بهره برداری بهینه هاب انرژی خانگی همراه با بهینه سازی ظرفیت سیستم های تولید انرژی تجدیدپذیر خورشیدی

سیستم های چندگانه انرژی یا به اصطلاح هاب های انرژی یکی از رویکردهای جدید در سیستم های تامین انرژی با دیدگاه افزایش بهره وری سیستم های انرژی الکتریکی، گاز و ... به حساب می آید. اجرای طرح مدیریت انرژی در قالب هاب های انرژی خانگی نیز با توجه به درصد قابل توجه انرژی مصرفی بخش خانگی از مصارف انرژی جهانی می تواند بسیار اثرگذار باشد. تا کنون، بهره برداری بهینه هاب های انرژی خانگی همزمان با تعیین بهینه ظرفیت سیستم های تولید انرژی تجدیدپذیر خورشیدی در کارهای گذشته کم تر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، روش نوینی برای پاسخ به خلاء تحقیقاتی بهینه سازی همزمان ظرفیت سیستم خورشیدی و بهره برداری هاب انرژی خانگی ارائه می گردد. روش پیشنهادی بر روی یک هاب انرژی خانگی شامل بارهای قابل کنترل و کنترل ناپذیر، واحد تولید همزمان برق و گرما، خودروهای برقی هیبریدی قابل اتصال به شبکه، بارهای گرمایشی و سیستم خورشیدی و ذخیره ساز گرمایی پیاده سازی می گردد. مطالعات انجام شده در حالات مختلف و با دیدگاه مقایسه روش پیشنهادی و روش های موجود بهره برداری بهینه هاب انرژی خانگی، بهینه سازی همزمان موضوعات برنامه ریزی و بهره برداری با تاکید بر سیستم خورشیدی برای برجسته نمودن مزایای روش پیشنهادی ارائه می گردد. نتایج به دست آمده دلالت بر کارآیی روش پیشنهادی برای کاهش هزینه های بهره برداری و افزایش بهره وری هاب انرژی خانگی با حفظ سطح راحتی مشترک در بالاترین سطح را دارند.

Optimal Operation of Residential Energy Hubs Considering Optimized Capacity of Photovoltaic based Renewable Energy Systems

The deployment of multicarrier energy systems, which are called energy hubs, is one of the most recent and useful strategies in the field of energy systems. The reliability of energy systems and their operation cost and efficiency could be improved by applying the concepts of energy hubs. The simultaneous management of electrical consumptions and heat demands by the concepts of energy hub would be effective. The energy management of residential energy hubs has received a great deal of attention because the energy consumption of the residential sector is significant in the amount of global energy consumption of the world. There is a knowledge gap in developing a new method simultaneously considering optimal operation and optimal allocation of photovoltaic units in residential energy hubs. This paper tries to fill this knowledge gap. Integrating the optimal planning and optimal scheduling of residential energy hubs could improve the system cost and other features. Considering the capacity of the photovoltaic unit as one of the decision variables in the proposed optimization problem besides other operation and scheduling decision variables is one of the most important contributions of this research. The proposed method is applied to a residential energy hub, including the controllable and uncontrollable appliances, combined heat and power units, plugin hybrid electric vehicles, heating loads, photovoltaic units, and heat storage systems. The proposed optimization problem is solved by the genetic algorithm in MATLAB. Different case studies are analyzed to assess the impacts of photovoltaic units rsquo; capacity, energy storage systems, and simultaneous optimization of planning and operation decision variables. The test results illustrate the advantages of the simultaneous optimization of operation and capacity of the photovoltaic unit in the proposed method. It is inferred from the comparative test results that by applying the proposed method, it is possible to improve the operation cost and efficiency of energy systems, while the constraints of customer satisfaction are concerned. It is revealed that an around 5% improvement in the daily cost of the studied residential energy hub could be achieved compared to conventional studies. The sensitivity analysis is performed to investigate how energy storage systems besides photovoltaic units influence the residential energy hubs.