The use of alternative fuels, particularly renewable energy sources, has been an important strategy to achieve greenhouse gas emission reductions. In Bolivia, many rural areas struggle with an unreliable power supply. The most common electricity solution in such isolated areas is to have off-grid systems, where hybrid systems have become a feasible solution. In this study, a hybrid system in the rural village El Espino is optimized using a linear programming tool called MicroGridsPy. Currently, the village is powered by a hybrid system consisting of solar photovoltaics, a diesel generator and lead-acid batteries as a storing system. To optimize the system in a sustainable way, considering economic, environmental and social aspects, two wind turbines of the nominal capacities 5 and 10 kW are studied and introduced to the hybrid system. To find synergies between the wind and solar energy, the irradiance and wind speed of the study area are simulated using a Weather Research and Forecasting (WRF) model. The power output from the wind turbines can then be obtained by modelling the power curves and then be added to the optimization model. The optimization is performed both with and without the wind turbines to evaluate the impact of them. In the optimization model, characteristics of the components, techno-economic parameters, including investment costs, and constraints such as renewable penetration, and cost of the curtailment are set. The obtained results include that the wind speed is higher during the winter season, and that the wind power output, regardless of turbine size, is proportional to the wind speed. Furthermore, the 10 kW wind turbine is proven to be the most suitable for the system of the two compared. The economical values of the system, such as NPC and LCOE are higher, the higher the renewable penetration, but lower for the system with wind turbines. This implicates that adding wind energy to the hybrid system could be beneficial from both an environmental and economical point of view. One conclusion that can be drawn is that wind turbines are a feasible technology for rural electrification, and that the optimization tool is sensitive to cost. Furthermore, it is found that the wind and solar energy are suitable complements to each other both season wise and daily. / Användningen av alternativa bränslen, särskilt förnybara energikällor, har varit en viktig strategi för att minska utsläppen av växthusgaser. I Bolivia kämpar många landsbygdsområden med en opålitlig strömförsörjning. Den vanligaste lösningen för elektricitet i sådana områden är off-grid system, där hybridsystem har blivit en lämplig lösning. I denna studie, optimeras ett hybridsystem beläget i byn El Espino, med ett linjärt programmeringsverktyg; MicroGridsPy. För närvarande drivs byn av ett hybridsystem bestående av solceller, en dieselgenerator och blybatterier för att lagra energin. För att optimera systemet på ett hållbart sätt, utifrån ett ekonomiskt, miljömässigt och socialt perspektiv, studeras två vindturbiner med de nominella kapaciteterna 5 och 10 kW, för att sedan introduceras till hybridsystemet. För att göra detta simuleras områdets solstrålning och vindhastighet med hjälp av en WRF-modell (Weather Research and Forecast). Effekten från vindturbinerna kan då erhållas genom att modellera effektkurvorna, och kan därefter läggas till i optimeringsmodellen. Optimeringen utförs både med och utan vindturbiner för att på så sätt utvärdera deras inverkan på systemet. I optimeringsmodellen fastställs egenskaper hos komponenterna, techno-ekonomiska parametrar, inklusive investeringskostnader och begränsningar såsom förnybar penetration och kostnad för energispill. De erhållna resultaten visade bland annat att vindhastigheten är högre under vintersäsongen, och att effekten är proportionell mot vindhastigheten, oavsett storlek på vindturbin. Vidare har vindturbinen med kapacitet 10 kW visat sig vara den mest lämpade för systemet av de två jämförda. Systemets ekonomiska värden, såsom NPC och LCOE, är högre, ju högre förnybar penetration, men lägre för systemet med vindturbiner. Detta implicerar att vindenergi kan vara till nytta för hybridsystemet, både ur miljösynpunkt och ur en ekonomisk synvinkel. En slutsats som kan dras är att vindturbiner är en passande teknik för landsbygdselektrifiering, och att optimeringsverktyget som användes är känslig mot kostnader. Vidare konstateras att vind- och solenergi kompletterar varandra både säsongsvis och på daglig basis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-254415 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Granqvist, Jessica, Gao, Lily |
| Publisher | KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 19447 |
Page generated in 0.0028 seconds