荷状态减少至70%在12月3日和振荡在80%和100%之间从那时起,直到12月31日。虽然输入功率5千瓦左右徘徊,+ 5 kW从1月1日到12月3日,存储输入功率-20千瓦和45千瓦之间变化很大从3到12月31日。这也表明,对存储的需求输入功率高以及必要的电力生产能力匹配的缺口。

关于年度存储电荷能力和存储放电能力混合光伏太阳能水电离网minigrid系统,存储之间的放电功率范围0.0千瓦和7.0千瓦从1月1日到12月3日。存储放电功率20.0千瓦,12月3日左右达到顶峰,超出10.0千瓦的剩余部分。同样,存储电荷能力徘徊在0.0千瓦和5.0千瓦的1月1日到12月3日。存储电荷能力达到约45.0 kW 3至12月31日,主要的存储电荷超过12.0千瓦。有离网的浓度和许多活动混合光伏太阳能水电minigrid系统通过多存储能力使用和相应的高存储放电能力有经验。这些活动增加3到12月31日期间在社区可以归因于年终庆典。

为年度最大能量储存电荷和最大能量储存的放电坐落混合太阳能PV-hydro minigrid,最大能量储存电荷变化之间的0.0千瓦和12.0千瓦,从1月1日到12月3日。最大存储电荷能力的更高的值超过12.0千瓦,达到41.0千瓦发生在12月5日。相反,最大存储放电功率峰值约为53.0千瓦。最大存储放电功率减少到0.0 kW左右5和12月24日。此外,最大存储放电功率放电大规模50.0 kW至0.0 kW左右3到12月31日这一个月期间。关于总电力负荷对可再生普及率服役12月,总电力负荷表明振荡波形的增加和减少飙升扭曲和衰减与不规则的可重复性。总电力负荷0.0千瓦和18.0千瓦之间的不同。大多数电力负荷总量的约10.0千瓦。此外,再生普及率介于400%和2800%之间。可再生渗透波形触底约0%在12月在许多天。 The analysis of annual graphical waveforms of excess electricity production against unmet electrical load shows that there were very few unmet electrical loads for the year. It also shows that slight unmet loads were recorded about 2 or 3 days in December. Additionally, the excess electricity production peaked around 180 kW while the minimum was 0 kW only in the days of the unmet electrical loads in December.

总之,现在净总成本(NPC)是564779.10美元,资本支出507589.00美元,运营成本是4424.00美元,COE逐步降低0.7239美元/千瓦时,每年和燃料消耗是零升。此外,光伏系统有182千瓦的额定容量,平均输出功率为30.7千瓦,平均输出能量为736千瓦时/天,利用率为16.9%。年能源生产总量是268780千瓦时/年;最大输出功率172千瓦;和光伏普及率445%。它是4380小时/年和0.0904美元/千瓦时逐步降低成本。电池自治17.5小时201千瓦时额定容量和121千瓦时可用额定容量(60.2%效率)。一生的吞吐量为32211千瓦时,预期寿命是10年,能量输入3502千瓦时/年,而能量输出是2881千瓦时/年(82.3%效率)。存储消耗速率为88.7千瓦时/年,年吞吐量3221千瓦时。

然而,水电系统标称容量11.0千瓦,12.8千瓦的意思是输出功率,利用率117%,112294千瓦时/年每年总能源生产。最大输出功率14.0千瓦;水电普及率,186%;操作小时,8016小时/年;和成本逐步降低,0.0158美元/千瓦时。名义再生能力之间的比率和总额定容量和比值可用可再生能力和总容量为100%,分别。同时,可再生能源总产量和负载之间的比率,比率总可再生生产和发电,和一个-不可再生总产量和负载之间的比率分别为631%,100%,和100%,分别。

同样,荷马的高峰值标准可再生输出和负载之间的比率,比率可再生产出和总代,总负载和1 -不可再生产出之间的比率是9683%,100%,和100%,分别。此外,气体有限公司₂,有限公司,未燃烧的碳氢化合物,颗粒物,所以₂,氮氧化物(NO_x)每一年0公斤,分别。现在净成本的项目现金流(npc)由507589.00美元,44398.00美元运营成本,替代成本15944.00美元,-3151.00美元残值(收益或利润的植物的资源成本,使用寿命),0.00美元和564779.00美元总成本(减去残值)。年度成本包括39264.00美元,3434.00美元运营成本,替代成本1233.00美元,-243.78美元残值(或利润),和资源成本0.00美元,年总成本成为43688美元(更少的残值)。

4.3。总结

部分4包含坐落PV系统的建模和优化。同时,参数存储和光伏系统模型进行了讨论。通过荷马内置优化器,derivative-free方法,三个光伏系统与存储(坐落PV系统的个人家庭负载,一个离网光伏minigrid存储、混合和水力发电和光伏minigrid系统存储),分别建模和分析的目的是获得最优能源系统可以帮助卢旺达在解决能源问题的关键技术。坐落PV系统模型表明,它每年可以产生6445千瓦时的电力过剩(67.5%),未满足电力负荷的0.649千瓦时/年(0.0247%)和容量短缺2.54千瓦时(0.0965%)。系统是完全可再生能源技术(可再生能源比例100%)最大可再生普及率为4129%和0.6155美元LCOE和零烃气体排放。离网社区的负载,两个minigrid系统进行了建模和分析。模型PV minigrid系统与存储表示51348千瓦时/年(42.6%)过剩发电,42.9千瓦时/年(0.0711%)未满足的电气负载,56.4千瓦时/年(0.0934%)能力短缺有100%可再生分数和2663%最大的可再生能源市场渗透率。系统给出了零碳和气体排放和LCOE 0.3903美元。水力发电和光伏minigrid的混合系统,储存了多余的电力319791千瓦时/年(83.9%),未满足电力负荷的38.6千瓦时(0.064%),60.3千瓦时/年的产能不足(0.999%),100%的可再生分数,最大可再生普及率为9683%,0.7239美元LCOE,零碳和气体排放。在本节中,结果表明,PV小型电网存储可以最优和负担得起的解决方案离网地区的电气化和能源获取采集卢旺达。

5。短时间光伏系统的建模和优化

5.1。一个不可靠的电网光伏系统解决方案

图21显示了停电在基加利城市包含数量的受访者对范围的停电持续时间分钟。约328受访者表明他们目睹了停电持续100分钟,约75受访者表明他们见证了停电持续在100和200分钟,约10受访者也见证了停电持续在200和300分钟。约受访者都经历过停电持续在301和400分钟,约8受访者见证了401至500分钟的电停电。尽管受访者表示经历电力停电601至700分钟,约8受访者之间经历了701和800分钟停电前在基加利的城市。在过去的二百年里,电力正逐渐取代食物'生活在现代社会的必要性。现代商业、商业和工业依靠廉价,可靠,和可持续的电力供应来执行他们的日常功能。因此,损失和没有电了一段时间之后提出了数不清的磨难,腐烂,死亡,所有年龄段的人民和信条和不便。这是因为电力已经成为了生命活动的方方面面的主要推动力。

图22是不可靠的素描grid-PV系统解决方案包含一个交流电网,电力负荷,光伏系统,转换和存储。电力负荷2630千瓦小时/天,每日1.34峰值负载而转换器改变AC, DC,反过来,与存储。设计被认为是不可靠的电网等参数随机中断,预定的停机和网格每小时停机时间表。电网可靠性图表显示平均每年停机频率12.00和平均修复时间变异性的6个小时。电网故障图与每天的停电,加上相应的时间,停机将最有可能当进行预先计划的停机维护电力系统平衡。关于光伏输出功率的变化对全球太阳能日晒不可靠的电网模型,光伏太阳能输出1.0千瓦和8.5千瓦之间不同的全球太阳能日晒而至少是0.15千瓦/ m²最大的是1.2千瓦/ m²。全球平均太阳日晒大约是5.0千瓦/ m²而全球平均日晒是0.8千瓦/ m²。

图23显示的图像年度存储电荷状态不可靠PV-grid模型使用光伏系统解决方案。最低的存储电荷状态变化在40%和100%之间。大多数的存储电荷状态是一年到头都超过50%。最低的存储电荷发生在2月2日,6月2日,7月22日,10月24日,分别。最小的存储电荷输出功率0.3 kW左右,发生在6月2日;最高的存储电荷状态功率为1.33千瓦,发生在1月10 2 3月1月31日,3月23日,6月2日,7月5到10,五天的采样数据点在7月22日和8月2日之间,和10月24日。此外,大多数存储放电平均大于0.4千瓦。存储放电功率0.33千瓦之间的不同和相对较高的放电功率1.34千瓦,浓度从1月发生的结局2 3月和7月6日至8月2日。存储输入功率-1.3千瓦,1.3千瓦之间的不同。至少存储输入功率的-1.3千瓦发生在7月23日,最高存储输入功率发生在1月10号,1月31日到2 3月,6月2日,7月5到10,五个采样点从7月22日到8月2日,10月24日,分别。

最大存储放电趋于稳定在1.6千瓦,最大存储放电功率1.34千瓦。乐队的最大存储放电功率发生1月10日,2月3日到3月2,和大约20点从7月9日到9月1日和5数据点从10月2日到11月29日,分别。最大存储电荷能力1.34 kW左右达到顶峰,也有他们的高峰值对应于最大存储放电功率。最大存储电荷能力最低的是0.5千瓦,发生在9月25日和10月20日,分别。

图24描述了服务年度总电力负荷策划反对不满足电力负荷。最高的总电力负荷为4.7千瓦左右,而至少是0.5千瓦。尽管最高的4.7千瓦电力负荷总提供的大多数日子,最低的总电力负荷(0.5 kW)发生在12月22日。此外,图形显示了四个未满足的电气负载发生在2月6日,6月2日,7月21日,10月25日,分别。最高的满足电力负荷约为0.4千瓦,至少不满足电力负荷约为0.13千瓦。最高的可再生能源输出功率8.43千瓦的总发生在4月5日,至少可再生能源总产量约为0.5千瓦发生在2月9日,3月21日,6月17日,10月13日,分别。相反,最高可再生普及率是3500.0%而至少普及率约为250%。最高的可再生能源总产量约为8.4千瓦,至少是1.0千瓦。至少总可再生能源输出发生在2月10日和5月20日,分别在总可再生能源输出功率最高的物化10和11月14日,分别。最大的电力生产过剩是7.74千瓦左右,发生在9月7日最多余的电力生产的1.0 kW左右发生在5月20日,分别。

总之,名义再生能力之间的比率和总额定容量和比值可用可再生能力和总容量每100.0%,分别。可再生能源总产量和负载之间的比率,比率总可再生生产和发电,和一个-不可再生总产量和负载之间的比率分别为206.0%,92.9%,和100.0%,分别。荷马标准比率可再生输出和负载,再生产出之间的比率和总代,总负载和1 -不可再生产出之间的比率是4645.0%,100.0%,和100.0%,分别。同样,二氧化碳排放609.0公斤/年,二氧化硫排放2.64公斤/年,和氮氧化物排放1.29公斤/年。此外,没有二氧化碳,未燃烧的碳氢化合物,或颗粒物排放的PV(光伏)太阳能系统模型的解决方案。此外,光伏太阳能系统被评为7.94千瓦,平均输出功率为1.43千瓦,平均输出能量为34.4千瓦时/天,利用率为18.1%。总产量是12565千瓦时/年;最大输出功率8.37千瓦;光伏渗透率,478.0%;操作时间4380小时/年; and levelized cost, US$ 0.0296/kWh. However, the battery autonomy was 12 hours and the nominal capacity was 6.0 kWh, while the usable nominal capacity was 3.6 kWh, indicating 60.0% efficiency. The throughput lifetime was 4800 kW, the expected life was 7.2 years, the energy input was 774.0 kWh/year, and the energy output was 596.0 kWh, indicating 80.0% efficiency. The storage depletion rate was 1.2 kWh/year, and the annual throughput was 667.0 kWh/year.

图25表明年度销售网格对网格购买一个不可靠的grid-PV太阳能解决方案。385.7千瓦时最大网格销售发生而最少的能源网5月销售约为85.7千瓦时发生在7月。虽然有四个蘸能源销售2个月(139.3千瓦时),4(312.5千瓦时)(85.7千瓦时),7月和11月(289.3千瓦时),7月销售的85.7千瓦时展示了今年最糟糕的销售数字。网格销售0.0千瓦和4.53千瓦之间的不同。最少的网格0.0千瓦的销售发生在3月24日和12月26日,分别。网格的大部分销售额大于4.0千瓦。最高的1.9 kW左右发生电网购买7月24日而至少电网购买0.0 kW发生在5月31日和7月22日,分别。还有成群的电网购买1.5千瓦以上1月30日和2 3月和7月2日至7月14日,和平均网格购买0.7 kW左右徘徊。7月销售分支点可能出现由于降雨,云层,或设备或网络故障等意外情况。能源购买概要100.0千瓦时之间徘徊在2月和8月64.3千瓦时。 Although there was a gradual decline in energy purchase from February up to and including August, there was a steady rise, a plateau, around mid-September and mid-October, followed by an energy purchase decline up to the middle of November before an upward trajectory, thereafter.

此外,项目现金流由现在净成本(npc),年度成本,总结。npc包括6354.00美元,936.23美元运营成本,替代成本2838.00美元,-290.29美元残值(收益或利润来自销售结束时,植物的使用寿命),9838.00美元0.00美元资源成本和总成本扣除残值。年度成本由491.48美元资本,运营成本72.42美元,219.53美元替换成本-22.44美元残值(收益或利润),零资源成本和总成本折合成年率760.99美元。总之,人大是9837.75美元,6354.00美元资本支出,我们运营成本269.51美元,0.1250美元COE /千瓦时,逐步降低12.1%的投资回报率(ROI), 16.0%的内部收益率(IRR)返回,简单的回收期5.88年,零(0.00升/年)燃料消耗成本。

5.2。并网光伏系统

图26描述了网格销售的年度图对电网购买光伏并网系统。1.3千瓦的最大电网购买发生在1月,3月,4月和7月。同时,电网购买全年发生。网格销售5月9.0 kW左右达到高峰,7月,8月、10月和12月分别。此外,2.2千瓦至少网格销售发生在5月18日。此外,网格全年销售额接近9.0千瓦。总电力负荷为0.0千瓦,9.1千瓦之间的不同。2162.2千瓦时的能量最高销售发生在7月1824.3千瓦时的能源销售发生在11月。相反,135.14千瓦时的能源购买资料基本上是相同的。这个块模式的总电力负荷全年是有经验的。 The excess electrical load production varied between 4.2 kW and 13.7 kW. The least electrical load served occurred in January while the largest electrical load served occurred in November. The highest total electrical load served was around 9.0 kW and the least electrical load served was 2.7 kW. The maximum total renewable power output was about 23.4 kW while the least total renewable power output was 2.7 kW.

最高的最大可再生能源总产量几乎是相同的。平均总可再生能源输出功率在18.0千瓦左右徘徊。最高的总电力负荷为发生在11月前两周,而至少总电力负荷发生约5月20日。全球最大太阳能日晒1.2千瓦/ m²发生在11月的前两周。全球太阳能日晒平均约0.8千瓦/ m²而最全球太阳能日晒的0.13千瓦/ m²发生在2月11日。同样,最大的23.4千瓦光伏太阳能输出发生在11月前两周至少2.7千瓦的光伏太阳能输出发生在2月6日,2月19日,12月4日,分别。太阳能光伏输出功率也全年平均约15.0千瓦。

图27显示了年度总可再生能源输出功率。最高的总可再生能源输出功率为23.4千瓦,至少总可再生能源输出功率为4.8千瓦。通过计算百分比,最大可再生普及率约为100.0%,而至少可再生普及率为38.3%。最可再生的渗透率发生在8月2日,普及率最高的100.0%发生在大多数日子。同样,至少可再生能源总产量最高发生在8月2日,而发生在11月的前两周。此外,名义再生能力之间的比率和总额定容量和比值可用可再生能力和总容量100.0%,分别。可再生能源总产量和负载之间的比率,比率总可再生生产和发电,和一个-不可再生总产量和负载之间的比率分别为132.0%,96.6%,和100.0%,分别。

荷马标准比率可再生输出和负载,再生产出之间的比率和总代,总负载和1 -不可再生产出之间的比率是258.0%,100.0%,和100.0%,分别。二氧化碳的气体排放₂,氮氧化物(NO_x764.0公斤/年,3.3公斤/年,和1.62千克/年。然而,有限公司,未燃烧的碳氢化合物,和颗粒物每年0公斤,分别。22.0千瓦是额定PV系统容量;平均输出功率3.97千瓦;和平均输出能量,95.4千瓦时/天。能力因素是18.1%,总产量为34804.0千瓦时/年,最大输出功率为23.2千瓦。光伏穿透率为1324.0%;小时的手术,4380小时/年;和成本逐步降低,0.0296美元/千瓦时。

此外,项目现金流的净成本和年度成本。npc包括10876.00美元,-22414.00美元(收益或利润)运营成本,替代成本630.05美元,-118.58美元残值(获得),0.00美元的资源成本,−11026.00美元(获得)现在净总成本。年度成本由841.30美元,-1734.00美元运营成本,替代成本48.74美元,-9.17美元残值(获得),0.00美元的资源成本,−852.93美元的年总成本(收益或利润)。总之,整个人大成本−11026.00美元(获得),资本支出10876.00美元、-1694.00美元,和美元−0.03232 COE /千瓦时成本逐步降低。投资回报率为18.6%;IRR, 22.7%;简单的投资回收期4.35年;和燃料消耗,0.00升/年。

5.3。Grid-PV小型电网

5.3.1。Grid-PV Minigrid没有存储

图28显示了一个示意图的网络化的PV(光伏)太阳能minigrid没有存储。它由一个网格提供社区交流负载60385.6千瓦时/年,每日20.46千瓦的峰值功率。PV供应直流,交流直流或连接到变频器直流到交流转换。最高的光伏输出功率为43.1千瓦和发生在11月前两周,而最小输出功率为6.4千瓦发生在5月19日。平均光伏输出功率在38.0千瓦左右徘徊。全球最大太阳能日晒1.0千瓦/ m²发生在3月13日至20日在全球太阳能日晒的0.18千瓦/ m²发生在5月19日。最大的总电力负荷高峰和发生在33.0千瓦几乎全年1.0千瓦的电能生产时发生在4月30日和6月5日,分别。

小网格被用来发电为农村和semiurban公社。他们可以用作临时或永久供电解决方案取决于地区的战略重要性,直到当他们可以连接到公用事业。因此,其他政策、法律、金融、经济和技术可行性之前会考虑这样的扩展可以实现。

图29日一年一度的图表显示多余的电力生产和可再生能源总产量的并网光伏太阳能minigrid没有存储。占可再生能源输出功率46.0千瓦的最大发生在11月的前两周,最总可再生能源输出功率为5.3千瓦,发生在5月20日。相反,最高的10.7千瓦电能过剩生产发生在11月前两周,而0.7千瓦的电力生产过剩发生在6月5日,分别。此外,名义再生能力之间的比率和总容量和比值可用可再生能力和总容量100.0%,分别。可再生能源总产量和负载之间的比例,每年产生的电能总量之间的比例由可再生组件和总系统的年度发电能力,和一个负不可再生总产量和负载之间的比率是72.6%,67.1%,和100.0%,分别。荷马标准比率可再生输出和负载,再生产出之间的比率和总代,和1 -不可再生产出和可再生产出之间的比率是167.0%,100.0%,和100.0%,分别。

二氧化碳气体排放,所以₂,氮氧化物(NO_x20785.0公斤/年,90.1公斤/年,和44.1千克/年。此外,CO气体排放,未燃烧的碳氢化合物,和颗粒物每年0公斤,分别。此外,光伏系统额定功率为45.3千瓦;平均输出功率7.66千瓦;平均输出能量,184.0千瓦小时/天;和能力因素,16.9%。能源生产总量为67087.0千瓦时/年;最大输出功率43.0千瓦;光伏渗透率,111.0%;小时的手术,4380小时/年; and levelized costs, US$ 0.0971/kWh.

图30.表明年度电网销售和购买混合grid-solar PV系统没有存储。30.2千瓦的最大网格销售发生在1月7日,至少网格0.4千瓦的销售发生在3月23日,5月14日,6月17日,8月2日,11月20 - 22日和12月4日。最高的普及率为132.6%,发生在11月前两周,而至少是74.5%,发生在2月10日。然而,总可再生能源输出功率不能确定的,因为没有可见的紫色颜色与峰值达到平衡图。如果我们假设高原代表可再生能源总产量的混合物,然后36.7千瓦的最大总可再生能源输出功率而26.6千瓦的至少发生在2月11日。

此外,项目现金流由全国人大和年度成本。npc包括80767.00美元,10605.00美元运营成本,替代成本2094.00美元,-1180.00美元残值(收益或利润)和0.00美元的资源成本,总成本是92285.00美元后删除残值。此外,年度成本由6248.00美元资本,运营成本820.31美元,161.95美元的替代成本,91.27美元救助(收益或利润),价值0.00美元的资源成本,成为年度总成本7139.00美元占残值后的植物的使用寿命。总之,现在净总成本是92285.00美元;资本支出80767.00美元;运营成本,890.99美元;COE /千瓦时成本逐步降低,0.0742美元;IRR, 16.5%;简单的投资回收期5.91年;和燃料消耗成本,0.0升/年。

5.3.2。短时间PV Minigrid系统与存储

图31日描述了光伏太阳能的原理图minigrid与存储。系统包括一个电网,电力供应交流社区,而太阳能光伏系统直流供应。社区负载60385.6千瓦时/年,每天20.46千瓦的峰值。的交流负载直流转换器费用如果需要存储和变化回到AC虽然PV(光伏)太阳能可以从直流转换为交流时出现的需求。

区域公用电网的并网光伏系统的工作,这样多余的太阳能发电对电网和喂养的负载的任何短缺太阳能光伏系统提供的网格。坐落太阳能光伏系统供应电子负载和充电电池在阳光时间但只能供应负载通过转换器从蓄电池当太阳并不容易。

设备组成混合grid-solar光伏系统包括逆变器、光伏阵列、蓄电池(有或没有),电表,交流断路器,保险丝,光电隔离器,安全开关、接地、电缆。从光伏阵列发电仅在一个方向流动,是由逆变器转换成交流电,合适的电压和频率。主要参数考虑在选择转换器取决于最高和最低电压和电能转换效率。此外,混合grid-solar光伏系统是有益的,因为当光伏系统产生的电力过剩,送入电网。这使更多的碳足迹的网格和温室气体排放,避免了生产成本。

维修或测试目的,光伏系统断开转换器。因此,隔离器开关的最大额定值,逆变器安全开关,充分大小和准确评价电缆需要可行的系统。

此外,混合PV-grid系统没有电池很容易使用并以更低的成本实现。尽管这个系统看起来可靠,如果没有电池存储,网格失败关键领域和服务可能是负面影响。因此,混合PV-grid系统与电池存储提供不间断供应,但这好处是有代价更高的财务费用和技术复杂性。

图32表明年度电网购买和销售的PV(光伏)太阳能minigrid与存储。7月最高能量为3305.6千瓦时1968.8千瓦时最少的能源销售时发生在11月。同样,最大能源购买2916.7千瓦时,发生在3月虽然约2333.3千瓦时的能量最小购买发生在2月。最大的总电力负荷为36.3 kW左右普遍性的抽样数据而最小为0.0千瓦和发生在5月20日。相反,最大的11.1千瓦电力生产过剩发生在11月前两周而0.0千瓦的至少发生在5月20日。

可再生能源比例渗透( )总可再生电力产出之间的比率(千瓦)和总电力负荷( )(千瓦)。同时,是总未满足的负载(千瓦时/年),年度电力总需求(主和递延)(千瓦时/年),是主要交流负载(千瓦时/年),是主要的直流负载(千瓦时/年),是延迟加载(千瓦时/年),然后呢是卖给电网的能量(千瓦时/年)23,36]。 在哪里未满足需求因素(%),未满足负载(千瓦时/年),负载需求(千瓦时/年),是可再生负荷系数(%),是不可再生的负载(千瓦时/年),是不可再生的焓(千瓦时/年),能源供应(千瓦时/年),然后呢是焓(千瓦时/年)。

图33描述了年度可再生普及率PV minigrid与存储。可再生普及率为10.71%,最高达到106.1%左右的大多数时间全年的至少约25.3%发生在1月8日。类似地,最大的可再生能源总产量约44.2 kW发生在11月前两周,而至少7.9千瓦的发生在1月8日,分别。总之,人大总成本是92799.84美元,80311美元资本支出、运营成本966.05美元,0.0747美元LCOE, 12.1%的投资回报。此外,IRR为16.6%,简单的投资回收期为5.86年,燃料消耗是0 l /年。项目现金流由全国人大和年度成本。因此,资本是80311美元;运营成本,10411美元;重置成本,2891美元;残值(收益或利润),-544.21美元; resource cost, US$ 0; and total net present cost, US$ 92800. The annualized costs comprise US$ 6121 capital, US$784.47 operating cost, US$ 223.67 replacement cost, US$ -42.1 salvage value, US$ 0 resource cost, and US$7178 total annualized cost (less salvage value). Further, the ratio between nominal renewable capacity and total nominal capacity and ratio between usable renewable capacity and total capacity were 100%, respectively. Also, the ratio between total renewable production and load, ratio between total renewable production and generation, and one minus ratio between total nonrenewable production and load were 70.8%, 67.4%, and 100%, respectively.

另外,荷马标准可再生输出和负载之间的比率,比率可再生产出和总代,总负载和1 -不可再生产出之间的比率是141%,100%,和100%,分别。气体排放的二氧化碳,所以₂,氮氧化物(NO_x200738.0公斤/年,89.9公斤/年,和44.0千克/年。同时,CO气体排放,未燃烧的碳氢化合物,和颗粒物每年0公斤,分别。然而,并网光伏minigrid存储被评为45.9千瓦和平均输出功率为7.76千瓦,平均输出能量为186千瓦时/天。能力因素是16.9%,总产量是67993千瓦时/年,最大输出功率为43.6千瓦。光伏穿透率为113%;一年运行小时,4380;和LCOE, 0.0904美元/千瓦时。没有净计量,荷马软件确定总年度能源费用

每月净计量和每月的网络一代坚定,年度总能源费用

与净计量和年度网络一代坚定,总能源费用

每年总电网需求可以表示为 在哪里月每小时电网用电高峰在时间变化率 , 电网的需求率测量(美元/千瓦/月)在利率是sellback测量吗(美元/千瓦时)。同时,电网电力价格率吗(美元/千瓦时),年均净电网购买时间吗(千瓦时)月月度净电网购买速度时间(千瓦时)能源的数量从电网购买月吗速度时间(千瓦时)23,36]。

5.4。总结

部分5包含混合PV-grid系统的建模和优化。在本节中,个体家庭负载连接到一个不可靠的网格和混合PV-grid系统提供可靠的电力电源个体家庭和社区负载连接到两个混合PV-grid系统被认为是有或没有存储。过剩产生的家庭连接不可靠的电网电力的6999.0千瓦时/年(51.7%),未满足电力负荷的1.24千瓦时/年(0.0471%),和容量短缺2.05千瓦时/年(0.0781%)。进一步,可再生能源比例为84.2%;最大的可再生能源渗透,4645.0%;有限公司₂排放609.0公斤/年;氮氧化物(不_x排放1.29公斤/年;和LCOE, 0.1250美元/千瓦时。并网光伏系统,电力过剩8301千瓦时/年(23.1%);未满足的电气负载,0.0千瓦时/年;能力不足,0.0千瓦时/年;可再生能源比例95.4%;可再生能源和最大渗透,258.0%。同时,公司₂,所以₂,氮氧化物(NO_x)气体排放764.0公斤/年,3.31公斤/年和1.62千克/年,分别和LCOE−0.03232美元/千瓦时。在LCOE负号表明并网光伏系统的所有者不需要支付任何金额美元/电力使用但是公用电网将开始支付0.0323美元/千瓦时的所有者并网光伏系统安装完成后。对并网光伏minigrid没有存储,多余的电力生产983.0千瓦时/年(0.999%);满足电气负载,0.0千瓦时;和年度产能短缺,0.0千瓦时。同时,可再生能源比例为65.6%;最大的可再生能源普及率是133.0%;有限公司₂和氮氧化物(NO_x)气体排放20896.0公斤/年和44.3公斤/年,分别;和LCOE是0.07420美元/千瓦时。与存储、并网光伏minigrid多余的电力是1403千瓦时/年(1.39%);不满足电力负荷为0.0千瓦时;不足0.0千瓦时能力;可再生能源比例为65.8%;最大的可再生普及率是141.0%;有限公司₂和氮氧化物(NO_x)气体排放20738.0公斤/年和44.0公斤/年,分别;和LCOE是0.07472美元/千瓦时。

6。结论

卢旺达和鼓励可再生能源的地理位置与其他事实如投资过程和有利条件,如经营条件和生活条件(改善屋面材料,数量的增加住宅建造互相接近(Umudugu),和家庭使用手机和互联网连接可以促进人们在传播或交流对新能源技术在卢旺达)会引起最大的和高效的利用太阳能在卢旺达。这是因为这种资源潜力并没有得到充分利用。进一步分析了月度和年度能源输入国家电网的8.5 MW Rwamagana太阳能发电厂揭示了美好的希望和成功的人会认为投资于太阳能技术在卢旺达。

离网用户没有电,太阳能光伏技术建模通过独立的太阳能系统和太阳能minigrid技术解决方案。独立光伏系统的模型7.204千瓦时/天家庭负载位于Rutsiro,卢旺达(1 56.3°年代,29日19.5°E)显示系统每年能够产生6445千瓦时的电力过剩(67.5%),未满足电力负荷为0.649千瓦时/年(0.0247%)和容量短缺2.54千瓦时(0.0965%)。系统完全使用可再生能源技术(100%可再生分数)有4129%的最大可再生渗透,0.6155美元LCOE(电力成本逐步降低),和零烃和温室气体排放。为社区的165.44千瓦时/天,两个太阳能minigrid技术模拟和优化。提出的离网太阳能光伏系统与存储多余的电力的51348千瓦时/年(42.6%),未满足的电负载42.9千瓦时/年(0.0711%),和能力短缺56.4千瓦时/年(0.0934%)可再生能源的100%,最大的可再生能源2663%的普及率。系统介绍了零碳和气体排放,及其LCOE是0.3903美元。另一个minigrid太阳能技术组成的光伏太阳能和水力发电涡轮,连同其存储、呈现过剩发电319791千瓦时/年(83.9%),未满足的38.6千瓦时的电负载(0.064%)、容量短缺60.3千瓦时/年(0.999%)、可再生的100%和最大可再生普及率为9683.0%,LCOE 0.7239美元/千瓦时,零烃和温室气体排放。

上网用户访问一个不可靠的电网发电特点是频繁停电,停电,和高电价,光伏解决方案建模技术和优化通过太阳能光伏系统通过ATS(自动转换开关),连接并网光伏系统,或短时间光伏太阳能小型电网。太阳能光伏系统与存储与交流主要通过ATS显示连接负载,它能够产生超额用电6999千瓦时/年(51.7%),未满足电力负荷的1.24千瓦时/年(0.0471%)、容量短缺2.05千瓦时/年(0.0781%)、可再生能源比例为84.2%,最大可再生能源普及率为4645.0%,有限公司₂排放609.0千克/年,氮氧化物(NO_x)气体排放1.29公斤/年,LCOE 0.1250美元/千瓦时。并网太阳能光伏系统,多余的电能为8301.0千瓦时/年(23.1%);不满足电力负荷为0.0千瓦时/年;短缺能力为0.0千瓦时/年;可再生能源比例为95.4%;最大的可再生能源普及率是258.0%;有限公司₂,所以₂,氮氧化物(NO_x)气体排放764.0公斤/年,3.32公斤/年和1.62公斤/年,分别;LCOE是-0.03232美元。并网光伏太阳能minigrid没有存储,多余的电力生产983.0千瓦时(0.999%);不满足电力负荷为0.0千瓦时;能力不足0.0千瓦时/年;可再生能源比例为65.6%;最大的可再生能源普及率是133.0%;有限公司₂和氮氧化物(NO_x)气体排放20896.0公斤/年和44.3公斤/年,分别;LCOE是0.07420美元。与存储、并网光伏太阳能minigrid多余的电力为1403.0千瓦时(1.39%);不满足电力负荷为0.0千瓦时;不足0.0千瓦时能力;可再生能源比例为65.8%;最大的可再生普及率是141.0%;有限公司₂和氮氧化物(NO_x)气体排放20738.0公斤/年和44.0千克/年;LCOE是0.07472美元。

指的是计算从荷马软件仿真和优化结果,提供电力通过solar-operated minigrid技术将增加电力进入人口。离网用户,太阳能光伏技术与存储在本文推荐。上网用户,要么有或没有的两个混合grid-PV系统技术存储推荐,因为他们的lco低于正常关税在卢旺达的电力。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了河北省自然科学基金(没有。E2018202282)和天津市自然科学基金重点项目(19 jczdjc32100)。

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