I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0 ,   p p .   6 2 1 4 ~ 6 2 2 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 6 . pp 6 2 1 4 - 6 2 2 4          6214       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Feas ibility a nd op ti m a l  desig n of a  hy brid pow er sy st e m  f o rura l elec trif ica ti o n f o r a s m a l l vill a g e       B a nk o le  Adeba nji 1 G a f a ri  Abio la   Adepo j u 2 P a ul O lul o pe 3 ,   T a iw o   F a s ina 4 ,   O luw um i   Adet a n 5   1, 3, 4 ,5 De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g in e e rin g ,   Ek it i   S ta te Un iv e rsit y ,   Nig e ria   2 De p a rtme n o f   El e c tro n ic an d   El e c tri c a En g in e e rin g ,   L a d o k e   Ak i n to la U n iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y ,   Nig e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   6 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   J u n   4 ,   2020   A cc ep ted   J u n   17 ,   2 0 2 0       A   h y b rid   re n e w a b le  e n e rg y   s y ste m   is  a p re se n a c c e p ted   g lo b a ll y ,   a th e   b e st  o p ti o n   f o ru ra l   e lec tri f ica ti o n   p a rti c u larly   in   a re a w h e re   g rid   e x ten sio n   is   in f e a sib le.  Ho w e v e r,   th e   n e e d   f o h y b rid   d e sig n   t o   b e   o p ti m a in   term o o p e ra ti o n   a n d   c o m p o n e n se lec ti o n   se rv e s   a a   c h a ll e n g e   in   o b tain i n g   re li a b le  e lec tri c it y   a a   m in im u m   c o st.  In   t h is  w o rk ,   th e   f e a sib il it y   o in sta ll i n g   s m a ll   h y d ro p o w e in to   a n   e x isti n g   w a t e su p p ly   d a m   a n d   th e   d e v e lo p m e n o f   a n   o p ti m a siz in g   o p ti m iza ti o n   m o d e f o a   sm a ll   v il lag e - Itap a ji ,   Nig e ria  w e r e   c a rried   o u t .   T h e   d e v e lo p e d   h y b rid   p o w e s y ste m   (HP S m o d e c o n sists   o f   so lar  p h o t o v o lt a ic,  sm a ll   h y d ro p o w e r,   b a tt e r y   a n d   d ies e g e n e ra to r .       T h e   o p ti m a l   siz in g   o f   th e   s y st e m c o m p o n e n ts  f o o p ti m u m   c o n f ig u ra ti o n   w a c a rried   o u u si n g   G e n e ti c   Alg o rit h m .   T h e   h y b rid   m o d e l’s  re su lt w e re   c o m p a re d   w it h   h y b rid   o p ti m iza ti o n   m o d e f o e l e c tri c   r e n e wa b le  (HO M ER)  u sin g   c o rre latio n   c o e f f icie n (r)  a n d   ro o m e a n   sq u a re   e rro (RM S E)  to   v e rify   it v a li d it y .   T h e   re su lt o f   th e   si m u latio n   o b tain e d   f ro m   th e   d e v e lo p e d   m o d e l   sh o w e d   b e tt e c o rre latio n   c o e f f i c ien (r)  o f   0 . 8 8   a n d   r o o m e a n   sq u a re   e rro r   (RM S E)  o f   0 . 0 0 1   w h e n   c o m p a re d   to   t h a o f   HO M ER.   T h is  w il se rv e   as   a   g u id e   f o th e   p o w e s y ste m   e n g in e e rs  in   th e   f e a sib il it y   a ss e s s m e n a n d   o p ti m a d e sig n   o f   HPS   f o ru ra e l e c tri f ic a ti o n .   K ey w o r d s :   Feasib ilit y   s t u d y   Gen etic  al g o r ith m n   H y b r id   p o w er   s y s te m   Op ti m al  s izin g   R u r al  elec tr i f icatio n   Co p y rig h ©   2 0 2 0   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B an k o le   A d eb an j i,    Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ic  E n g in ee r i n g ,   E k iti Sta te  Un i v er s i t y ,   P . M. B . 5 3 6 3 ,   A d o - E k iti,  Ni g er ia.   E m ail:   b an k o le. ad eb an j i@ ek s u . ed u . n g       No m e ncla t ure     S y m b o l   M e a n i n i g   S y m b o l   M e a n i n i g     R a t e d   v o l u me   f l o w   r a t e   ( m 3 / s)     R a t e d   p u m p   p o w e r   ( W )     P u mp   e f f i c i e n c y   T   R a t e d   p u m p i n g   t i me   i n   S e c s .     V o l u me   o f   t h e   u p p e r   r e se r v o i r     T o t a l   l o a d   d e man d     P o w e r   o u t p u t   o f   t h e   t u r b i n e     B a t t e r y   b a n k   v o l t a g e      D e n si t y   o f   w a t e r   ( 1 0 0 0   k g / m 3 )     B a t t e r y   e f f i c i e n c y     A c c e l e r a t i o n   d u e   t o   g r a v i t y   ( 9 . 8   m/ s 2 )     B a t t e r y   a u t o n o my   o r   st o r a g e   d a y s      Ef f e c t i v e   h e a d     N u mb e r   o f   H y d r o   t u r b i n e s     W a t e r   d i sc h a r g e   e x p e c t e d   t o   p a ss   t h r o u g h   t h e   t u r b i n e   ( m 3 / s)      N u mb e r   o f   S o l a r   p a n e l s      O u t p u t   p o w e r   f r o m t h e   P V   c e l l     N u mb e r   o f   b a t t e r y   b a n k s      R a t e d   p o w e r   a t   r e f e r e n c e   c o n d i t i o n s      M a x .   S t a t e   o f   C h a r g e      S o l a r   r a d i a t i o n   ( 1 0 0 0   W / m 3 )   a t   r e f e r e n c e      M i n . S t a t e   o f   C h a r g e     S o l a r   r a d i a t i o n   i n   k W / m 2     T o t a l   e n e r g y   c o n t e n t   o f   o i l     C e l l   t e mp e r a t u r e   ( )   B a t t e r y i n p u t   / o u t p u t   p o w e r      T e mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   o f   max i mu p o w e r       A n n u a l   f u e l   c o st   ( 1 )   B a t t e r y   c a p a c i t y   a t   p r e v i o u i n c r e me n t       A n n u a l   o p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o st   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F ea s ib ilit a n d   o p tima l d esig n   o f a   h y b r id   p o w er sys tem  fo r   . . .   ( B a n ko le  A d e b a n ji )   6215   S y m b o l   M e a n i n i g   S y m b o l   M e a n i n i g       A n n u a l   c a p i t a l   c o st   o f   e a c h   o f   t h e   c o mp o n e n t      D G   c o n v e r si o n   e f f i c i e n c y       A n n u a l   e mi ss i o n   c o st   g e n e r a t e d   f r o D G         F u e l   c o st   (  )    M a x i m u m   b a t t e r y   D e p t h   o f   D i s c h a r g e       F u e l   p r i c e   p e r   l i t r e   (  )    M i n i m u m   b a t t e r y   D e p t h   o f   D i s c h a r g e      D G   p o w e r       1.   I NT RO D UCT I O N   R en e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   ( R E S)  ar n o w   ac ce p ted   g lo b all y   to   b t h m o s e f f ec ti v s o lu tio n   i n   r ed u cin g   g lo b al  w ar m i n g   [ 1 - 4 ] .   R E p r o v id es   v iab le  e n er g y   s u p p l y   s er v ices  th at   ar af f o r d ab le  an d   d ep en d ab le  [ 5 ,   6 ] .   T h er is   n o   s in g le  en er g y   g e n er ati n g   s y s t e m   ( co m p o s in g   o f   R E alo n e)   th at  is   r eliab le  an d   co s t - e f f ec tiv d u to   its   f lu ctu ati n g   n at u r e.   A   h y b r id   s y s te m   o f   R E o p ti m al l y   co m b in ed   w it h   o th er   co n v e n tio n al  e n er g y   r eso u r ce s   lik d iesel  g en er ato r   ( DG)   w i l l ser v as a   b etter   alter n ati v [ 2 ,   7 ] .     Mo s o f   th e   v i llag e s   i n   Nig er i ar n o co n n ec ted   to   th e   g r i d   [ 8 - 1 0 ] .   T h is   i s   d u e   to   t h h i g h   co s o f   g r id   ex ten s io n   w h ich   m ak e s   th in v es t m e n to   b less   co m p e titi v e.   T h r u r al  elec tr if icatio n   ag en c y   ( R E A )   h a s   class i f ied   Ni g er ia  as  o n o f   th p o ten t ial  ar ea s   w h er o ff - g r id   h y b r id   r en e w ab le  e n er g y   ca n   b u s ed   ef f ec tiv e l y   f o r   r u r al  elec tr i f icatio n   [ 8 ,   9 ] .   Of f - g r id   r u r al  p o p u lace   d eser v es  s u s tai n ab le,   r eliab le  an d     co s t - e f f ec tiv e   en er g y   s y s te m   to   s er v a s   an   alter n at iv t o   th en v ir o n m e n tall y   u n f r ie n d l y   a n d   e x p en s i v e   po w er   s u p p lied   b y   th co n v e n t io n al  en er g y   s y s te m   [ 1 1 ,   1 2 ] .   Nig er ia  i s   n at u r all y   b les s ed   w it h   ab u n d an t   R E w h ic h   ca n   b u s ed   f o r   e f f ec ti v e   an d   r ap id   d ev elo p m en t   o f   it s   r u r al   ar ea s   [ 8 ,   9 ,   1 3 ] .   T h ab u n d an t   R E S   ( h ig h   s o lar   ir r ad ian ce ,   w in d   s p ee d s ,   h ig h   s tr ea m   f lo w s   o f   r i v er s   an d   ab u n d a n b io m a s s )   i n   th e s ar ea s   ca n   b h ar n e s s ed   to   f o r m   h y b r id   s y s te m   f o r   r eliab le   an d   s u s tai n ab le  p o w er   s u p p l y   at  r ed u ce d   co s in   th r u r al  a r ea s .   Ho w e v er ,   th n ee d   f o r   h y b r id   d esi g n   to   b o p tim a i n   ter m s   o f   o p er atio n   a n d   co m p o n e n s e lectio n   h as  b ee n   m aj o r   co n s tr ai n i n   o b tain i n g   r el iab le   elec tr icit y   at   m in i m u m   co s t .   H y b r id   r en e w ab le  en er g y   s y s te m s   ( HR E S)  n ee d   to   b o p ti m al  i n   s izin g   t o   av o id   o v er s izi n g   w h ic h   r aise s   th co s t   o r   u n d er s izi n g   w h ich   m a y   r ed u ce   t h r el iab ilit y   o f   t h s y s te m   [ 1 4 ,   1 5 ] .   Su cc i n tl y   p u t,  o p ti m al  s izi n g   h elp s   i n   d eter m i n in g   t h p er f o r m an ce   o f   th h y b r id   s y s te m   i n   ter m s   o f   co s a n d   r eliab ilit y   [ 1 6 - 1 7 ] .   Mo s t   o f   th av ailab le   h y b r id   p o w er   s y s t e m   ( HP S)  m o d els  ar e   v er y   e x p en s iv e,   co m p le x   an d   n o t   ea s i l y   ad ap tab le  to   s u i lo ca co n d it io n s   f o r   r u r al  ele ctr if icatio n   [ 1 8 ,   1 9 ] .   Hen ce ,   t h is   w o r k   co n s id er ed   th f ea s ib ili t y   o f   i n te g r atin g   s m a ll  h y d r o   p o w er   ( SHP )   p lan ts   i n to   a n   e x is ti n g   w ate r   s u p p l y   d a m   a n d     th d ev elo p m e n o f   SHP - So lar   P V - B A T T - DG  HP m o d el  f o r   f ea s ib ili t y   as s es s m en a n d   o p tim al  s iz in g   o f   h y b r id   r en e w ab le  en e r g y   s y s te m   in   r u r al  ar ea s .   So m o f   t h co m m o n   t y p e s   o f   s o f t w ar e s   u s ed   f o r   s i m u la tio n   an d   o p ti m iza tio n   o f   h y b r id   s y s te m s   ar e   HOM E R ,   R E T Scr ee n ,   SO L E S,  I NSEL ,   T R A NSY S,  HYB R I D2 ,   I MB Y,   SOL SIM ,   C R E ST ,   R A P SYS  a n d   S A M.   Ou o f   all  t h ese,   HOM E R   d ev elo p ed   b y   th Nat i o n al   R en e w ab le  E n er g y   L ab o r ato r y   is   t h m o s w id el y   u s ed   [ 5 - 7 ,   2 0 - 2 2 ] .   So   m a n y   w o r k s   h a v b ee n   d o n o n   H R E S,  b o th   o f f - g r id   [ 7 - 1 3 ,   1 6 ,   2 3 - 2 8 ]   an d   g r id   co n n ec ted   [ 1 7 ,   2 2 ,   2 9 ] .   B ar ak at  et. al  [ 2 2 ]   ex am i n ed   th v ia b ilit y   o f   g r id - co n n ec ted   h y b r i d   s y s te m   co n s i s ti n g   o f   So lar   P V/W in d   an d   B io m as s   in   r u r al  v i llag i n   E g y p u s i n g   HO ME R .   E s a n   et. al  [ 7 ]   co n d u cted   r eliab ilit y   as s ess m e n o f   a n   o f f - g r id   h y b r id   s y s te m   co n s i s tin g   o f   So lar   P V - B A T T - DG  s y s te m   i n   a   r u r al   co m m u n it y - L ad I I ,   Nig er ia.   T h r eliab ilit y   o f   th r es u lts   f r o m   HOM E R   s i m u lat io n s   was  v alid ated   u s i n g   ca p ac it y   o u ta g tab le.     tech n o - ec o n o m ic   f ea s ib ili t y   s tu d y   w a s   ca r r ied   o u t   i n   r e m o te  a r ea   o f   B an g l ad esh   b y     Ma s r u r   et  al .,   [ 2 0 ] .   A   m icr o g r id   co n s is ti n g   o f   So lar   P V,   W in d ,   DG  an d   B A T T   w er c o n s id er ed   to   o b ta in     th o p ti m al  en er g y   s y s te m .   A   So lar   P V/W in d /DG/B A T T   h y b r id   co m b i n atio n   w a s   s e lecte d   as  th b est  co n f i g u r atio n   f o r   th e   v i llag e.   T h s tu d y   co n cl u d ed   th at  th h y b r id   s y s te m   is   e f f icie n i n   e m is s io n   r ed u ctio n .     A   s tu d y   to   id en t if y   t h b est  s o lu tio n   f o r   r e c y cled   p ap er   m il lo ca ted   in   R io   Gr a n d d o   s o u l,  So u th er n   B r az il   f o r   p ea k   h o u r s   ( 1 9 - 2 2   h o u r s )   w as  co n d u cted   b y   [ 1 1 ] .   T h m eth o d   co n s id er ed   th co s at  p ea k   h o u r s   o n l y ,     th r eliab ilit y   w a s   n o co n s id er ed .   So m an o   a n d   Sh u n k [ 2 3 ]   d ev elo p ed   h y b r id   m o d el  co n s is ti n g   o f   SHP   an d   So lar   P g en er ato r s .   T h d if f er en co m b i n atio n s   w er a n al y ze d   f o r   co s t - e f f ec t iv e n es s .   T h u s a g o f   DG  o r   b io m a s s   w a s   n o t c o n s id er ed   as a n   alter n ati v s u p p l y   i n   ca s o f   n o n - a v ailab ilit y   o f   R E S a t a   p ar ticu lar   ti m e.   S o m e   a u t h o r s   a l s o   u s e d   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   m e t h o d s   f o r   t h e i r   w o r k s   [ 3 ,   5 ,   1 2 ,   1 4 - 1 9 ,   2 1 - 2 4 ,   2 9 ,   3 0 ] .     A   n e w   m et h o d o lo g y   w as  i n tr o d u ce d   b y   Og u n j u y i g b et. al  [ 1 2 ]   u s in g   s m all  s p l it - d ie s el  g en er ato r s   in s tead   o f   s in g le  b ig   DG.   Gen etic  alg o r ith m   ( G A )   w a s   u s ed   f o r   th s i m u latio n .   Sal k u ti  [ 3 1 ]   ca r r ied   o u an   o p tim al   o p er atio n   o f   g r id - co n n ec ted   m icr o   g r id s   co n s is ti n g   o f   w i n d ,   So lar   P V,   B A T T   s y s te m ,   e lectr ic  v e h icle s   a n d   d em a n d   r esp o n s e.   Si m u la tio n s   w er p er f o r m ed   u s in g   G A M s o f t w ar e.   J y o t h et  al  [ 2 4 ]   c o n d u cted   r esear ch   o n   o p t im a l   m a n a g e m e n t   o n   a   s t a n d - a l o n e   o f   S o l a r   PV / B A T T   s y s t e m   c o n s i s t i n g   o f   S o l a r   P V   a r r a y ,   B A T T ,   i n v e r t e r   a n d   A C   l o a d s   u s i n g   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k e r   ( M P P T )   t e c h n i q u e   i n   a   M A T L A B / S i m u l i n k   e n v i r o n m e n t .     T h e   w o r k   p r o p o s e d   a n   o p t im a l   e n e r g y   m a n a g e m e n t   f o r   i m p r o v e d   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   S o l a r   PV   s y s t e m .   E v en   t h o u g h ,   s e v er al  au t h o r s   h av w o r k ed   o n   HP S tec h n o lo g y ,   v er y   f e w   p ap er s   h a v b ee n   p u b lis h ed   o n   P u m p ed   h y d r o - SHP - So lar   P V - B A T T - DG  h y b r id   s y s te m   u s i n g   w ater   s u p p l y   i n f r ast r u ctu r es   [ 5 ,   7 ,   1 0 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0     6 2 1 4   -   6 2 2 4   6216   T h lev el  o f   ac cu r ac y   o f   th m o d el s   d escr ib ed   ab o v d ep e n d s   lar g el y   o n   t h ass u m p t io n s   m ad [ 4 ] .   L o o k in g   cr iticall y   at  t h e   af o r e m en t io n e d   r elate d   w o r k s ,   it  ca n   b e   s ee n   t h at   m o s o f   t h w o r k s   o r   s t u d ies  o n   HP S   h a v e   b ee n   d esig n ed   to   s i m u late  a n d /o r   o p tim ize  P V,   w i n d ,   D G,   e. t.c . Ver y   f e w   o f   t h s o f t w ar e - b ased   m o d els   ( ex ce p HOG an d   H OM E R )   h a v p r o v i s io n s   f o r   s m a ll  h y d r o elec tr ic  en er g y   co m p o n en t.  T h is   w o r k   co n s id er ed   th f o llo w i n g   p o in t s :     Feasib ilit y   o f   P u m p ed   h y d r o p o w er   an d   i n teg r atio n   o f   s m al l   h y d r o   p o w er   ( SHP )   p lan ts   i n to   an   e x is t in g   w ater   s u p p l y   d a m .     Desig n   o f   an   o p ti m al  HP m o d el  th at  d eter m i n e s   th s ize  a n d   th t y p o f   HP co m b i n ati o n s   th at  is   m o s t   s u itab le  f o r   an   ar ea   w i th   d u c o n s id er atio n   to   co s t a n d   r eliab ilit y .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n a nd   de s cr iptio n o f   t he  s t ud y   a re a   Data   f o r   w a ter   s u p p l y   a n d   d e m an d   w er o b tain ed   f r o m   E k iti  Sta te  W ater   C o r p o r atio n ,   A d o - E k iti.   R eser v o ir   ca p ac it y ,   r iv er   h ea d ,   f lo w   g a u g h ei g h ts ,   s tr ea m   f lo w   r ate  an d   cli m ate  d ata  w er o b tain ed   f r o m   b en in - o w en a   r iv er   b asi n   d ev elo p m e n t   au t h o r it y   ( B OR D A)   B en in - cit y   an d   Ak u r A ir p o r Me teo r o lo g ical   s tatio n ,   N ig er ia  [ 1 0 ,   3 2 ,   3 3 ] .   T h d ata  u s ed   ar s h o w n   in   t h ap p en d ices  1   an d   2 .   T h s t u d y   ar ea   s elec ted   f o r   th is   w o r k   i s   E le  r iv er   w ater   s u p p l y   d a m ,   I tap aj i - E k iti  (7 o   4 9 ’N,  5 o   2 3 E) ,   Nig er ia.   T o tal  an n u al  r ai n f all  r an g es   b et w ee n   1 3 5 0 - 1 4 0 0   m m ,   wh il te m p er at u r r an g es   b et w ee n   3 2 o C - 35 o C   ( d r y   s ea s o n )   a n d   2 1 o C - 22 o   ( w et  s ea s o n )   [ 1 0 ] .   T h lo ad   d em a n d   f o r   th e   ar ea   w as   o b tain ed   t h r o u g h   t h u s e   o f   q u e s tio n air es.   T h d ail y   lo ad   p r o f ile  f o r   th s tu d y   ar ea   is   as s h o w n   i n   Fi g u r 1 .           Fig u r 1 Dail y   av er a g lo ad   p r o f ile  f o r   d r y   ( J an u ar y ,   2 0 1 9 )   an d     r ain in g   ( Sep te m b er ,   2 0 1 9 )   s ea s o n s   f o r   I tap aj i E k iti       2 . 2 .     F e a s ibi lity   s t ud y   o f   SH P   inte g ra t io n a nd   RE ev a l ua t io n   T h f ea s ib lili t y   s tu d y   w as  ca r r ied   o u in   o r d e r   to   m a k u n b iased   tech n ica h y d r o lo g ical  d ec is io n   o n   th v iab ilit y   o f   t h d a m .   T h ap p r o ac h   ad o p ted   w a s   to   cr ea te  s u it ab le  h ea d   w ith   co m b i n atio n   o f   s u s tain ab le  h i g h   f lo w   r ates  w it h   s teep   g r ad ien t s   f o r   SHP   g en er atio n .   Si n ce   th d a m   w a s   alr ea d y   b ein g   u s ed   f o r   w ater   s u p p l y ,   th h ea d   an d   s tr ea m   f lo w   w as  ad o p ted .   T h f lo w   d u r atio n   c u r v ( FD C ) - h y d r o g r ap h   w it h   d ail y   d ata  w a s   co m p iled   f o r   th p ast th ir t y   y ea r s   ( 1 9 8 9 - 2 0 1 9 )   [ 3 3 ] .     2 . 3 .     P um ped  hy ro po w er   s t o ra g ( P H S)  s y s t em   P u m p ed   h y d r o p o w er   s to r ag ca n   b ef f ec ti v el y   u s ed   to   m it ig ate  th e f f ec o f   in ter m i n en c y   in   o th e r   R E li k So lar   P V,   w i n d   an d   o th er s .   I is   th lo w est  co s e n er g y   o p tio n   [ 3 4 ] .   I n   o r d er   f o r   1   MW   r ate d   p o w er   to   b r aised   to   a   r ated   h ea d   in   an   u p p er   r eser v o ir ,   th v o l u m e   f lo w   r ate  i s   ca lcu lated   as in   ( 1 )   [ 3 4 ] .     = × × ×   ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F ea s ib ilit a n d   o p tima l d esig n   o f a   h y b r id   p o w er sys tem  fo r   . . .   ( B a n ko le  A d e b a n ji )   6217   T h u p p er   r eser v o ir   r e q u ir ed   v o lu m i s   as g iv e n   i n   ( 2 )     = ×   ( 2 )     T h m ea n i n g s   o f   all  t h s y m b o ls   ar as g iv e n   i n   th n o m e n c latu r ( p p . 9 ) .     2 . 4 .     M a t he m a t ica m o del s   o f   t he  H P co m p o nent s   T h s tep s   to   ac h ie v th m o d elin g   o f   ea ch   h y b r id   co m p o n en ar as  o u tli n ed   in   t h e   f o llo w in g     s u b - s ec tio n s .     2 . 4 . 1 .   S m a ll  hy dro po w er   ( SH P )   g ene ra t o r   T h elec tr ical  p o w er   o u tp u t o f   th SHP   u n it is   g i v en   a s   in   ( 3 )   [ 2 3 ] .     S H P h w a t e r n e t P g H Q    ( 3 )     2 . 4 . 2 .   So la ph o t o v o lt a ic  ( P V)   mo del     T h m a x i m u m   p o w er   o u tp u f r o m   t h P ce ll,      ca n   b ca lcu l ated   as in   ( 4 )   [ 2 9 ] .      =  [ ] [ 1 +  ( ) ]     ( 4 )     2 . 4 . 3 .   B a t t er y   ba nk   m o del    T h b atter y   ca p ac it y , ( )   at  p o in t in   ti m t,  is   ca lc u lated   as i n   ( 5 )   [ 1 6 ] .     () 1 B batt BUS Pt C t C t t V      ( 5 )     ( )   is   as in   ( 6 )       B g i P t E t E t    ( 6 )     T h v alu is   p o s iti v w h en   t h e   b atter y   i s   ch ar g in g .     2 . 4 . 4 .   Diesel  g ener a t o ( DG )   m o de l   T h d iesel  g en er ato r   i s   a n   e n er g y   co n v er s io n   s y s te m   f r o m   f u el  to   elec tr icit y   w i th   co n v er s io n   ef f icien c y   o f ,    s o   th at  it c a n   b d escr ib ed   as in   ( 7 )   [ 2 5 ,   3 0 ] .      =     ( 7 )     A   lin ea r   m o d el  h as  b ee n   a s s u m ed   f o r   th e   f u el  co n s u m p tio n   r ate  ( F)  in   litre s / h o u r   o f   o p er atio n   b y     th DG  [ 2 5 ,   3 0 ]   g iv en   in   ( 8 ) .     0 . 2 4 6 ( 0 . 0 8 4 1 5 ) / o u t N g e n F P P l i t r e s h o u r   ( 8 )     T h f u el  co s t,   ca n   b ca lcu late d   u s in g   t h f o r m u la  a s   in   ( 9 )       () f u e l d i e s e l s C C F R   ( 9 )     2 . 5 .         O pti m a des ig n c rit er i a   f o t he  H P m o del   2 . 5 . 1 .   P ro ble m   f o r m ula t io n   T h o b j ec tiv f u n ctio n   h er i s   an   ec o n o m ic  f u n ctio n   th at   is   co n s tr ai n ed   i n   tec h n ical  o r   r eliab ilit y   f u n ctio n .   T h p r o b lem   w as  m o d eled   ac co r d in g   to   th lo s s   o f   p o w er   s u p p l y   p r o b ab ilit y   ( L P SP )   an d   to tal  an n u ali s ed   co s s y s te m   ( AC S) .   T h AC is   a s   g i v en   in   eq u a tio n   ( 1 0 )   [ 1 4 ,   2 9 ,   3 5 ]   w h ile   t h L P SP   [ 1 4 ,   2 9 ]   is   as e x p r ess ed   i n   ( 1 0 )     a n a n a n a n a n A C S C C R C M C F C E C   ( 1 0 )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0     6 2 1 4   -   6 2 2 4   6218   m in L SHP PV SOC D G L P P P P P L PSP P   ( 1 1 )     T h is   is   s u b j ec t to   an   in eq u alit y   co n s tr ain t a s   ( 1 2 )     M i n M a x L P S P L P S P L P S P    ( 1 2 )     R eliab ilit y   ev al u atio n   is   ca r r ie d   o u t in   th w o r s t c o n d itio n s   a s   g i v en   i n   ( 1 3 )     ( ) ( ) LR P t P t   ( 1 3 )     2 . 5 . 2 Co ns t ra ints   I n   o r d e r   t o   s o l v e   t h e   o p t i m i z a t i o n   p r o b l e m ,   a l l   t h e   c o n s t r a i n t s   i n   e q u a t i o n s   ( 1 4 - 1 8 )   m u s t   b e   s a t i s f i e d   [ 3 3 ] .     P o w er   b alan ce   co n s tr ai n t,     ( ) 1 S H P P V B A T T D G d P t P t P t P t R P t   ( 1 4 )       B atter y   ca p ac it y   co n s tr ai n t ,                 SOC m in SOC ( t ) SOC m a x   ( 1 5 )       No n - n e g ati v it y   co n s tr ai n ts ,     0 N PV , P N PV , Pm a x   ( 1 6 )     0 N SHP N S PV   max   ( 1 7 )     0 N B AT , P N B AT , Pm a x   ( 1 8 )     2 . 5 . 3 .   Ass u m ptio n s     I t is ass u m ed   th at  t h HP w il w o r k   co n tin u o u s l y   f o r   t w e n t y - f o u r   h o u r s   d ail y     T h elec tr ical  lo ad   an d   th R E S a r co n s tan w ith in   o n e - h o u r   ti m s tep     2 . 6 .     O ptim iza t io pro ce du r e   I n p u p ar a m eter s   f o r   th s y s te m   o p ti m izatio n   ar th in s tall atio n   co s t ,   r ep lace m e n co s ts ,   o p er atio n   an d   m ain ten a n ce   co s ts   o f   a ll  co m p o n e n t s ,   d is co u n t   r ate,   t h ef f icie n c y ,   li f eti m o f   a ll  t h co m p o n e n ts   an d   lif eti m o f   t h p r o j ec ts ,   s p ec if icatio n s   o f   all  th co m p o n e n ts ,   h o u r l y   lo ad   d e m an d   o f   th e   p r o p o s ed   s ite  an d     th h o u r l y   m eteo r o lo g ical  d at a.   T h d if f er en m at h e m atica l   m o d els  o f   t h s y s te m   co m p o n en t s   d ev elo p ed   i n   th p r ev io u s   s ec tio n s   w er u s ed   f o r   s i m u la tin g   th e   HP S.  T h p o w er   o u tp u ts   f r o m   t h e   SHP   t u r b in w er ca lcu lated   u s i n g   p o w er   ( 3 )   tak in g   t h e   a v er ag s tr ea m   f lo w s   as  i n p u t.  T h p o w er   o u tp u ts   f r o m   th So lar     PV - ar r ay s   w er ca lc u lated   at  an   h o u r l y   b a s is   f r o m   th p o wer   eq u atio n   ( 4 )   u s in g   t h h o u r l y   s o lar   ir r ad ian ce   v alu e s   as  th i n p u t.  T h r en ew ab le  en er g y   w as   ad d ed   to g eth er   an d   co m p ar ed   w i th   t h h o u r l y   lo ad   d em a n d .   T h b atter y   b an k   an d   t h DG  o p er ate  d e p en d in g   o n   w h et h er   th to tal  R E is   eq u al,   le s s   o r   m o r th a n   th lo ad   d em a n d .   T h f lo w ch ar f o r   th i s   s i m u latio n   i s   as s h o w n   i n   Fi g u r 2 .     Gen etic   alg o r it h m   ( G A )   w as   u ti lized   i n   t h i s   s i m u la tio n   t o   d eter m in e   t h o p ti m al  co n f i g u r atio n .     GA  is   v er y   f le x ib le  a n d   h a s   b etter   ef f icie n c y   th a n   cla s s ical   m et h o d s .   T h f o u r   d ec is io n   v ar iab les  co n s id er ed   ar n u m b er   o f   S HP   tu r b i n es,  ( N S HP ) ,   n u m b er   o f   P V - p an els,   ( N PV )   a n d   n u m b er   o f   b atter y   b an k   a n d   t h D G   ca p ac it y   n u m b er ,   ( P DG ) .   T h e   p o p u latio n   s tr u ct u r i s DG B A T T PV S H P P N N N , , , . T h an n u al  p o w er   s u p p l y   s i m u lat io n   w a s   p er f o r m ed   r ep ea ted ly   f o r   ea ch   c h r o m o s o m u n til  it  r ea c h ed   th m a x i m u m   g e n er atio n   a f ter   s etti n g   th i n it ial  p o p u latio n .   I n   ev er y   g e n er atio n ,   th b e s ch r o m o s o m e   w as  p r eser v ed   an d   co m p ar ed   w it h     th b est  ch r o m o s o m i n   t h n ex g e n er atio n .   T h b est  ch r o m o s o m i n   t h f i n al  g en er ati o n   is   co n s id er ed   as    th o p ti m u m   p ar a m eter s   v a lu o f   t h h y b r id   s y s te m .   G A   b ased   MA T L A B   m - f i le  co d w a s   d ev elo p ed   to   d eter m in t h o p ti m al  co n f i g u r atio n   o f   s m all  h y d r o - p h o to v o ltaic - d iese h y b r id   s y s te m   o f   t h ca s s t u d y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F ea s ib ilit a n d   o p tima l d esig n   o f a   h y b r id   p o w er sys tem  fo r   . . .   ( B a n ko le  A d e b a n ji )   6219   S t o p   b a t t e r y   d i s c h a r g e s   &   s t a r t   D G I s   ( D O D     D O D m a x ) ? I s   P R ( t ) = ( P L ( t ) / ɳ i n v ) ? I s   P R ( t ) > ( P L ( t ) / ɳ i n v ) ? B a t t e r y   c h a r g e s   c o m p u t e   n e w   S O C I s   S O C > S O C m a x ? S t o p   b a t t e r y   c h a r g i n g ,   S u p p l y   l o a d   a n d   d u m p   l o a d C h a r g e   t h e   b a t t e r y   a n d   s a t i s f y   t h e   l o a d D i s c h a r g e s   t h e   b a t t e r y   a n d   s u p p l y   t h e   l o a d S u p p l y   P o w e r   t o   t h e   L o a d I s   t = 8 7 6 0 ? C a l c u l a t e   t h e   p o w e r   g e n e r a t e d   b y   t h e   r e n e w a b l e s P R ( t ) = P S H P ( t ) + P P V ( t ) t = t + 1 t = 0 E n t e r   S H P ,   P V ,   D G ,   B A T T .   L o a d   d a t a   e . t . c S T A R T Y E S N O N O Y E S Y E S Y E S N O N O Y E S N O N e w   s e t   o f   N + ,   N s H P ,   N B a t t C o n s t r a i n t s E v a l u a t i o n F i t n e s s   f u n c t i o n   E v a l u a t i o n   m i n i m i z e s   A C S   L P S P   a s   a   c o n s t r a i n t C r o s s   O v e r S e l e c t i o n O p e r a t i o n R e a c h   M a x i m u m   O p e r a t i o n S t o r e   a l l   c o m b i n a t i o n s S T O P N O Y E S     Fig u r 2 .   Flo w c h ar t   o f   t h e   h y b r id   p o w er   s y s te m   m o d el       2 . 7 .    M o del  v a lid a t io na nd   pe rf o r m a nce  ev a lua t io o f   t he  H P m o de l   HOM E R   i s   t h m o s t   co m m o m   co s a n al y s i s   a n d   v a lid atio n   tes f o r   s ta n d   alo n h y b r id     s y s te m   [ 5 ,   7 ,   2 3 ,   3 5 ] .   T h HP m o d el  w as  t h en   v alid ated   b y   co m p ar i n g   it s   r esu lts   w it h   th at  o f   HOM E R ,     u s i n g   it  as  b en ch m ar k   [ 3 6 ] .   T h s i m u lat io n   w as  d o n in   M A T L A B   en v ir o n m en t.  T h d at p u b lis h ed   b y   An i   an d   Nze ak o   [ 1 3 ]   w er u s ed   a s   th e   v al id atin g   d ata.   I n   o r d er   to   m ea s u r t h d i f f er e n ce   b et w ee n   t h HOM E R   an d   th d ev elo p ed   m o d el,   c o ef f icien o f   co r r elatio n   ( r )   an d   r o o m ea n   s q u ar er r o r   ( R MSE )   w er u s ed   to   m ea s u r t h clo s e n es s   o f   th r esu lt s   o f   th t w o   m o d els.  T h n e w   m o d el  w as  th e n   ap p lie d   to   th ca s s t u d y   ar ea   to   ev alu ate  it s   p er f o r m an ce .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   3 . 1 .     F e a s ibi lity   s t ud y   f o s m a ll hy dro po w er   pla nt  inte g r a t io n   I w as  o b s er v ed   th at  d u r i n g   t h r ain in g   s ea s o n   ( A p r il - Octo b er )   th er w er en o u g h   h y d r o   s o u r ce s   to   r u n   t h tu r b i n e.   T h s tr ea m   f lo w   r ea ch e s   its   p e a k   o f   1 5 , 5 0 0   L /S in   Sep te m b er .   T h h y d r o   p o w er   p o ten tial i s   to   g en er ate   2 . 7 0   MW   at  m a x i m u m   d is c h ar g o f   2 3 . 2 4   m 3 /s ,   9 6 6   k W   at  a v er ag a n n u a d is c h ar g o f   8 . 3 3   m 3 /s .   an d   g e n er ate  2 0 6 . 5   k W   at  m in i m u m   d i s ch ar g o f   1 . 7 8   m 3 /s   d u r i n g   d r y   s ea s o n   w it h   a   r eser v o ir   ca p ac it y   b alan ce   o f   0 . 1 2 4 1 0 9   m 3 / y ea r .   T h esti m ated   p o w er   d e m an d   f o r   th v illa g as  at  Sep te m b e r ,   2 0 1 9   is   6 2 1   k W .   T h d em a n d   f o r ec ast  f o r   y ea r   2 0 2 8   is   1 2 1 0   k W .   W h en   t h e   h y d r o   t u r b in es  g e n er ate  2 0 6 . 5   k W   at  m in i m u m   d is ch ar g e   d u r i n g   d r y   s ea s o n ,   th p o w er   d ef i cit  i s   4 1 4 . 5   ( 6 2 1 - 2 0 6 . 5 )   k W .   C o n s eq u e n tl y ,   t h er is   n ee d   to   co m p le m e n t t h h y d r o   p o w er   s o u r ce   w it h   an o th er   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce - s o lar   P V.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0     6 2 1 4   -   6 2 2 4   6220   3 . 2 .     H P m o del v a lid a t io n r esu lt s     T h o p tim al  s izi n g   r es u lt s   f o r   b o th   HOM E R   an d   t h d ev elo p ed   m o d el  is   s h o w n   in   T ab le  1 .     T h s i m u lated   r esu lts   o b tain e d   f r o m   HOM E R   s h o w ed   g o o d   co r r elatio n   ( co r r elatio n   co ef f icien ( r )   is   0 . 8 8   w h ile   th e   r o o m ea n   s q u ar e   er r o r   ( R MSE )   is   0 . 0 0 1 )   w ith   th o s e   o b tain ed   f r o m   th e   d ev elo p ed   m o d el.       T h litt le  d if f er e n ce   in   t h r e s u lt s   is   d u to   t h d if f er en m o d eli n g   ap p r o ac h es  ad o p ted   in   th m o d elin g   o f     th g en er ato r s .   Ho w e v er ,   th e s d o   n o h a v s ig n i f ica n e f f ec o n   t h o v er all  r es u lt s .   Ge n er all y ,   th r e s u l ts   f r o m   t h d e v elo p ed   m o d el  wer co m p ar ab le  to   th o s o b tai n ed   u s i n g   HOM E R .   T h d ev elo p ed   m o d el  g i v es   h ig h er   p r io r it y   to   t h h y d r o   tu r b in t h a n   t h s o lar   p an el   d u to   th h i g h er   co s o f   s o lar   p an el.   T h is   is   esp ec iall y   m o r ec o n o m ica w h e n   d am - b ased   SHP   is   u s ed .   T h d ev elo p ed   m o d el  is   s i m p le,   m o r r eliab le  a n d   ca n   ea s il y   b m o d if ied   ac co r d in g   to   th n ee d   o f   p ar tic u lar   p r o j ec t.       T ab le  1 .   Valid atio n   r esu lts   D e scri p t i o n   H O M ER   D e v e l o p e d   mo d e l   S H P   ( k W   )   1 0 . 7   11   P V   p a n e l   ( k W )   1 0 . 3   10   D G   ( k W   )   16   16   B A TT   ( k W h r )   6 . 9   7   R . F .   ( %)   0 . 6 8   0 . 7 0   C O ( $ / k W h r   )   0 . 2 6 7   0 . 2 6 8   L P S P   0 . 0 0 5 4   0 . 0 0 4 5       3 . 3 .     Appl ica t io n o f   t he  m o de l t o   t he  s t ud y   a re a - I t a pa j   T h o p tim al  s izin g   r es u lt s   o f   th d if f er en co m b in a tio n s   a p ea k   lo ad   d em a n d   ar as  p r esen ted   i n   T ab le  2   w h ile  t h a v er ag e   m o n th l y   elec tr ic  p o w er   p r o d u c tio n   f o r   th th r ee   h y b r id   co m b in at io n s   w er as   p r esen ted   in   Fi g u r es 3 - 5.       T ab le  2 .   Op tim al   s iz in g   r es u lt  f o r   th th r ee   H y b r id   c o m b i n ati o n s   at  P ea k   lo ad   d em a n d   C o mp o n e n t   S o l a r   P V - B A TT - DG   S H P - B A TT - DG   P u mp e d   H y d r o - S o l a r     PV - B A T T - DG   P u mp e d   h y d r o   ( k W )       9 6 0   S H P   ( k W )     9 6 0     S o l a r   P V   ( k W )   6 4 0   3 2 0   64   D G   ( k W )   4 0 0   2 0 0   0   B A TT   ( k W h r )   1 0 0 0   1 0 0 0   0   C O ( $/ k W h r )   0 . 3 0 9   0 . 1 8 7   0 . 0 6 8   R F   ( % )   0 . 3 8   0 . 8 1   0 . 9 8   L P S P   0 . 0 0 0 4   0 . 0 0 0 4   0 . 0 0 0 1   A C S   ( $)   7 8 5 , 4 0 0   6 7 5 , 8 6 0   4 3 , 3 1 3   O p e r a t i n g   c o st   ( $)   4 4 , 9 8 5   2 4 , 7 7 4   1 2 , 5 7 2           Fig u r 3 .   Mo n th l y   av er a g ele ctr ic  p r o d u ctio n   f o r   th s o lar   p v - b att - d g   h y b r id   s y s te m   at  p ea k   lo ad   d em a n d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F ea s ib ilit a n d   o p tima l d esig n   o f a   h y b r id   p o w er sys tem  fo r   . . .   ( B a n ko le  A d e b a n ji )   6221       Fig u r 4 .   Mo n th l y   av er a g ele ctr ic  p r o d u ctio n   f o r   th SHP - S o lar     PV - B A T T - DG  H y b r id   s y s te m   at  p ea k   lo ad   d em an d           Fig u r 5 .   Mo n th l y   av er a g ele ctr ic  p r o d u ctio n   f o r   th P u m p e d   h y d r o - So lar     PV - B A T T - DG  H y b r id   s y s te m   at  p ea k   lo ad   d em an d       3 . 3 . 1 .   So la P V - B AT T - D G   h y brid  co m b ina t io n     T h So lar   P co n tr ib u ted   1 , 6 6 6 , 0 7 6   k W h r   p er   y ea r   w h ile  t h DG  co n tr ib u ted   1 , 0 3 4 , 3 0 4   k W h r   p er   y ea r .   T h DG  co n s u m ed   $ 4 5 1 , 6 8 7   litre s   p er   an n u m .   T h C OE   at  p ea k   lo ad   an d   lo w   lo ad   d em a n d   w as  0 . 3 0 9 .   T h s o lar   P an d   DG  s izin g   v alu e s   ar v er y   h i g h   co m p ar e d   to   w h e n   th SHP   an d   p u m p ed   h y d r o   s y s te m s   w er u s ed .   I ca n   b s ee n   f r o m   Fig u r 3   th at  t h h y b r id   s y s te m s   m ad u s o f   b o th   t h So lar   P an d   th DG  i n   th y ea r .   T h h y b r id   s y s te m   m ad less   u s o f   th DG  d u r i n g   t h d r y   s ea s o n   ( Octo b er - Ma r ch )   w h e n   th er i s   h ig h   So lar   ir r ad iatio n   an d   m a d m u ch   u s o f   t h DG  d u r in g   th r ain in g   s ea s o n   ( A p r il - Sep te m b er )   w h en   t h er is   les s   s o lar   ir r ad iatio n .   T h is   ac co u n ted   f o r   v er y   h i g h   o p er atin g   co s t.  T h C OE   w a s   h i g h er   th a n   a n y   o th er   co m b i n atio n s   co n s id er ed   in   th is   w o r k .   T h co s m a y   b to o   h ig h   f o r   th r u r al  d w eller s .     3 . 3 . 2 .   SH P - So la P V - B AT T - DG   hy bri co m bin a t io n   T h h y d r o   tu r b in co n tr ib u te d   3 , 0 2 3 , 3 2 3   k W h r   p er   y ea r P co n tr ib u ted   7 2 6 , 0 6 5   k W h r   p er   y ea r   co n tr ib u ted   w h i le  th D co n t r ib u ted   5 2 4 , 6 3 4   k W h r   p er   y ea r .   T h DG  co n s u m ed   $ 2 3 3 , 0 9 1   litre s   p er   an n u m .   T h So lar   P an d   th DG  s izin g   v al u es  r ed u ce d   ac co r d in g l y .   T h is   is   b ec au s o f   t h h i g h   SHP   s izin g   v alu e   w h ic h   h a s   lo w er   a n n u alize d   c o s th a n   o th er   h y b r id   co m p o n en ts .   I ca n   b s ee n   f r o m   Fi g u r 4   th at  th h y b r id   s y s te m s   m ad u s o f   DG  d u r i n g   th m o n th s   o f   No v e m b er - A p r il  ( d r y   s ea s o n   w it h   r elati v el y   lo w   s tr ea m   f lo w ) .   T h is   ac co u n ted   f o r   an   i n cr ea s in   t h co s o f   p r o d u ctio n   d u to   h ig h   co s o f   d iesel.  Ho wev er ,   b et w ee n   Ma y   an d   Octo b er   ( ( r ain in g   s ea s o n   w ith   r elati v el y   h i g h   s tr ea m   f lo w )   t h er w er en o u g h   h y d r o   s o u r ce s   to   t u r n     th tu r b i n e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0     6 2 1 4   -   6 2 2 4   6222   3 . 3 . 3 .   P u m pe d hy dro - So la P V - B AT T - D G   hy brid  co m b i na t io n     T h p u m p ed   h y d r o   co n tr ib u t ed   5 , 7 4 9 , 4 2 2   k W h r   p er   y ea r   an d   th P co n tr ib u ted   1 3 , 3 7 5   k W h r   p er   y ea r .   T h p u m p ed   h y d r o - s o l ar   PV - B A T T - DG  h y b r id   s y s te m   s h o w ed   b etter   i m p r o v e m en i n   ter m s   o f   an n u alize d   co s t,  C OE ,   R a n d   o p er atin g   co s t.   I ca n   b o b s er v ed   f r o m   T ab le  2   th a t h DG  an d   th e   B A T T   m ad n o   co n tr ib u tio n   to   t h e   elec tr icit y   p r o d u ctio n .   T h is   is   b ec au s t h p u m p ed   h y d r o   s y s te m   p r o d u ce d   co n s tan s u p p l y   th r o u g h o u th y ea r .   T h is   is   d u to   th f a ct  th at  t h p u m p ed   w ater   w as   u s ed   an d   r ec y cled .   Du r in g   lo w   lo ad   d e m a n d ,   th e   w ater   w a s   p u m p ed   an d   s to r e d   in   th s to r ag s y s te m   b u w h e n   th er i s   p ea k   d em a n d ,   t h w a ter   is   u s ed   to   m ee t h e   d e m a n d .   T h u s ,   th i s   r esu lted   in   v er y   lo w   o p er atin g   co s t,   an d   t h er eb y   less e n s   en v ir o n m e n tal  e f f ec ts .   T h co s t o f   g en er ati n g   t h h y d r o   is   th e   least   w h en   co m p ar e d   w i th   s o lar   P a n d   DG.   T h C OE   f o r   b o th   th p ea k   an d   lo w   lo ad   d e m an d   s c en ar io s   w as  0 . 0 6 8   ( w it h   R o f   0 . 9 8 ) .   T h is   w i ll   in d ee d   b m o r af f o r d ab le  to   th r u r al  d w e ller s .         4.   CO NCLU SI O N   T h is   w o r k   co n s id er ed   th e   f ea s ib ilit y   o f   i n te g r ati n g   SHP   p lan ts   i n to   a n   e x is t in g   w a ter   s u p p ly   d a m   a n d   th d ev elo p m e n o f   SHP - So lar   P V - DG  HP m o d el  f o r   f e asib ilit y   a s s e s s m en an d   o p tim al  s izi n g   o f   H y b r id   r en e w ab l en er g y   s y s te m   i n   r u r al  ar ea s .   Op ti m al  s izi n g   o f   t h s y s te m s   co m p o n en t s   f o r   o p t i m u m   co n f i g u r atio n   w as  d o n u s i n g   Gen et ic  A lg o r it h m .   T h h y b r id   m o d el s   r es u lt s   w er co m p ar ed   w it h   th o s e   o b tain ed   f r o m   HOM E R   to   v e r if y   its   v al id it y .   T h d e v elo p ed   m o d el  s i m u latio n   r es u lts   co m p ar ed   f a v o u r ab l y   an d   v er y   clo s e   to   t h o s o b tain ed   u s i n g   HOM E R .   T h is   w ill  s er v as  a   g u id f o r   t h p o w er   s y s te m   en g i n ee r s   i n   th f ea s ib ilit y   as s ess m e n t a n d   o p tim a l d esig n   o f   HP f o r   r u r al  elec tr if icatio n .       AP P E NDI X     A p p en d i x   1 .   Deta iled   p ar am et er s   o f   th co m p o n e n t s   [ 1 0 ,   3 3 ]   S o l a r   P V   sp e c i f i c a t i o n   S H P   P a r a me t e r s   M o d u l e   Ty p e   R N G   1 6 0 P   N o mi n a l   p o w e r   ( k W )   96   ( )   1 6 0   A v a i l a b l e   H e a d   2 1 . 6    ( )   2 2 . 8   D e si g n   f l o w   r a t e   4 . 3 3   m 3 /s    ( )   9 . 4 7   T u r b i n e   e f f i c i e n c y   7 5 %   M o d u l e   e f f i c i e n c y   1 4 . 0 5 %   L i f e   t i me   2 5 %   D i me n t i o n   ( 5 8 . 3 × 2 6 . 5 × 1 . 4 )   m   D G Pa r a m e t e r s   N O C T   46 °   C   S i z e   2 0 0   k W      1 8 . 6   Q u a n t i t y   2      8 . 6   L i f e   t i me   2 0 , 0 0 0   h r s   L i f e   t i me   2 5   y e a r s   P r i c e   0 . 8 8 4   $ / l i t r e   B a t t e r y   sp e c i f i c a t i o n s   C o n v e r t e r   d e t a i l s   M i n i m u m   l i f e t i me   4   y e a r s   I n i t i a l   S t a t e   o f   C h a r g e   ( S O C )   1 0 0 %   S i z e   7 9 1 k W   D e p t h   o f   D i sc h a r g e   ( D O D )   8 0 %   L i f e   t i me   1 5   y e a r s   V o l t a g e     1 2   V   I n v e r t e r   e f f i c i e n c y   9 0 %   Ef f i c i e n c y   8 0 %   R e c t i f i e r   e f f i c i e n c y   8 5 %       A p p en d i x   2 .   Deta iled   Co s t p ar a m eter s   o f   t h co m p o n e n t s   ( I n itial,  r ep lace m en t a n d   m ai n te n an ce   co s ts )   C o mp o n e n t   I n i t i a l   c o st   R e p l a c e me n t   c o st   O p e r a t i o n a l   a n d   ma i n t e n a n c e   c o st   P V   mo d u l e   2 5 0 0   $ / k W   2 5 0 0   $ / k W   $5   H y d r o   t u r b i n e   $ 4 3 0 , 2 4 7   $ 4 3 0 , 2 4 7   $ 1 0 , 3 0 8   D i e se l   G e n e r a t o r   5 0 3 . 0 8   $ / k W   5 0 3 . 0 8   $ / k W   1 5   $ / h r   B a t t e r y   1 7 1 0   $ / k A h   1 7 1 0   $ / k A h   7 6   $ / k A h   C o n v e r t e r   $ 8 0 4 3   $ 8 0 4 3   $0       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h au th o r s   e x p r ess ed   t h eir   g r atit u d es  to   all   t h s ta f f   an d   s t u d en t s   o f   E k i ti  Sta te  Un i v er s it y ,   A d o - E k iti Ni g er ia  an d   L ad o k A k i n to la  Un i v er s i t y   o f   T ec h n o lo g y ,   O g b o m o s h o ,   Nig er ia   f o r   th e ir   in v al u ab le   co n tr ib u tio n s   to w ar d s   th s u cc ess   o f   t h w o r k .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   He p b a sli,   A   k e y   re v ie w   o n   e x e r g e ti c   a n a l y sis  a n d   a ss e s s m e n o f   r e n e wa b le  e n e rg y   so u rc e f o a   su sta in a b le  f u tu re ,   En e rg y   Rev iews ,   v o l.   2 ,   n o .   2 ,   p p .   5 9 3 - 6 6 1 ,   2 0 0 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F ea s ib ilit a n d   o p tima l d esig n   o f a   h y b r id   p o w er sys tem  fo r   . . .   ( B a n ko le  A d e b a n ji )   6223   [2 ]   D.   S.   As h o k ,   Op ti m i z e d   m o d e f o c o m m u n it y - b a se d   h y b rid   e n e rg y   s y ste m ,   Ren e wa b le   e n e rg y ,   v o l.   2,   pp.   1 1 5 5 - 1 1 6 4 ,   2 0 0 7   [3 ]   S.   K.   Ra m o ji   a n d   B.   J.   Ku m a r,   Op ti m a e c o n o m ic a siz in g   o f   a   P V - w in d   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   u sin g   g e n e ti c   a lg o rit h m   a n d   tea c h in g   lea rn in g   b a se d   o p ti m iza ti o n ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o Av a n c e d   Res e a rc h   in   El e c trica l ,   El e c tro n ics   a n d   I n stru me n t a ti o n   En g i n e e rin g ,   v o l.   2 ,   p p .   34 - 5 6 ,   2 0 1 4 .   [4 ]   T.   R.   Ay o d e le   a n d   A .   S O.  O g u n ju y ig b e ,   M a th e m a th ica m e th o d a n d   so f t w a r e   to o ls  f o d e si g n in g   a n d   e c o n o m ic   a n a ly sis f o h y b rid   e n e rg y   s y ste m s , ”  In ter n a t io n a J o u rn a o Re n e wa b le E n e rg y,   v o l.   9   p p .   57 - 6 8 ,   2 0 1 4 .   [5 ]   A.   A c a k p o v i,   Orig in a f ra m e w o rk   f o o p ti m izin g   h y b rid   e n e rg y   su p p ly ,   J o u rn a o f   En e rg y ,   v o l.   2 ,   pp.   1 - 1 0 ,   2 0 1 6 .   [6 ]   M.   Kd a ir   A b d ,   Eco n o m ic  v iab il it y   a n d   p r o f it a b il it y   a ss e s s m e n ts  o f   W ECS ,”   In ter n a t io n a l   J o u r n a o f   El e c trica l   and   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 2 2 0 - 1 2 2 8 ,   2 0 2 0 .   [7 ]   A.   B.   Esa n ,   A.   F.   A g b e tu y i,   O.  Og b o re d a ,   K.   Og b e i d e ,   A .   A.   Aw e lew a   a n d   A .   E.   A f o lab i,   Re li a b il it y   a s se ss m e n o f   islan d e d   h y b rid   P V - DG - B ATT  sy ste m   f o a   ty p ica ru ra c o m m u n it y   in   Nig e ria ,”   He li y o n , p p .   1 - 1 3 ,   2 0 2 0 .   [8 ]   Nig e ria  En e rg y   F o ru m ,   Ac c e ler a ti n g   a c c e ss   to   su sta in a b le  e n e rg y   f o a ll - sc a li n g   u p   su sta in a b le  ru r a lele c tri f i c a ti o n   in   Nig e ria,   L a g o s,  1 7 th - 1 8 t h   A p ril ,   2 0 1 8 .   [9 ]   D.   E.   Ba b a t u n d e ,   O.   M.   Ba b a t u n d e ,   M.   U.   Em o z e m u w ire,   I.   H.   De n w ig we ,   T.   E.   Ok h a re d ia  a n d   O.   J.   Om o d o ra ,   F e a sib il it y   a n a l y sis  o f   a n   o ff - g ri d   p h o t o v o lt a ic - b a tt e ry   e n e rg y   s y s tem   f o a   f a r m   f a c il it y ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   3 ,   p p .   2 8 7 4 - 2 8 8 3 ,   2 0 2 0 .   [1 0 ]   B.   A d e b a n ji ,   De v e lo p m e n o f   a   h y b rid   p o w e s y ste m   m o d e f o ru ra e lec tri f ica ti o n , ”  a n   u n p u b li s h e d   Ph . th e sis   su b mitt e d   t o   th e   De p a rtme n o E lec tro n ic  a n d   El e c trica En g in e e r in g ,   L a d o k e   Akin to la   Un ive rs it y   o T e c h n o lo g y ,   Og b o m o so ,   N ig e ria ,   2 0 1 9 .   [1 1 ]   A.   Be lu c o ,   C.   P .   Co lv a ra ,   I.   E.   T e x e ira  a n d   A .   B e lu c o ,   F e a sib il it y   stu d y   f o p o w e g e n e ra ti o n   d u r in g p P e a k   h o u rs   w it h   a   h y b rid   s y ste m   in   a   re c y c l e d   p a p e m il l ,   Co mp u ta ti o n a W a ter ,   En e rg y   a n d   En v iro n me n t a En g in e e rin g ,     v o l.   2 ,   p p .   45 - 53,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   A.   S.   O.  O g u n ju y ig b e ,   T .   R.   Ay o d e le,   a n d   O.   A.   Ak in o la,  Op ti m a a ll o c a ti o n   a n d   siz in g   o f   P V /w in d /s p li t - DG /B ATT h y b rid   sy st e m   f o m in im izin g   li f e   c y c le  c o st,ca rb o n   e m is sio n   a n d   d u m p   e n e rg y   o f   re m o te  re sid e n ti a b u il d in g ,   A p p li e d   E n e rg y ,   v o l.   9 ,   p p .   1 5 3 - 1 7 1 ,   2 0 1 6 .   [1 3 ]   V . A .   A n i, a n d   A . N.  Ns e a k o ,   P o ten ti a ls  o f   o p ti m ize d   h y b rid   s y st e m   in   p o w e rin g   o ff - g rid m a c ro   b a se   tran s m it ter   sta ti o n   site ,   I n ter n a ti o n a l   J o u r n a o Re n e wa b le E n e rg y   Res e a rc h ,   v o l.   3,   p p .   8 6 1 - 8 7 1 ,   2 0 1 3 .   [1 4 ]   P .   S u h a n e ,   S .   Ra n g n e k e a n d   A .   M it tel,   Op ti m a siz in g   o f   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   u sin g   a n c o lo n y   o p ti m iza ti o n ,   In ter n a t io n a J o u rn a o Re n e wa b le E n e rg y   Res e a rc h ,   vo l.   4,   p p .   6 8 3 - 6 8 8 ,   2 0 1 4 .   [1 5 ]   T.   Ho n e rica   a n d   H.   T a w a n d a ,   A   tec h n ica m o d e f o o p t im izin g   P V / d ies e l/ b a tt e ry   h y b rid   p o w e r   sy ste m s ,   CS IR  Pro c e e d in g S c ien c e   re a a n d   Rel e v a n Co n fer e n c e ,   p p .   23 - 34,   2 0 1 0 .   [1 6 ]   Ko u tr o u li s,   E. ,   Ko l o k o sa ,   D.,   P o ti ra k is,  A . ,   a n d   k a laitza k is,  K.,   M e th o d o l o g y   f o o p ti m a siz in g   o f   sta n d   a lo n e   p h o to v o lt a ic/w in d - g e n e ra to sy ste m s u sin g   g e n e ti c   a lg o rit h m s ,   S o l a r E n e rg y ,   v o l.   8 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 0 7 2 - 1 0 8 8 ,   2 0 0 6   [1 7 ]   R .   J.   Ku m a a n d   M .   S.   Ka lav a t h i,   Op ti m a siz in g   o f   S a ti n   Bo w e rb ird   o p ti m iza ti o n ,   In ter n a ti o n a J o u r n a o f   In n o v a ti v e   T e c h n o lo g y   a n d   Exp lo rin g g ri d - c o n n e c ted   h y b ri d   PV / win d / b a t ter y   p o we sy ste u sin g   En g in e e rin g ,     v o l.   8 ,   n o .   4,   2 0 1 9 .   [1 8 ]   H.   Hild e b ra n d ,   P lan n in g   to o f o sm a ll   h y d ro p o w e d e v e lo p m e n t , ”  Pre se n ted   a th e   T e c h n ica Un ive rs it y   o Ge o rg ia   i n   T b il is  o n   b e h a lf   o UN ES CO a t   th e   I n ter n a ti o n a l   Hy d ro p o we r A ss o c ia ti o n ,   pp.   23 - 5 7 ,   1 9 9 7 .   [1 9 ]   T.   Kh a ti b ,   A .   M o h a m m e d   a n d   K.S o p ia n , A   so f t wa re   to o f o o p ti m a siz in g   o f   P V   sy ste m s in   M a la y sia ,   M o d e ll in g   a n d   S im u la ti o n s in   En g i n e e rin g ,   v o l.   3 ,   n o .   2 ,   pp.   1 - 11,   2 0 1 2 .   [2 0 ]   H.   M a sru r,   H.   O.   R.   H o w lad e r,   M.   E.   L o f ty ,   K.   R.   Kh a n ,   J.   M.   G e rre ro   a n d   T .   S e n jy u ,   A n a l y sis  o f   te c h n o - e c o n o m ic  e n v iro n m e n tal  su it a b il it y   o f   a n   iso late d   m icro g rid   sy ste m   lo c a ted   in   a   re m o te  islan d   o f   Ba n g lad e sh ,”   S u sta in a b il it y ,   v o l.   1 2 ,   p p .   1 - 2 7 ,   2 0 2 0 .   [2 1 ]   O.   S k a rste in   a n d   K.   Ulh e n ,   De s ig n   c o n sid e ra ti o n w it h   re sp e c t o   lo n g   term   d ies e l   sa v in g   in   w in d /d ies e p lan ts ,   W in d   E n g i n e e rin g ,   v o l.   13 p p .   1 36 - 1 4 2 ,   1 9 8 9   [2 2 ]   S.   Ba ra k a t,   M.   M.   S a m y ,   M.   B.   Et e ib a   a n d   W a b i,   V iab il it y   stu d y   o g rid - c o n n e c ted   P V /w in d / b io m a ss   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   f o s m a ll   v il lag e   in   Eg y p t,   v o l.   2,   n o .   2,   p p .   1 - 5,   2 0 1 6 .   [2 3 ]   G.   Z.   S o m a n o   a n d   G .   S h u n k i,   De sig n   a n d   m o d e li n g   o f   h y b rid   PV - m icro   h y d ro   p o w e g e n e ra ti o n   c a se   stu d y   Ji m m a   z o n e , ”  Ame ric a n   J o u rn a o El e c t ric a Po we a n d   En e rg y   S y ste m,   v o l.   2,   p p .   43 - 48,   2 0 1 7 .   [2 4 ]   V.   M .   Jy o th i,   T.   V.   M u n a n d   S V NL   L a li th n a ,   A n   o p ti m a e n e rg y   m a n a g e m e n s y ste m   f o P V /b a t tery   sta n d   a lo n e ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o E lec trica a n d   C o mp u ter   En g in e e ri n g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   6,   n o .   6 ,   p p .   2 5 3 8 - 2 5 4 4 ,   2 0 1 6 .   [2 5 ]   A . V a h a b z a d e h ,   F .   S e p a ri,   M.   S a m k u sh   a n d   M .   Ja f a ri   Op ti m a s izin g   o f   h y b rid   e n e rg y   re so u rc e s   f o e le c tri c it y   d istan r u ra a re a s o f   Ira n , ”  CIRD  W o rk sh o p - L is b o n ,   p p .   2 9 - 3 0 ,   2 0 0 7   [2 6 ]   S.   A.   S h e z e n ,   S.   J.   W e i,   M.   A.   Ki b ria,   K.   R.   Ullan ,   R.   S a id u ,   W.   T.   Ch o n g   a n d   R.   K.   A k it u r,   P e rf o r m a n c e   a n a l y sis   o f   a n   o ff   g rid   w in d - PV - DG - B ATT   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   f e a sib le  f o re m o te   a re a ,   J o u rn a o Clea n e rPro d u c ti o n ,   v o l.   4,   n o .   1,   p p .   1 2 1 - 1 3 2 ,   2 0 1 6 .   [2 7 ]   K.   M e ru g a p e ru m a l,   D.   A ja y   a n d   P .   Ra j,   F e a sib il it y   d e sig n   a n d   tec h n o - e c o n o m ic  a n a l y sis   o h y b rid   re n e w a b le  e n e rg y   s y ste m   f o ru ra e lec tri f ica ti o n ,”   S o la r E n e rg y ,   v o l .   1 8 8 ,   p p .   1 0 6 8 - 1 0 8 3 ,   2 0 1 9 .   [ 2 8 ]   O .   K o u r ,   T e c h n i c a l   a n d   e c o n o m i c   a n a l y s i s   o f   a   h y b r i d   p o w e r   s y s t e m :   A   c a s e   s t u d y   f o r   a   v i l l a g e   i n   I n d i a ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   f o r   R e s e a r c h   i n   A p p l i e d   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g   T e c h n o l o g y ,   v o l .   6 ,   n o .   5 ,   pp.   2043 - 2 0 4 9 ,   2 0 1 9 .   [2 9 ]   Hu n g x in g ,   Op ti m a siz in g   m e t h o d   f o sta n d - a lo n e   h y b r id   s o lar - w in d   sy st e m   w it h   L P S P   tec h n o lo g y   b y   u sin g   g e n e ti c   a lg o rit h m , ”  S o la r E n e rg y v o l .   8 2 ,   p p .   3 5 4 - 3 6 7 ,   2 0 0 8 .   [3 0 ]   A.   K.   Da u id ,   S im u latio n   o f   a   h y b rid   p o w e s y ste m   c o n sistin g   o f   w in d   tu rb i n e ,   P V,  sto ra g e   b a tt e r y   a n d   d ies e l   g e n e ra to r;  D e sig n ,   o p ti m iza ti o n   a n d   e c o n o m ica e v a lu a ti on ,   In ter n a t io n a J o u rn a o E n e rg y   En g i n e e rin g ,      pp.   56 - 6 1 ,   2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.