مدل سازی در مهندسی

مدل سازی در مهندسی

مدیریت بهینه توان در ریزشبکه هیبریدی کشتی مبتنی بر پیل سوختی آمونیاک‌سوز و انرژی خورشیدی با چالش فقدان سیستم ذخیره ساز باتری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
10.22075/jme.2026.40865.2994
چکیده
امروزه صنعت دریانوردی با چالش‌های فزاینده‌ای در راستای کاهش انتشار آلاینده‌های کربنی و بهینه‌سازی مصرف انرژی مواجه است. ریزشبکه‌های هیبریدی کشتی، متشکل از پیل سوختی و منابع تولید پراکنده، راه‌حلی امیدوارکننده ارائه می‌دهند. این مقاله به بررسی یک چالش عملیاتی در یک ریزشبکه کشتی هیبریدی متشکل از پیل سوختی آمونیاک‌سوز و آرایه‌های فتوولتائیک می‌پردازد که فاقد هرگونه سیستم ذخیره‌ساز باتری است. فقدان باتری، به دلیل ملاحظات ایمنی در کاربردهای دریایی، مدیریت پیوسته توان و حفظ پایداری سیستم را در مواجهه با تغییرات سریع بار کشتی و نوسانات ذاتی تولید انرژی خورشیدی با دشواری مواجه می‌سازد.
برای غلبه بر این چالش، مدیریت بهینه توان مبتنی بر کنترل پیش‌بین مدل با افق لغزان ارائه شده است. هسته مرکزی این چارچوب، یک مسئله بهینه‌سازی غیرخطی با قیود متعدد است که توسط یک الگوریتم ترکیبی متشکل از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات برای جست‌وجوی فضای حل و روش برنامه‌ریزی درجه دوم متوالی برای همگرایی دقیق به نقطه بهینه حل می‌شود که کارایی سیستم را تا 22% ارتقا می‌دهد. مدل پیش‌بین دقیق، دینامیک‌های الکتروشیمیایی پیل سوختی آمونیاک‌سوز، رفتار غیرخطی آرایه‌های خورشیدی تحت شرایط آب‌وهوایی متغیر و پروفیل بارهای عملیاتی کشتی را یکپارچه می‌سازدکه سبب کاهش مصرف آمونیاک (17.3%)، بهبود پایداری ولتاژ (61%) و افزایش قابلیت اطمینان بدون باتری می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Power optimization management of ship hybrid microgrid comprising ammonia fuel cell and photovoltaic cell considering the absence of energy storage

نویسندگان English

Iman Moghtaderizadeh
Reza Keypour
Asghar Akbari Foroud
Electrical and computer engineering faculty, Semnan university, Semnan, Iran
چکیده English

Today, the maritime industry is facing an increasing challenge in terms of emission reduction and energy consumption optimization. Ship hybrid microgrids, comprising fuel cell and distributed generation sources, are illustrating optimistic solutions. This paper analyzes a challenging operation of a ship hybrid microgrid comprising ammonia fuel cell and photovoltaic arrays considering the absence of energy storage. The absence of energy storage system is due to marine safety concerns, constant power management and system stability when dealing fluctuations in ship load profile and initial transition of photovoltaic cell arrays.
To overcome this challenge, power optimization management based on model predictive control with rolling horizon is applied. The core of this configuration is a non-linear problem with number of constraints which is solved through a corporative algorithm comprising particle swarm optimization and sequential quadratic programming which can increase system efficiency up to 22%. The model predictive control harmonizes the dynamics of electrochemical in ammonia fuel cell, non-linear transition of photovoltaic arrays under variant climatic situations and ship load profiles that can decrease ammonia consumption (17.3%), improve voltage profile (61%) and network stability.

کلیدواژه‌ها English

Hybrid microgrid
Ammonia fuel cell
Photovoltaic cell

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 17 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 19 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 01 شهریور 1405