Hybrid renewable energy systems design for green campus-IZTECH

Abstract

This study focuses on evaluating of standalone PV and Wind systems integrated with energy storage technologies to meet the electricity needs of the Izmir Institute of Technology campus in Izmir. University campuses with their high energy demand are one of the most important application areas for renewable energy systems and it’s critical to determine the types of renewable energy technologies, their size, and techno-economic feasibility for possible future implementation. Solar and wind energy were chosen as renewable energy sources based on the location and renewable energy potential of the IZTECH Campus. Two different energy storage systems are proposed to prevent any loss of power supply in standalone mode: (i) Lead-acid battery and (ii) Electrolyzer, hydrogen storage tank, and hydrogen-powered generator. Models were developed using the dynamic library-based structure of the TRNSYS program. The hourly electrical load was generated based on monthly data taken from the electricity supplier and the power output of PV modules was calculated based on the fixed tilt angle based on real meteorological data for the campus location. The electricity demand and generation were analyzed hourly for one calendar year. The number of PV modules was determined to meet the annual electricity demand of the campus while the capacity and number of energy storage modules were determined based on the maximum accumulative energy deficiency in a year. The round-trip efficiencies and the depth of discharge for the battery and the hydrogen storage efficiency for the hydrogen-based storage option were considered in the analysis. Parameters were calculated for both systems and simulation analyzes were evaluated. An economic cost analysis was performed for each system. In addition, suggestions are made for possible system improvements.

Bu çalışma, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü yerleşkesinin elektrik ihtiyacını karşılamak için enerji depolama teknolojileri ile entegre edilmiş şebekeden bağımsız PV ve Rüzgâr sistemlerinin değerlendirilmesine odaklanmaktadır. Yüksek enerji talebi ile üniversite kampüsleri, yenilenebilir enerji sistemlerinin uygulanması için en kritik uygulama alanlarından biri olan üniversite kampüsleri, yenilenebilir enerji kaynakları ile bu sistemlerin performans değerlendirmesi için faydalı bir araç sağlamaktadır. Ana enerji üretim kaynağı güneş ve rüzgâr enerjisidir. Şebekeden bağımsız modda herhangi bir güç kaynağı kaybını önlemek için iki farklı enerji depolama sistemi önerilmektedir: (i) Kurşun-asit batarya ve (ii) Elektrolizör, hidrojen depolama tankı ve hidrojenle çalışan jeneratör. TRNSYS programının dinamik kütüphane tabanlı yapısı kullanılarak modeller geliştirilmiştir. Saatlik elektrik yükü, elektrik tedarikçisinden alınan aylık verilere göre oluşturulmuş ve PV modüllerinin güç çıkışı, kampüs konumu için gerçek meteorolojik verilere dayalı sabit eğim açısına göre hesaplanmıştır. Elektrik talebi ve üretimi bir takvim yılı için saatlik olarak analiz edilmiştir. PV modül sayısı yerleşkenin yıllık elektrik ihtiyacını karşılayacak şekilde belirlenirken, kapasite ve enerji depolama modül sayısı bir yıldaki maksimum kümülatif enerji açığına göre belirlendi. Analizde, batarya için gidiş-dönüş verimlilikleri ve deşarj derinliği ve hidrojen bazlı depolama seçeneği için hidrojen depolama verimliliği dikkate alındı. Her iki sistem için parametreler hesaplanmış ve simülasyon analizleri değerlendirilmiştir. Her sistem için ekonomik maliyet analizi yapılmıştır. Ayrıca olası sistem iyileştirmeleri için önerilerde bulunulmuştur.