I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l. 7 No . 1 A p r il   201 8 ,   p p .   1 ~9   I SS N:  2252 - 8792  DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 7 . i1 . p p 1 - 9          1       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JA P E   E c o l o g i c a l   a n d   E c o n o m i c a l   F r i e n d l y   A n a l y s i s   o f   a   H y b r i d   S o l a r   G r i d   D i e s e l   C o n n e c t e d   P o w e r   G e n e r a t i o n   S y s t e m         Ra f a t   Q o na in 1 ,   M a lik   Ra f i 2 ,   I m ra k ha n 3 Sh iv ley   Sa g ee r 4   1, 2, 3 A ZA D IE T ,   L u c k n o w ,   In d ia   4 NH M ,   L u c k n o w ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 6 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   9 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   3 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p re se n ts  Im p o rtan c e   o f   h y b rid   p o w e s y st e m .   T h is  p a p e d e p icts   m o d e a n d   sim u latio n   o f   a   re n e wa b le  e n e rg y   b a se d   h y b rid   p o w e s y ste m   f o r   im p ro v in g   p o w e q u a li ty   b e c a u se   o p ti m a u ti li z a ti o n   o f   p rim a ry   e n e r g y   so u rc e w il in c re a se   th e   lev e o f   su p p ly   re li a b il it y .   T h e   c o m b in a ti o n   o f   g rid ,   p h o to   v o lt a ic  ( P V a rra y   s y ste m ,   a n d   d ies e g e n e ra to s y ste m s   a r e   u se d   f o r   p o w e g e n e ra ti o n .   Du e   to   v a riat io n   in   o u tp u p o w e o f   so lar   p a n e l,   d ies e e n g in e   is  a lso   c o u p led   t o   e n su r e   re li a b le  su p p ly   u n d e a ll   c o n d it i o n s .   t h e   re su lt sh o w th a th e   p r o p o se d   h y b rid   p o w e s y ste m   c a n   e ffe c ti v e ly   m a n a g e   th e   o p t im a u ti li z a ti o n   o f   p rim a r y   e n e rg y   so u rc e a n d   i m p ro v e th e   p o w e q u a li ty   in   a n   isla n d i n g   a s w e ll   a g rid   c o n n e c ted   m o d e .     K ey w o r d :   Diesel   g r id   co n n ec ted   s y s te m   Ho m er   s o f t w ar e   R E T s   So lar   p h o to v o ltaic     C o p yrig h ©   201 8   I n s t itu te  o A d va n ce d   E n g i n e erin g   a n d   S c ien ce   A ll ri g h ts   r ese r ve d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I m r an   K h an ,   AZ A I E T ,   L u c k n o w   ,   I n d ia   E m ail:  p e. i m r a n @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   1 . 1 .     G rid   Gr id   ex is t s   as   t h m ain   p o w er   co m p o n en i n   t h is   h y b r id   s y s t e m .   Mo r eo v er ,   g r id   h as  t h f u n ctio n s   as   s to r ag s y s te m ,   s o   g r id   p o w er   s y s te m   d o es n o n ee d   b atter y   [ 1 ] .   Diesel  g en er ato r   i s   o n o f   t h ele m e n ts   o f   h y b r id   s y s te m   d es cr ib ed   in   th is   t h es is .   d iesel  g en er ato r   is   a n   e n g i n w h ic h   u s e   d iesel  as  t h p r i m e   m o v er   to   g en er at elec tr ic  en er g y .   I s u p p lies   t h lo ad   w h en   th er e   is   less   s u p p l y   f r o m   r en e w a b le  en er g y   s o u r ce s   th a n   d em an d   f o r   an   ef f icie n t,  co n ti n u o u s ,   an d   r eliab le   cu s to m er s   en er g y   d e m an d .   T h f o llo w i n g   f i g u r e ,   Fig u r 1 ,   s h o w s   t h s c h e m atic  o f   d ies el  g en er ato r   [2 - 3] .           Fig u r 1 .   Sch e m atic  o f   d iesel  g en er ato r   w it h   co n s ta n t e n g in s p ee d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1     9   2   1 . 2 .   B a t t er y   A   b atter y   i s   d ev ice  th at  s to r es  d ir ec cu r r en ( DC )   elec tr ical  en er g y   in   elec tr o ch e m ica f o r m   f o r   later   u s e.   T h a m o u n o f   e n er g y   t h at  w i ll  b s to r ed   o r   d eliv er ed   f r o m   t h e   b atter y   is   m a n a g ed   b y   th e   b atter y   ch ar g co n tr o ller .   E lectr ical  en er g y   i s   s to r ed   in   b atter y   in   elec tr o ch e m ical  f o r m   an d   is   th m o s w id el y   u s ed   d ev ice  f o r   en er g y   s to r in   v ar iet y   o f   ap p licatio n .   T h co n v er s io n   ef f icie n c y   o f   b atter ies  is   n o p er f ec t.   E n er g y   is   lo s as  h ea an d   i n   th ch e m ical  r ea ctio n ,   d u r i n g   ch ar g i n g   o r   r ec h ar g in g .   B ec au s n o all  b atter ies   ca n   b r ec h ar g ed   th e y   ar d i v i d ed   in   t w o   g r o u p s .   T h f ir s g r o u p   is   th p r i m ar y   b atter ies   w h ic h   o n l y   co n v er t s   ch e m ical  en er g y   to   elec tr ical  en er g y   a n d   ca n n o b r ec h ar g ed .   T h s ec o n d   g r o u p   is   r ec h ar g ea b le  b atter ies.   R ec h ar g ea b le  b atter ies ar u s e d   in   h y b r id   p o w er   g e n er atio n   s y s te m   [4 - 5] .     1 . 3 .   P o w er   c o nd it io nin g   un it   An   i n v er ter   co n v er ts   t h d ir ec t   cu r r en t   ( DC )   elec tr ic it y   f r o m   s o u r ce s   s u ch   a s   b atter ies,   P m o d u le s ,   o r   w i n d   tu r b i n to   alter n a tiv cu r r en ( AC )   elec tr icit y .   T h elec tr icit y   ca n   t h en   b u s ed   to   o p er ate  ac   eq u ip m e n li k th o n es   th a t   ar p lu g g ed   i n   to   m o s t   h o u s h o ld   elec tr ica o u tle ts .   T h n o r m al   o u tp u ac   w a v e f o r m   o f   i n v er ter s   i s   s i n w a v w it h   f r eq u e n c y   o f   5 0   Hz   [ 6 ] .           Fig u r 2.   Sch e m atic  o f   f u e l c ell       I n v er ter s   ar e   av ai lab le  in   t h r ee   d if f er en t   ca teg o r ies   b ased   o n   w h er t h e y   ar ap p lied : g r id - ti ed   b atter y   less ,   g r id   tied   w it h   b atter y   b a ck - u p   a n d   s ta n d - alo n e.   T h g r id   tied   b atter y   less   ar th m o s p o p u lar   in v er ter s   to d ay .   T h ese  in v er ter s   co n n ec d ir ec tly   to   t h p u b lic  u ti lit y ,   u s i n g   t h u tili t y   p o w er   as  s to r ag b atter y .   T h e   g r id - tied   w i th   b atter y   b ac k u p   ar m o r co m p lex   th a n   b atter y   les s   g r id - tied   i n v er ter s   b ec a u s t h e y   n ee d   to   s ell   p o w er   to   th e   g r id ,   s u p p l y   p o w er   to   b ac k ed - u p   lo ad s   d u r i n g   o u tag e s ,   a n d   ch ar g b atter ies   f r o m   t h g r id ,   P o r   w i n d   t u r b in e   af ter   an   o u ta g e .   T h s ta n d - alo n e   i n v er ter s   a r d esig n ed   f o r   in d ep en d e n u tili t y - f r ee   p o w er   s y s te m   a n d   ar ap p r o p r iated   f o r   r em o te  h y b r id   s y s te m   i n s tal latio n   [ 7 ] .   I n   th o th er   h an d ,   b ased   o n   th eir   o u tp u w a v e f o r m s   t h er ar th r ee   k i n d s   o f   i n v er ter s s q u ar w av e ,   m o d i f ied   s i n e - w av e,   an d   p u r s in w a v in v er ter s .   Of   th t h r ee ,   th s q u ar w a v t y p is   th e   s i m p lest   a n d   least   ex p en s iv e,   b u w it h   th p o o r e s q u alit y   o u tp u s i g n al.   T h m o d i f ied   s i n w a v t y p is   s u itab le  f o r   m a n y   lo ad   t y p es  an d   is   t h m o s p o p u lar   lo w - co s in v er ter .   P u r s in w a v in v er ter s   p r o d u ce   th h i g h e s q u ali t y   s ig n al   an d   ar u s ed   f o r   s e n s i tiv e   d ev ices   s u ch   as   m ed ical  eq u ip m en t,  la s er   p r in ter s ,   s ter eo s ,   etc .   T h ef f icie n c y   o f   co n v er ti n g   th d ir ec c u r r en t   to   alter n ati v cu r r e n o f   m o s in v er ter s   to d a y   is   9 0   p er ce n o r   m o r e.   Ma n y   in v er ter s   clai m   to   h av h i g h er   ef f icien c ies b u f o r   th i s   r ep o r th ef f icie n c y   th a w as  u s ed   is   9 0 %   [ 8 ] .       2.   DE S I G NIN G   AND  M O DE L I NG   O F   H YB RID S YS T E M   WI T H   H O M E R   T h h y b r id   o p ti m izat io n   m o d el  f o r   elec tr ic  r e n e w ab le  ( HO ME R ) ,   w h ic h   i s   co p y r i g h ted   b y   Mid w es t   R esear ch   I n s tit u te  ( MRI)   i s   co m p u ter   m o d el  d e v elo p ed   b y   th U. S.  Natio n a R e n e w ab le  E n er g y   L ab o r ato r y   ( NR E L )   to   as s is th d esi g n   o f   p o w er   s y s te m s   a n d   f ac il itate  t h co m p ar is o n   o f   p o w er   g en er atio n   tech n o lo g ie s   ac r o s s   w id r an g o f   ap p licatio n s .   HOM E R   is   u s ed   to   m o d el  p o w er   s y s te m s   p h y s ic al  b eh av io r   an d   its   lif e - c y c le  co s t,  w h ic h   i s   th to t al  co s t o f   in s talli n g   an d   o p er atin g   th s y s te m   o v er   its   li f ti m e.   HOM E R   a llo w s   th m o d eler   to   co m p ar m a n y   d if f er e n d esi g n   o p tio n s   b ase d   o n   th eir   tech n ical  a n d   ec o n o m ic  m er it s .   I also   ass is ts   i n   u n d er s ta n d in g   an d   q u an t if y i n g   th e f f ec ts   o f   u n ce r tain t y   o r   ch an g es i n   t h in p u ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     E co lo g ica l a n d   E c o n o mica l F r ien d ly  A n a lysi s   o f a   Hyb r id . . .   ( R a fa t Q o n a in   )   3   HOM E R   s o f t w ar is   u s ed   a s   to o to   ac co m p lis h   t h is   r ep o r t.  A s   m e n tio n ed   ea r lier ,   th m a in   o b j ec tiv o f   th e   s t u d y   is   to   d esig n   a n d   m o d el  h y b r id   P V W in d d iesel b atter y   b ase d   s tan d alo n e   p o w e r   g en er atio n   s y s te m s   to   m ee t t h lo ad   r eq u ir em e n ts   o f   t h s p e cif ied   lo ad .   T h p o w er   co n d itio n i n g   u n its   ar d c - d an d   ac - d co n v er ter s ,   w it h   t h s o le  p u r p o s o f   m a tch i n g   t h e   P V,   b atter ies  an d   w i n d   t u r b in v o lta g es  to   th at  o f   t h b u s   v o lta g at  t h d b u s .   T h p r im ar y   lo ad   is   a n   elec tr ic  d em a n d   th at  m u s b s er v ed   ac co r d in g   to   p ar tic u lar   s ch ed u le  w h er ea s   d ef er r ab le  lo ad   is   elec tr ic  d em a n d   th a t c an   b s er v ed   at  c er tain   p er io d   o f   ti m e,   th e x ac t   ti m i n g   i s   n o t i m p o r tan t.   HOM E R   p er f o r m s   t h r ee   m aj o r   task s s i m u latio n ,   o p ti m izati o n ,   an d   s e n s it iv it y   a n al y s i s   b ased   o n   th e   r a w   i n p u t   d ata  g i v e n   b y   u s er .   T h p er f o r m a n ce   o f   p ar tic u lar   p o w er   s y s te m   co n f i g u r ati o n   f o r   ea ch   h o u r   o f   th y ea r   i s   m o d eled   b y   s i m u l atio n   p r o ce s s   to   d eter m in i t s   tech n ical   f ea s ib ili t y   a n d   li f e - c y c le  co s t.  Ma n y   d if f er e n t s y s te m   co n f i g u r atio n s   ar s i m u lated   i n   th o p ti m iza tio n   p r o ce s s   in   s ea r c h   o f   t h o n th a t s ati s f ie s   t h e   tech n ical  co n s tr ain ts   at   th e   lo w e s li f e - c y c le  co s t.  D u r in g   th s e n s iti v it y   a n al y s i s   p r o ce s s   m u ltip le   o p tim izatio n s   ar p er f o r m ed   u n d er   r an g o f   i n p u as s u m p tio n s   f o r   j u d g in g   th e f f ec ts   o f   u n ce r tain t y   o r   ch an g es  in   th m o d el  in p u ts .   Op ti m iz at io n   d eter m i n e s   th e   o p ti m al  v a lu o f   t h v ar iab l es  o v er   w h ich   th e   s y s te m   d esi g n er   h as  co n tr o s u ch   a s   t h m i x   o f   co m p o n e n ts   th at  m a k u p   th s y s te m   a n d   th s ize  o r   q u an t it y   o f   ea ch .   T h e f f ec ts   o f   u n ce r t ain t y   o r   ch a n g es  i n   th e   v ar iab les  ca n   b as s ess ed   b y   Se n s iti v it y   a n al y s is ,   o v er   w h ic h   th d esi g n er   h as  n o   co n tr o l,  s u ch   as t h a v er ag w i n d   s p ee d   o r   th f u t u r f u el  p r ice.       3.   SI M UL AT I O A ND  RE SU L T S   3 . 1   Si m ula t io n o f   hy brid s y s t e m   o H O M E R   HOM E R   p er f o r m s   t h s i m u l atio n   f o r   n u m b er   o f   p r o s p ec tiv d esig n ed   co n f i g u r at i o n s .   Af ter   ex a m in i n g   ev er y   d es ig n ,   it  s e lects  th o n t h at  m ee ts   t h l o ad   w i th   t h s y s te m   co n s tr ai n ts   at  t h least  L i f C y cle  C o s ( L C C ) .   HOM E R   p er f o r m s   its   o p ti m izatio n   an d   s en s iti v it y   a n al y s is   ac r o s s   all  m e n tio n ed   co m p o n e n t s   a n d   t h eir   r eso u r c e s ,   tech n ical   an d   co s p ar a m e ter s ,   an d   s y s te m   co n s tr ain ts   a n d   s e n s it iv i t y   d ata   o v er   r an g o f   e x o g e n o u s   v ar iab les.     3 . 2   M o delin g   o f   elec t ric  lo a d us i ng   H O M E R   T h elec tr ic  lo ad s   ar u s u all y   t h lar g est  s i n g le   i n f l u e n ce   o n   t h s ize   an d   co s o f   h y b r id   s y s te m   co m p o n e n t s .   So ,   o n o f   th m o s i m p o r tan s tep s   i n   th d esi g n   o f   t h h y b r id   s y s te m   i s   d ec id in g   o n   t h lo ad .   T h ter m   lo ad s   r ef er s   to   d e m an d   f o r   elec tr ic  o r   th er m al  e n er g y .   I n   th i s   s t u d y ,   elec tr ical   lo ad   o f   Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g   a n d   T ec h n o lo g y ,   AZ A T E C HNI C A L   C A MP US,  L u c k n o w   is   s elec te d   to   ca r r y   o u t   th e   ec o n o m ic  a n al y s i s .   A   t y p ical  s a m p le  o f   t h d ail y   lo ad   p r o f il d u r in g   w o r k in g   d a y   o f   th e   b u ild in g   is   s h o w n   i n   Fig u r e   3 .             Fig u r 3 .   Dail y   lo ad   p r o f ile       T h b u ild in g   r eq u ir es  m a x i m u m   o f   7 5 8   k W   p ea k   d e m an d   a n d   it  h as  b ase  d e m an d   o f   ap p r o x im a tel y   3 0   k W .   Fro m   t h lo ad   p r o f ile,   it c a n   b s ee n   th at,   d u r i n g   n i g h t ti m e s ,   th e   lo ad   r eq u ir e m en t s   ar e   th lo w est  s i n ce   t h at  is   t h o f f   w o r k i n g   h o u r s   o f   th s ta f f s   a n d   s t u d en t s .   T h m ax i m u m   d e m an d   o cc u r s   d u r i n g   d ay t i m e   f r o m   8   a. m .   to   5   p . m .   as  t h i s   i s   t h w o r k in g   h o u r   p er io d .   T h p ea k   d e m a n d   i s   a b o u 6 2   k W   f r o m   8   a. m .   to   1 1   a. m .   an d   2   p . m .   to   5   p . m .   w h er it   is   th e   ti m f o r   s tu d en t s   to   co n d u ct   ex p er i m en t s   i n   t h lab o r ato r y .   T h lo ad   d em a n d   d r o p s   to   ab o u 4 2 0   k W   i n   t h a f ter n o o n   w h e n   t h er ar n o   e x p er i m en t s   i n   t h lab o r ato r y   an d   th er ef o r th co m p u ter s   an d   o th er   lab o r ato r y   eq u ip m en w er tu r n ed   o f f .   Usu a ll y ,   s o m r ep lace m en t   lectu r es  a n d   clas s es  ar co n d u cted   af ter   w o r k i n g   h o u r s ,   5   p . m . 1 0   p . m .   w h ic h   it  r es u lt s   in   th lo a d   d e m an d   o f   ab o u 4 5 0   k W .   Fig u r 4   illu s t r ates  th av er a g an d   th d ev i atio n   o f   th m o n t h l y   lo ad   p r o f ile  f o r   th s tu d ied   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1     9   4   b u ild in g .   T h s ca led   an n u al   av er ag en er g y   d e m a n d   o f   th s t u d ied   b u ild in g   as  s i m u lated   b y   HOM E R   s o f t w ar is   5 4 8 4   k W h /d a y .         Fig u r 4 .   Mo n th l y   lo ad   p r o f ile       3 . 3   Resul t s   a n dis c us s io n   T h is   s ec tio n   r ep r esen t s   th r e s u lt s   o b tain ed   u s in g   t h h o m e r   s o f t w ar f o r   d if f er en co n f i g u r atio n   o f   h y b r id   s y s te m   as  d esi g n ed   in   Ho m er   s i m u latio n   s o f t w ar to   ca lcu late  to tal  n et  p r esen co s ( NP C )   &   co s o f   en er g y   ( C OE ) .     3 . 3 . 1     O nly   g rid c o nn ec t ed  s y s t e   HOM E R   g e n er ated   s i m u lat ed   o p tio n   w it h   a n   o p ti m a s y s te m   b ei n g   o n e   w it h o u t   an   alter n ati v e   s o u r ce ,   w h ic h   m ea n s   t h f ac to r y   lo ad   s u p p lied   elec tr icit y   1 0 0 f r o m   th g r id   as  s h o w n   i n   Fig u r 5 .   T h to tal  NP C   o f   th i s   g r id - o n l y   m et h o d   ca m s o lel y   f r o m   th g r id   s in c th g r id   w as t h o n l y   s u p p l y .   T h o u tp u t sh o ws   th at  to tal  en er g y   o f   2 , 0 0 1 , 6 5 5 k W h / y ea r   w as  p u r c h ased   f r o m   t h g r id   an d   n o   p o w er   s u p p ly   ca m f r o m   t h e   P s y s te m   a s   illu s tr ated   in   T ab le  1 .   I ca n   b n o ted   th er is   n o   ca p ital  co s b ec au s n o   alter n ativ s y s te m   n ee d ed   to   b p u r ch ased   o r   in s talled   in   th i s   p h ase  o f   th a n al y s is .   T ab le   2   s h o w s   th HO ME R   o u tp u r esu lts   f o r   g r id   o n l y   s y s te m .   T h o p tim al  r es u lt  f o r   HOM E R   d ep en d in g   o n   t h NP C   is   to   u s g r id - o n l y   m et h o d   as t h f ir s t c h o ice.   T h is   m ea n s   t h at   an y   alter n ati v s y s te m   w il n o b co n s id er ed   an   o p tim al  s o l u tio n .   T h r ea s o n   f o r   t h is   i s   t h g r id - o n l y   s y s te m   is   ass u m ed   to   ca r r y   n o   ca p ital o r   m ai n te n an ce   co s t.       T ab le  1 .   Op tim izatio n   Re s u lt s   f o r   Gr id   On l y   S y s te m   G r i d   T o t a l   I n i t i a l   C a p i t a l   C o st   T o t a l   N P C   O p e r a t i n g   C o st   C O E   R e n e   w a b l e   F r a c t i o n   kW   Rs   Rs   R s/ y r   R s/ k W h   -   8 5 0   0   1 8 2 9 5 3 3 2 0   1 4 3 1 1 8 2 5   7 . 1 5   0           Fig u r e   5 .   T h m o n t h l y   av er a g elec tr icit y   p r o d u ctio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     E co lo g ica l a n d   E c o n o mica l F r ien d ly  A n a lysi s   o f a   Hyb r id . . .   ( R a fa t Q o n a in   )   5   T ab le  2 .   Gr id   On l y   S y s te m   E l ec tr icit y   C o n s u m p tio n             3 . 3 . 2     P a nd   g rid c o nn ec t ed  s y s t e m   Fig u r 6   s h o w s   th P an d   g r id   co n n ec ted   s y s te m   co n f ig u r atio n   as  d esig n ed   in   Ho m er   s i m u lat io n   s o f t w ar e.   F ig u r 7   s h o w s   th e   HOM E R   o u tp u t   r esu lts   o r d er ed   f r o m   lo w e s NP C   f o r   ad d in g   t h P g en er atio n   s y s te m   to   t h s i m u latio n .   HO ME R   u s es t h to tal  NP C   as its   m ain   s elec tio n   to o l.               F ig u r 6 .   PV   an d   g r id   co n n ec t ed     s y s te m   co n f ig u r atio n   Fig u r 7 .   T h o v er all  o p tim iza tio n   r esu l ts   f r o m   h o m er       A ll  t h p o s s ib le  h y b r id   s y s te m   co n f ig u r atio n s   ar lis ted   in   ascen d i n g   o r d er   o f   th eir   to tal  NP C   in   th e   f i g u r s h o w n   i n   Fi g u r 8 - 9 T h o p tim al  r es u lt  f o r   HOM E R   d ep en d in g   o n   th NP C   i s   to   u s g r id - o n l y   m et h o d   as  th f ir s ch o ice.   I ca n   b d ed u ce d   th at  th m o s co s ef f ec tiv o p tio n   is   to   u s th s u p p l y   f r o m   t h e   g r id   o n l y   s y s te m   w it h o u P g en er ato r .   T h is   o p tio n   h as  to tal  n et  p r esen co s ( NP C )   o f   $   3 3 2 6 4 2 4   ( R s   1 8 2 9 5 3 3 2 0 )   an d   th lo w es c o s o f   e n er g y   ( C OE )   o f   $   0 . 1 3   ( R s   7 . 1 5 )   /k W h .   T h is   o p tio n   al s o   r es u lts   in   a n   o p er atin g   co s o f   R s   1 4 3 1 1 8 2 5 /y ea r .   T h o p e r atin g   co s w a s   g en er ated   b y   m u ltip l y i n g   th to tal   en er g y   p u r ch ased   b y   t h p u r c h ase  p r i ce s .   T h in itial  ca p ital  co s in   th is   ca s is   ze r o   d u to   t h lac k   o f   P g e n er ato r   an d   in v er ter .     3 . 3 . 2 . 1   Sens it iv it y   a na ly s is   o f   P a nd   g rid c o nn ec t ed  s y s t e m   Fig u r 8   s h o w s   t h s e n s i tiv it y   r esu lts   o f   P an d   g r id   co n n e cted   s y s te m   g iv e n   b y   t h HO ME R .   W e   ca n   s ee   t h at  t h er i s   o n l y   o n e   o p tim a s y s te m   w it h   P s y s t e m .   T h is   s y s te m   h a s   a   P f r ac tio n   o f   1 8 w i th   g r id   f r ac tio n   o f   8 2 %.   Fo r   th o p tim a alter n at iv s y s te m ,   th P s y s te m   an d   i n v er ter   s ize   ar 2 0 0   KW .   T h to tal  NP C ,   in itia ca p ital  co s an d   co s o f   e n er g y   ( C OE )   f o r   s u c h   h y b r id   s y s te m   a r $   3 3 3 6 4 0 3   ( R s   1 8 3 5 0 2 1 6 5 ) ,   $   4 9 4 6 0 0   ( R s   2 7 2 0 3 0 0 0 )   an d   $ 0 . 1 3 0   ( R s   7 . 1 5 ) / k W h ,   r esp ec tiv e l y .   Fig u r 8   also   s h o w ed   th r es u lts   g i v e n   b y   t h HOM E R   f o r   d if f er e n r ate  o f   p er   u n i co s o f   en er g y   p u r ch ased   b y   t h g r id .   I ca n   b co n clu d ed   th at  in   f u tu r i f   th g r id   elec tr icit y   p r ice  in cr ea s es,  in te g r at io n   o f   P s y s te m   w i th   g r id   w o u ld   b o p tim u m   as  th co s o f   en er g y   d ec r ea s es.   F ig u r 7   s h o w s   th m o n th l y   d is tr ib u tio n   o f   t h e lectr icit y   p r o d u ce d   in   k W   b y   t h So lar   P an d   Gr id .   T h ef f ec o f   SP p en etr atio n   r ed u ce s   th e n er g y   co n s u m p ti o n   f r o m   g r id .                 k W h / y r   F r a c t i o n   %   P r o d u c t i o n   G r i d   p u r c h a se s   2 , 0 0 1 , 6 5 5   1 0 0   C o n s u mp t i o n   A C   p r i mary   l o a d   2 , 0 0 1 , 5 8 5   1 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1     9   6           Fig u r 8 Sen s i tiv i t y   r es u lt s   f o r   P an d   g r id   co n n ec ted   s y s te m   f r o m   h o m er   Fig u r 9 .   Mo n th l y   av er a g ele ctr icit y   p r o d u ctio n   f r o m   P an d   g r id   co n n ec ted   s y s te m       3 . 3 . 2 . 2 .   E m i s s io n s   f o P a nd   g rid c o nn ec t ed  s y s t e m   I n   I n d ia,   t h m ai n   s o u r ce   o f   p o w er   g en er atio n   i s   co al  b ased   p o w er   p lan t s .   A s   co n s eq u e n ce   in   2 0 0 9 - 2 0 1 0 ,   its   em is s io n   f ac to r   f o r   th elec tr icit y   s ec to r   w a s   0 . 8 1   k g   C O 2 / k W h .   T ab le  3   s h o w s   th t y p es  o f   GH an d   o th er   e m i s s io n   a n d   th eir   q u an tit y   g iv e n   o u b y   t h P an d   g r id   co n n ec ted   s y s te m   o v er   o n y ea r   i n   o p er atio n   w h en   P p en etr ati o n   is   1 8 a n d   3 3 r esp ec ti v el y .   W ca n   s ee   t h at  t h e m is s io n s   ar r ed u ce s   s ig n i f ica n tl y   a s   t h P p en etr atio n   in cr ea s e s .       T ab le  3 .   GHG  &   E m is s io n s   R ec o r d ed   f r o m   t h HOM E R   An a l y s is   f o r   P an d   Gr id   C o n n ec ted   S y s te m   w h en   P Pe ne tr atio n   is   Z er o   P o l l u t a n t   Emi ssi o n s ( k g / y r )   C a r b o n   d i o x i d e   1 , 2 6 5 , 0 4 6   C a r b o n   mo n o x i d e   0   U n b u r n e d   h y d r o c a r b o n s   0   P a r t i c u l a t e   mat t e r   0   S u l f u r   d i o x i d e   5 , 4 8 5   N i t r o g e n   o x i d e s   2 , 6 8 2       3 . 3 . 3   P a nd   dies el  ba s e d sy s t e m   Fig u r 8   s h o w s   t h P an d   d iesel  b ased   s y s te m   co n f i g u r atio n   as  d esi g n ed   i n   Ho m er   s i m u lat io n   s o f t w ar e.   Fo r   th o f f - g r id   elec tr if icatio n ,   v ar io u s   co m b i n at io n s   h a v b ee n   o b tain ed   o f   h y b r id   s y s te m s   w i t h   SP V,   d iesel g en er ato r ,   b atter ies an d   co n v er to r s   f r o m   t h HO ME R   o p ti m izati o n   s i m u latio n   s o f t w ar e.           Fig u r 1 0 .   P an d   d iesel b ase d   s y s te m   co n f i g u r atio n       A ll  t h p o s s ib le  h y b r id   s y s te m   co n f ig u r atio n s   ar lis ted   in   ascen d i n g   o r d er   o f   th eir   to tal  NP C   in   th e   f i g u r s h o w n   i n   Fi g u r 1 1 - 12   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     E co lo g ica l a n d   E c o n o mica l F r ien d ly  A n a lysi s   o f a   Hyb r id . . .   ( R a fa t Q o n a in   )   7           Fig u r 1 1 .   Op tim izatio n   r es u lt s   f o r   P an d   d iesel  b ased   s y s te m   Fig u r 1 2 .   Mo n th l y   a v er ag el ec tr icit y   p r o d u ctio n   f o r   P an d   d iesel b ased   s y s te m       A cc o r d in g   to   th o p ti m izatio n   r esu lt s ,   th o p ti m al  co m b i n at io n   o f   h y b r id   s y s te m   co m p o n en ts   ar a   8 0 0 k W   P V - A r r a y ,   5 0 0 k W   Diesel  Gen er ato r ,   3 0 0 0   Su r r ette  6 C S2 5 P   B atter ies,  8 0 0 k W   I n v er ter   an d   8 0 0 k W   R ec ti f i er   w it h   d is p atch   s tr at eg y   o f   lo ad   f o llo w i n g .   Deta il s   o f   th i s   co n f i g u r atio n   ar s h o w n   in   tab le  4 .   T h to tal  NP C ,   o p e r atin g   co s an d   lev elize d   co s o f   en er g y   ( C O E )   f o r   s u ch   h y b r id   s y s te m   a r R s   3 7 6 1 5 1 4 9 0 ,   1 8 7 6 1 8 7 5 an d   R s   1 4 . 6 8 5 /k W h ,   r esp ec tiv e l y   Fig u r 1 2   s h o w s   th m o n th l y   d is tr ib u tio n   o f   t h elec tr ici t y   pr o d u ce d   in   k W   b y   t h SP V   an d   Diese g e n er ato r .   T h ef f ec o f   SP p en etr atio n   r ed u ce s   t h d iese f u el   co n s u m p tio n .   As t h o u tp u f r o m   t h P in cr ea s e s ,   th g en e r ato r s   o p er atio n   h o u r s   d ec r ea s e.   T ab le  3   s h o w s   t h a n n u alize d   co s o f   th p r o p o s ed   s y s te m s   co m p o n en t s .   I ca n   b s ee n   t h at  t h co s ts   f o r   th DG  a n d   SP ar e   d is tr ib u ted   co m p letel y   o p p o s itel y   o v er   b o th   co m p o n e n ts   li f esp an T h ca p ital   co s o f   th Diesel  g e n er ato r   m ak es  u p   o n l y   5 o f   t h s y s te m s   to tal  ca p ital  co s t,  w h er ea s   alm o s 6 0 o f   th e   in itial   in v e s t m en t   g o   to   t h SP ar r ay s .   O n ce   i n s talled ,   h o w ev er ,   SP i s   ch ea p   to   m ain tai n   a n d   o p er ate  co m p ar ed   to   DG,   w h ic h   in   t h e   en d   is   r esp o n s ib le  f o r   5 9 . 5 o f   th s y s te m s   to tal  an n u a l c o s t o f   R s   2 9 4 2 5 1 1 0 .       T ab le  4 .   T ec h n ical  &   C o s Det a ils   o f   t h B est Su ited   C o n f i g u r atio n   f o r   P an d   Gen er ato r   B ased   S y s te m   C o mp o n e n t   C a p i t a l   ( R s/ y r )   R e p l a c e me n t   ( R s/ y r )   O & M   ( R s / y r )   F u e l   ( R s / y r )   S a l v a g e   ( R s/ y r )   T o t a l     ( R s / y r )   PV   6 2 5 7 5 1 5   0   2 6 4 0 0 0   0   0   6 5 2 1 5 1 5   G e n e r a t o r     5 3 7 7 9 0   7 1 9 7 3 0   9 9 5 4 4 5   1 5 3 3 8 0 1 5   - 8 1 2 3 5   1 7 5 0 9 7 4 5   S u r r e t t e   6 C S 2 5 P   1 6 1 3 4 2 5   4 8 0 0 9 5   3 3 0 0 0 0   0   - 1 3 7 8 3 0   2 2 8 5 6 9 0   C o n v e r t e r   2 2 5 4 5 0 5   9 4 0 7 2 0   8 8 0 0 0   0   - 1 7 5 1 2 0   3 1 0 8 1 0 5   S y st e m   1 0 6 6 3 2 3 5   2 1 4 0 5 4 5   1 6 7 7 4 4 5   1 5 3 3 8 0 1 5   - 3 9 4 1 8 5   2 9 4 2 5 1 1 0       T ab le  5 .   A n n u alize d   C o s t o f   t h P an d   Diesel B ased   S y s te m   C o st   S u mm a r y   S y st e A r c h i t e c t u r e   El e c t r i c a l   T o t a l   n e t   p r e se n t   c o st   R s4 5 6 8 0 9 3 7 5   P V   a r r a y   8 0 0 k W   C o mp o n e n t   P r o d u c t i o n   F r a c t i o n   L e v e l i z e d   c o st   o f   e n e r g y   R s1 7 . 8 7 5 / k W h   D i e se l   g e n e r a t o r   5 0 0 k W   ( k W h / y r )   O p e r a t i n g   c o st   R s1 8 9 3 7 8 7 5 / y r   I n v e r t e r   8 0 0 k W   P V   a r r a y   1 , 4 9 1 , 7 0 0   6 2 %       R e c t i f i e r   8 0 0 k W   D i e se l   g e n e r a t o r   9 1 7 , 6 7 6   3 8 %       B a t t e r y   3 0 0 0   S u r r e t t e   6 C S 2 5 P   T o t a l   2 , 4 0 9 , 3 7 6   1 0 0 %       3 . 3 . 3 . 1 .   E m is s io ns   f o P a n dies el  ba s ed  s y s t e m   T ab le  6   s h o w s   th t y p es  o f   GHG  an d   o th er   e m is s io n   a n d   th eir   q u a n tit y   g i v e n   o u b y   t h P an d   d iesel b ased   s y s te m   o v er   o n y ea r   in   o p er atio n         T ab le  6 .   GHG  &   E m is s io n s   R ec o r d ed   f r o m   th HO ME R   An al y s i s   f o r   P an d   Diesel B ase d   S y s te m   P o l l u t a n t   Emi ssi o n s ( k g / y r )   C a r b o n   d i o x i d e   8 1 5 , 9 6 1   C a r b o n   mo n o x i d e   2 , 0 1 4   U n b u r n e d   h y d r o c a r b o n s   2 2 3   P a r t i c u l a t e   mat t e r   1 5 2   S u l f u r   d i o x i d e   1 , 6 3 9   N i t r o g e n   o x i d e s   1 7 , 9 7 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1     9   8   3 . 3 . 4 .   O nly   P s y s t e m   w it h ba t t er ies   Fig u r 1 3   s h o w s   t h P V   an d   d iesel   b ased   s y s te m   co n f ig u r atio n   as  d es ig n ed   in   Ho m er     s i m u lat io n   s o f t w ar e.   T h o p tim izatio n   r es u lts   o f   o n l y   P s y s t e m   w i th   b atter ies  ar s h o wn   i n   F i g u r 1 4 .   A l l   th p o s s ib le  h y b r id   s y s te m   co n f ig u r atio n s   ar lis ted   in   asce n d in g   o r d er   o f   th eir   to tal  NP C   in   th f i g u r s h o w n   b elo w .   A cc o r d in g   to   th o p tim izatio n   r esu lt s ,   th o p ti m a co m b i n atio n   o f   th o n l y   P s y s te m   h a v 1 6 0 0 k W   PV - A r r a y ,   8 0 0 0   Su r r ette  6 C S2 5 P   B atter ies,  1 0 0 0 k W   I n v er ter   an d   1 0 0 0 k W   R ec tif i er   w it h   d is p atch   s tr ateg y   o f   lo ad   f o llo w i n g .   De tails   o f   t h is   co n f i g u r atio n   ar s h o w n   i n   T ab le  7 .   T h to tal  NP C ,   o p er atin g   co s t   an d   C OE   f o r   s u ch   s y s te m   ar R s   2 9 4 3 1 6 2 2 0 ,   R s   3 3 8 7 7 8 0   an d   R s 1 1 . 4 9 5 /k W h ,   r esp ec tiv e l y .   As  w k n o w   t h at  f o r   o n l y   P s y s te m ,   b atter ies  h a v v er y   i m p o r tan t   r o le  as  it   is   t h o n l y   b ac k u p   p o w er   co m p o n en t.  T ec h n ica l d etails o f   th b atter y   f o r   b est s u i ted   co n f ig u r atio n   ar s h o w n   in   T ab le  8               Fig u r 1 2 .   On l y   P s y s te m   co n f ig u r atio n   Fig u r 1 3 .   Op tim izatio n   r es u lt s   f o r   o n l y   P V     b ased   s y s te m       T ab le  7 T ec h n ical  Det ails   o f   t h B atter y   f o r   B est S u ited   C o n f ig u r atio n   Q u a n t i t y   V a l u e   U n i t   N o mi n a l   c a p a c i t y   5 5 , 4 8 8   k W h   U sab l e   n o mi n a l   c a p a c i t y   3 3 , 2 9 3   k W h   A u t o n o my   1 4 6   Hr   L i f e t i me   t h r o u g h p u t   7 7 , 2 3 8 , 2 2 4   k W h   A v e r a g e   e n e r g y   c o st   0   R s/ k W h   B u s   v o l t a g e     60   V   En e r g y   i n   9 8 6 , 5 8 5   k W h / y r   En e r g y   o u t   7 9 2 , 5 5 5   k W h / y r       T ab le  8 T ec h n ical   &   C o s Det ail s   o f   t h B est Su ited   C o n f i g u r atio n   f o r   o n l y   P S y s te m   w i th   B atter ies   C o st   S u mm a r y   S y st e A r c h i t e c t u r e   El e c t r i c a l   T o t a l   n e t   p r e se n t   c o st   R 2 9 4 3 1 6 2 2 0   P V   A r r a y   1 6 0 0 k W   C o mp o n e n t   P r o d u c t i o n   F r a c t i o n   L e v e l i z e d   c o st   o f   e n e r g y   R 1 1 . 4 9 5 / k W h   B a t t e r y   8 0 0 0   S u r r e t t e   6 C S 2 5 P   -   ( k W h / y r )   -   O p e r a t i n g   c o st   R 3 3 8 7 7 8 0 / y r   I n v e r t e r   1 0 0 0 k W   P V   A r r a y   2 , 9 8 3 , 3 9 9   1 0 0 %       R e c t i f i e r   1 0 0 0 k W   T o t a l   2 , 9 8 3 , 3 9 9   1 0 0 %       3 . 3 . 4 . 1 .   E m is s io ns   f o o nly   P s y s t e m   As  o n l y   P s y s te m   w it h   b att er ies  is   u s ed   f o r   t h p o w er   g e n er atio n ,   t h er w il b n o   e m i s s io n s   f o r   th is   s y s te m   co n f ig u r atio n   i.e .   n o   g r ee n   h o u s g ase s   ( GHG)   w il l b p r o d u ce d   b y   th is   s y s te m .       4   CO NCLU SI O N   Af ter   an a l y zi n g   all  t h s y s t e m   m o d els,  P an d   g r id   co n n ec ted   s y s te m   i s   f o u n d   t o   b m o r e   ec o n o m ical  w it h   lo w est   co s t   o f   e n er g y   o f   R s   7 . 1 5 /k W h .   A t   p r esen t   ti m t h co s t   o f   en er g y   f o r   th e   g r id   co n n ec ted   s y s te m   is   R s   7 . 1 5 /k W h ,   w h ich   i s   ex p ec ted   to   in cr ea s w it h   ti m e.   A t h s a m ti m th C O 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     E co lo g ica l a n d   E c o n o mica l F r ien d ly  A n a lysi s   o f a   Hyb r id . . .   ( R a fa t Q o n a in   )   9   e m is s io n s   ar m ax i m u m   f o r   t h g r id   co n n ec ted   s y s te m   w h i ch   ca n   b r ed u ce d   b y   ad d in g   t h P w it h   th g r id   co n n ec ted   s y s te m   w it h o u m u ch   in f l u en ce d   o n   t h co s o f   e n er g y .   B y   ad d in g   t h alter n at i v s o u r ce s ,   o n ca n   o v er co m th e   s c h ed u led   p o w er   cu to o .   T ab le  9   s h o w s   th ec o n o m ical  co m p ar i s o n   b et w ee n   d i f f er e n t   co m b i n atio n s   o f   h y b r id   s y s te m .   C alc u lated   i n   th p r ec ed in g   o f   p r ev io u s   s ec tio n .       T ab le  9 .   E c o n o m ical  C o m p ar i s o n   b et w ee n   Di f f er en C o m b i n atio n s   o f   H y b r id   S y s te m   S y st e m C o mb i n a t i o n   T o t a l   N P C   O p e r a t i n g   C o st   C o st   o f   E n e r g y   R e n e w a b l e   F r a c t i o n   ( %)   G r i d   o n l y   1 8 2 9 5 3 3 2 0   1 4 3 1 1 8 2 5   7 . 1 5   0   P V   a n d   g r i d   1 8 3 5 0 2 1 6 5   1 2 2 2 6 7 7 5   7 . 1 5   18   1 8 7 9 2 1 5 2 5   1 0 4 4 4 5 0 0   7 . 3 7   34   P V   a n d   d i e se l   3 7 6 1 5 1 4 9 0   1 8 7 6 1 8 7 5   1 4 . 6 8 5   62   P V   w i t h   b a t t e r i e s   2 9 4 3 1 6 2 2 0   3 3 8 7 7 8 0   1 1 . 4 9 5   1 0 0       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ey a d   S .   Hra y sh a t " T e c h n o - e c o n o m ic  a n a l y sis  o f   a u to n o m o u h y b rid   p h o t o v o lt a ic - d ies e l - b a tt e ry   s y ste m , " En e rg y   fo r S u sta i n a b le De v e lo p me n t ,   v o l.   1 3 ,   p p . 1 4 3 - 1 5 0 ,   2 0 1 3 .   [2 ]   G o v e rn m e n o f   In d ia:  M i n istr y   o f   P o w e r,   Ce n tral  El e c tri c it y   A u th o rit y ,   M o n th ly   re p o rt,   A p ril ,   2 0 1 3 h tt p : // www . c e a . n ic.i n   [3 ]   T .   Hiro se   a n d   H.  M a tsu o ,   " S tan d a lo n e   H y b rid   W in d - S o lar  P o w e r   G e n e ra ti o n   S y ste m   A p p ly in g   Du m p   P o w e Co n tr o W it h o u Du m p   L o a d , "   in   IEE E   T ra n s a c ti o n o n   In d u stri a El e c tro n ics ,   v o l.   5 9 ,   n o .   2 ,   p p .   9 8 8 - 9 9 7 ,   F e b .   2 0 1 2 .   [4 ]   Ka ra k o u li d is,   K.  e a l. ,   " T e c h n o - Eco n o m ic  A n a l y sis  o f   S tan d - A lo n e   H y b rid   P h o to v o l taic - Die se l - Ba tt e r y - F u e Ce ll   P o w e S y ste m , "   Ren e wa b le E n e rg y ,   v o l 3 6 ,   p p .   2 2 3 8 - 2 2 4 4 ,   2 0 1 1 .   [5 ]   Ng a n   M S ,   T a n   CW ,   " A ss e ss m e n o f   Eco n o m ic  V iab il it y   f o P V / W in d /Dies e Hy b rid   En e rg y   S y st e m   in   S o u t h e rn   P e n in su lar M a lay sia , "   Ren e wa b le a n d   S u sta in a b le E n e rg y   Rev iews ,   v o l.   1 6 p p .   6 3 4 6 4 7 ,   2 0 1 1 .   [6 ]   M a li k   Ra f e t   a l. ,   " T h e   A n a l y sis  o f   Div e rsit y   E ffe c o n   s y st e m   re l iab il it y   &   c a p a c it y   c re d it   f o u n io n   territo ry   o L a k sh a d we e p , "   In ter n a ti o n   J o u rn a o En g i n e e rin g   Res e a rc h   &   Ap p li c a ti o n s ,   F e b .   2 0 1 4 .   [7 ]   M a li k   Ra f e a l. ,   " T h e   M e th o d o l o g y   &   M o d li n g   Of   In term it ten W in d   G e n e ra ti o n   Re li a b il it y , "   V S RD  In tern a ti o n a l   J o u rn a Of  E lec trica l,   El e c tro n ics   &   Co mm u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   F e b   2 0 1 3 .   [8 ]   G .   C.   Co n tax is  a n d   J.  Ka b o u r is,   " S h o rt  term   sc h e d u li n g   in   a   w in d / d ies e a u to n o m o u e n e rg y   s y ste m , "   in   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we S y ste ms ,   v o l.   6 ,   n o .   3 ,   p p .   1 1 6 1 - 1 1 6 7 ,   A u g .   1 9 9 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.