Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   5 ,  Octo be r   2020 ,  pp.  4507 ~ 4513   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 5 . pp 4507 - 45 13     4507       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Assessm ent of  off - shore w ind  turbines f or app lication    in S audi Arabi a       Arunach alam   Sundar am 1 , A bdullahi  Abu ba k ar M as ’ ud 2 , Hassan Z .   A l Garni 3 ,  Su r ajudeen  Adew u si 4   1 , 2 , 3 D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g   T e c h n o l o g y ,   J u b a i l   I n d u s t r i a l   C o l l e g e ,   K i n g d o m   o f   S a u d i   A r a b i a     4 Depa rtment of  Mec hanica l   Eng i nee ring ,   Juba il   Univer sit y   Co ll e ge,   Kingdom   of   Saudi  Arabi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n 2 2 ,   2019   Re vised  Ma r 1 4 ,   2020   Accepte d  Ma r   24 , 202 0       Thi s  pape r  pre s ent s  m odel s  and  ec onom ic   an a l y sis  of  te n  d iff ere nt  wind   turbi nes  for   the  r egi on  of   Yanbu,  Saudi  Arabi a  usi ng  the  h y brid  op ti m iz ation   m odel s  for  ene rg y   resourc es  (HO MER)  software .   T h i s   s t u d y   s e r v e s   a s   a   g u i d e   f o r   d e c i s i o n   m a k e r s   t o   c h o o s e   t h e   m o s t   s u i t a b l e   w i n d   t u r b i n e   f o r   Y a n b u   t o   m e e t   t h e   t a r g e t   o f   5 8 . 7 G W   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   a s   p a r t   o f   S a u d i   V i s i o n   2 0 3 0 .     T h e   a n a l y s i s   w a s   c a r r i e d   o u t   b a s e d   o n   t h e   t u r b i n e s   i n i t i a l   c a p i t a l   c o s t ,   o p e r a t i n g   c o s t ,   n e t   p r e s e n t   c o s t   ( N P C )   a n d   t h e   l e v e l i z e d   c o s t   o f   e n e r g y   ( L C O E ) .   Additi onall y ,   th e  wind  turbi n es  were   compare d  base d  on  the ir  el ectri c i t y   produc ti on ,   excess   ene rg y   and   the   size   of  the   storage   devi c es  req uire d .     T h e   r e s u l t s   s h o w   t h a t   E n e r c o n   E - 1 2 6   E P 4   w i n d   t u r b i n e   h a s   t h e   l e a s t   L C O E   ( 0 . 0 8 8 5   $ / k W h )   a n d   N P C   ( $ 2 3 . 8 ) ,   w h i l e   W E S   3 0   h a s   t h e   h i g h e s t   L C O E     ( 0 . 1 4 2   $ / k W h )   a n d   N P C   ( $ 3 8 . 3 )   f o r   a   t y p i c a l   l o a d   p r o f i l e   o f   a   v i l l a g e   i n   Y a n b u .     Ke yw or d s :   Eco no m ic al  an al ysi s   Ho m er   Mod el in g of w ind  t urbines   Re new a ble e ne rg y   W i nd e nergy   Copyright   ©   202 0 Instit ute of   Ad v ance d  Engi ne eri ng  and  Sc ie n ce .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Arunachal am  Sund a ram ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Ele ct ro nics  E nginee rin g  Tec hnol og y,   Ju ba il  I nd us tri al  Colle ge,   Al Jubail , 3 1961, Kin gdom  o f   Saudi A ra bia.   Em a il :  su nd a ra m _a@ j ic .edu.s a       1.   INTROD U CTION   The  work i ng   pri nciple  of   a  wi nd   t urbine  is  t he   conve rsion  of  m echan ic al   energy  to  el ect ri cal   energy.   The  wind  r ota te s  the  pe rf ect ly   design e d  blades  to  pro du ce  ro ta ti onal   ki netic   energy,  wh ic h  in  t urn  ro ta te     a  gen e rato r  to  pro du ce  el ect ri ci ty .  The  wind   en er gy  can  be   harnesse d  by  m eans  of   offs hore  or   onsho re   wind  far m s.  The of fs hore  wind  farm s b uilt  in  the  ocean us es the   high  wind s pee ds  a vaila ble in t he  ocea n  t o produce   el ect rici ty   wh ereas  relat ively   cheap  ons hor e  wind  fa rm s  are  buil t  in  th e  la nd s .  T he  glo bal  wind  e nergy   council   re porte d  a  ra pid   gro wt h  of  wind  ene r gy  te ch no l og y  wh ic h  ha s  le d  t o  a  re duct ion  of  nea rly   637  t ons  of   CO 2   e m issi on s   glo bally   in  20 16   [1] .  W i nd   a s  a  ren ewa ble  so urce  ha s  at tract ed  lot  of   at te ntion   in  t he  present   decad e ,  f ocuse d  m ai nly   to  rapi dly  decr ease  the  le veliz ed  co st  of   ene rg y  ( L COE)  of   wind  powe r  plants ,  and   t o  decr ease  t he  operati on  an d  m ai ntenance   cos t  du e  to  the  a va il abili ty  of   hi gh ly   ef fici ent  wind  tur bin e s   [ 2] .  It  is  est i m at ed  that  the  cost  of  po wer   pro duced  by  wi nd   far m s  w il l  be  on  par  with  the  pri ce  of   powe r  pro duced   by  coal - fi red   pow er  plants  by  2020   [3] .  T he  I ntern at io nal  Ene rg y  A ge ncy  (IEA)   has  pre dicte d  that,  by  the   ye a r   2050, nea rly  18%  of g l ob al  e nergy  dem and   will  b e m et  b y win d  e nergy   [4] .   The  e ver - gr owing  popula ti o n  of  the  Kingdom   of   Sa ud i  Ar a bia  com bin ed   with  ra pid   grow t h  of   industrial /c omm ercial   pr ojec ts  in  this  co untry   has  le d  t o  an  e xp on e nt ia l  increase  in   el ect rici ty   dem and .    To  m eet  this  dem and   and   t o  div e rsify  f rom   us ing   oil  as  the  m ai n  so ur ce  of   po wer,  the  vi sio n  2030  of     the  Ki ngdom   env isi on s   a  l ong - te rm   ren e w able  e nergy  ( RE)  program   desig ne d  to   ba la nce  the   Ki ngdom ’s   powe r  m ix  and  to  r ed uce  it s  c arbo n  f ootp rint .  A c c o r d i n g   t o   t h e   N a t i o n a l   R e n e w a b l e   E n e r g y   P r o g r a m   ( N R E P )   o f   t h e   K i n g d o m   [5] ,   m o r e   t h a n   3 5   p a r k s   w i l l   b e   d e v e l o p e d   a c r o s s   t h e   K i n g d o m   a n d   t h e   t a r g e t   o f   R E   p r o d u c t i o n   i s   5 8 . 7   G W   b y   2 0 3 0 .   T h e   t a r g e t   o f   t h e   p o w e r   p r o d u c t i o n   b y   t h e   w i n d   e n e r g y   a l o n e   i s   a r o u n d   1 6   G W .   To   ex pe dite  the  exec ution   of  the  RE  pr oj ec ts  towards  the s e  go al s,  prel i m inary  stu dies  ha ve  bee n  ca rr ie d  out.  Accord i ng   t o  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r 2 020  :   45 07   -   45 13   4508   tho se   stu dies,  13.5  G W  of  R E  capaci ti es  w il l  be  integ rate d  to   the   gri d  by   the  e nd  of  2019.   O ne  of  th e  wind   far m   pr oje ct s  in  the  King do m   at   Du m a t  Al  J and al   with  a  ca pacit y  of   400  M W   has  est abl ished  a  w or l d  r ecord  with  the  l ow e s t  LCOE  ( 1.9 9  cents  pe r  kWh )  f or   ons hore  wind  fa rm   pr oject s   [ 5] .  T h e   e c o n o m i c   f e a s i b i l i t y   o f   d e v e l o p i n g   w i n d   f a r m s   a t   T a i f ,   a   w e s t e r n   p r o v i n c e   o f   t h e   K i n g d o m   o f   S a u d i   A r a b i a   h a s   b e e n   c a r r i e d   o u t   i n   [ 6 ] .    A   d e c i s i o n   m a k i n g   a p p r o a c h   f o r   r e n e w a b l e   p o w e r   g e n e r a t i o n   e v a l u a t i o n   f o r   t h e   K i n g d o m   i s   a v a i l a b l e   i n   [ 7 ] .     Lit eratur e  s urvey  carrie d  out  in  the  nex t   sect ion   in dic at es  a  te chno - econom ic   analy sis  of   wi nd   tur bin e  ap plica ti on s  f or   the  r egio n  of  Yanb u  w hich  has  not  been   pr e viously   inv est igat ed.   Ya nbu  is  a  place   wh e re  the  Ki ngdom   is  plann ing   to  buil d  la r ge  wind  fa rm s   and   hen ce  thi s  pap e r  at tem pts  to  com par e  var i ou s   avail able  wi nd  tur bin es  a nd  pro vid e  a  recom m end at ion   of  the  m os t  su it able  wi nd   t urb ines  f or  Ya nbu  us i ng   (HOMER )  s of t war e .  This  pa pe r  pr e sents  the   econom ic   ana ly sis   of   te n  dif fer e nt  wind  tur bin es  f or  the  r eg i on   of   Yanb u  us in g  H OMER  sof tware.  An al ysi s  is  carried  ou t  based   on  the   wind   t urbines   init ia l  capit a l   cost,   op e rati ng c os t,  net prese nt cos t (N PC )  a nd th e LCOE .  Addi ti on al ly , th e  wind turbi nes   ar e   com par ed  b as ed on  their ele ct rici ty  prod uction, e xc ess en e r gy and the  size  of  t he  stor a ge de vic es r e qu i red.   The  c ontrib ution s  of t he pape r  are  as  fo ll ows :     To  car ry  out  te chno - eco nom i c  analy sis  of   va rio us   wi nd   t urbines  for  a  re gi on   of   Ya nbu  in   the  King do m   of  Saudi A ra bia usi ng HOMER .     Var i ou s  sce nari os  incl ud i ng  siz e of e nergy st or a ge  syst em s ar e c on si der e d.     Seve ral  crit eria  wer e  co ns id ered   to  deter m ine  wind   e ne rg y  syst em   s uitable   for  Y anbu  re gion  a nd   reco m m end at ion s  are  pr ov i de d base d on th e tec hno - eco no m ic  an al ysi s.       2.   LIT ERATUR E REVIE W   Eve n  thou gh   m os t   of   the  w ind   fa rm   pr oj e ct s  are  away  fr om   ur ba n  centers,  a  crit ic al   rev ie w  of   est ablishin g  wi nd   t urbines  ne ar  urba n  area s  has  bee n  ca rr ie d  out  in   [ 8] .  T he  te ch nical   an d  ot her   c halle nges  of  integrati ng  la r ge  scal e  wind  f arm s  in  Eur op ean  co untrie s,  the  im pact  on   the  pow er  in dustry,  an d  the  sol utions   are  disc us se d  i n   [ 9] .   An  analy sis  of  wi nd   sp e ed  a nd   wind  powe r  densi ty   at   dif fer e nt  hei ghts  f or  a  pe rio d  of  36  m on ths  betwee n  1996  a nd   1999   for  the  no rthw est   c oast  of   Saudi  Ar a bia  is  discuss e d  in   [10] .  The  inte grat io n  of   i nte rm i tt ent  RE  so urces  to  the  gr i d  has  i m po rtant  adv a ntages  s uc h  as   a  red uc ti on   of  total   cost  of   f uel  an d    a  reducti on  of  atm os ph e ric  poll utants,   as  w el l  as  disad va nt ages  s uch  as  a   de gr a datio n  of  the  qu al it y  of  powe r,   lowe r  reli abili ty ,  lower   sta bili ty ,  an d  the  ass ociat ed  cha nge s  in  power   sys tem   design   an d  m anag em ent   [11] .   The  c om par iso n of dif fer e nt  wind tu r bin es  base d on cost a nd ann ual en e r gy yi el d  is ca rri ed  out i n   [ 12] .      A  stu dy  c onduct ed   by  K uwai t  In sti tute  of  Scie ntific   Re search   a nd  E ne rg y  Re sea rc h  Ce nter   of   Kuwait   has  re ve al ed  wind  as  the  m os t  viable  op ti on  for  des ert  reg io ns   when  com par ed  t o  so la r  e nergy  du e  to   factors  su c h  as   hu m idit y,  du st,  an d  su s pe nd e d  pa rtic le s  in  ai r   [13] .  Since  t he  tur bine   blad es  are  co ntin uous l y   work i ng  an d  are  ex posed  t o  t he  du st  in  the  atm os pher e,  they   ex per i ence  trem end ous  am ou nt  of   stress.     An   asses sm ent   of   total   su sp e nd e d  pa rtic le s  by  us in g  pro ba bili ty   distribu ti on   has  be en  carried  ou t  in   [14] .  Eco no m ic   analy sis  of  seve n  di ff ere nt  wind  t urbines   usi ng  HO MER   is  car ried  ou t  in   [ 15]   and  this  st udy  doe s   no t  co ns i der   on   or   off - gr i d  app li cat ion .  The  pote ntial   of   harnessin g  wind  ene rg y  f or   diff e ren t  si te s  in   Ma la ysi a  has  been   determ ined  thr ough  ec onom ic   analy s is  and   an nual   energy  yi el d,   us in g  the  H OMER  so ft war e   in   [ 16] .  Ho m er  so ft war e   is  us ed   i n  li te ratu re  for   opti m a l  desig ning  a nd  m odel ing   of  wi nd  energy   conve rsion  sy stem   in  [17]   and   hybri d  e ne rg y  syst em   i n   [ 18 ] .  C om par ed  t o  ot her   so ft war e ’s,   H OMER   pro vid es  detai le d  resu lt s  f or   a naly sis  an d  e va luati on  an d  ca n  run  m any  co nf i gurati ons  a nd  pro vid es   res ults  i n  a  ver y  s hort  ti m e   [19] .   Tec hno - ec onom ic   a naly sis  for  a  fa rm ho us e  in N i ger ia   in   [20,  21 ] ,  fo r  a prim ary   school  in Iraq  in   [ 22 ] , a nd for a  waste  m anag e m ent in Naj f  ci ty  of  I raq in   [23] .   A  si m ulati on   m od el   fo r  acce ssing   the  po t entia l  of   wind   power   ge ne ra ti on   in  a  place  cal le d  Kitka,   Ko s ovo  is  car r ie d  out  in   [ 24 ] .   The  a utho rs  i n  [ 24]   ha ve  c onside red  the  w ind   t urbines   to   be  m anu fact ured  by  Am per ax.  A n  arti fici al   intel l igence   ap proa ch  for  optim izing   wind   ene r gy  co nversi on   sy stem   is  av ai la ble    in   [25] .  I nteg r at ing   re new a bl e  energy  syst em   to  s m art  gr id  an d  the  feasi bili ty   of   su ppl yi ng   sm art  gr id  only  with  re new a bl es  is  carried  ou t  in   [ 26] .  W i nd  sp ee d  f or ecast in g  m od el s  has  been  analy zed  us i ng   ANN   ( arti fici al   neur al   networks )  in   [27] .  The  pr e dicti on   of   the  wind  sp ee ds   a nd   wind  cha ra ct erist ic s  is  carried  out   in   [ 28] .  Stat ist ic al   analy sis  f or  wi nd  tu rb i ne s  to  overc om e  real  tim e  i m pl e m entat ion   c ha ll eng es  a re  prov i ded  in   [29] .  T he  pr ic e  of   wi nd   e ne rg y  is  m od el ed  as  a  re gr es sion   m od el   an d  an  eval uation  a naly sis  of   wind  pa rks   in  Col om bia  is  avail able  i n   [30] .  T he  e valuat ion   of  wind  po wer  f or  po wer  pro du ct io n  i n  Pale sti ne  to   al le viate   sh ort age   of  el ect rici ty   is  av ai la ble  in  [31,  32] .  P re vious ly ,  the  te ch no - eco nom ic   viabili ty   of   ren e wab le   syst e m s  (w ind   inclusive )  ha s  been   ca rr ie d  out  for  se ver al   c it ie s  in  Saud i  Ar a bia  inclu di ng   Ya nbu   [ 33] ,   bu t  no  work  has  ev al uated  the  s uitabil it y  of   diff e re nt  wind  tu rb i nes  f or  ap plica ti on s   in  Sa ud i  A rab ia .     Lit eratur e  surv ey   ind ic at es  H OMER  s of t wa re  is  wi dely   use d  for  te c hno - eco nom ic   analy sis  and  a  st udy  of  te chno - ec onom ic   analy sis  fo r  t he  re gion  Yanb u,   in   the   Kingdom   of   Saudi  A rab ia ,  wh e re  wind  fa rm   are  exp ect e d  is  not avail able.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om p  En g   IS S N:  20 88 - 8708       Assessme nt  of  off - shore  wi nd  turb i nes  fo r  applicati on in  Sa ud i  Arabia   ( Ar unac ha l am  Su ndaram )   4509   3.   METHO DOL OGY   Seve ral  te chn i qu e s  can  be  use d  f or   te ch no - eco nom ic  analy sis  of   a   RE  syst e m .  On e  su ch  to ol  is    the  m ic ro - gr i d  so ft war e  dev e lop e d  by  the  Ho m er  energy   com m on ly   kn own  as  HO M ER.  It  is  a  tool   widely   us e d  f or  a  var i et y  of   a pp li cat ion s   [ 34,  35 ] .  I n  this  w ork,   t he   si m ulati on   m od el   was  de velop e d  us in g  H O MER .  Inp ut  param eter s  to  t he  H O MER   include ,  wind  s peed   da ta   fo r   Ya nbu,  el ect rical   load   prof il e  f or  a  ty pical  vill age  in  Saud i  Ar a bia,  sel ect ed  wind  tu rb i ne   param et ers,   cost  of  t he  wi nd   tur bin e  i nc urr ed  f or  the   li fe  ti m e   of   t he  pro j ect ,  syst e m   con ve rt er  pa ram et ers,   and  sel ect ed  ba t te ry  and   it s  pa ram et ers.   To  determ ine  the  capit al  cost  of  each  wind  tur bi ne,   the  pr ic e  i nd e x  f or   wind  tu r bin es  a vaila ble   in  the   US$  is   app li ed  as  show n  in   Figure  1.  Fro m   Figu re  1   an d  f or   the  ye a r   2019,  the  pr i ce  ind e x  f or   wind  tur bin e  i s  0.79   m il l ion  US $  p e r    MW   [ 36] .  Re su lt s  f ro m   the   sim ulatio n  m od el   im ple m e nted  us i ng  H OMER  wit h  t his  pr ic e  i nd e x  was   com par ed fo r  t he  te n di ff e ren t  turbines .           Figure  1.  The   pr ic e i nd e x for  wind  powe r product io n  [36]       King  A bdullah  Ci ty   fo r  Atom ic  and   Re ne wab le   E nerg y  (K ACAR E)  has  obta ine d  accurate  wi nd  sp ee d  data  f or  diff e re nt  ci ti es  in  Sa udi  A ra bi a,  Ya nbu  i ncl us ive   [ 37 ] .   Th ese  gro und  m e asur em ents  obt ai ned   by  KA C ARE  a re  m or e  accura te   than  the  est im at ion s  base d  on   the  s at el li te .  Figure  2  s ho ws  the  ave ra ge   wind   sp ee d  m easur e m ents  fo r  Ya nbu  at   a  heig ht  of   100m   fo r  a  per io d  of  one  ye ar.  The  prob a bili ty   distri bu t i on   functi on  wh ic h fit s the  wind  da ta  w as c hosen  w it h   sp eci fic  param et ers  giv e n  in  Ta ble 1.           Figure  2.  The   wind s pee d data f or   Ya nbu  at   the hu b heig ht  of 10 0m   fo r  a   per i od of  on e  yea r       4.   MO DEL DE S CR I PTIO N    The  m od el   use d  f or   sim ulatio n  is  sho wn   i n  Fig ur e  3.   T he  base  m od el   was  create d  i n  H OMER,     with  sim ple  of f - gr i d  co nf i gur at ion   with  wind  tur bin e ,  batte ry  an d  c onve rter.  A n  eco nom ic   con side rati on  was   base d  on  the  a ssu m ption   that   al l  the  power  gen e rated   is  fe d  to   the   loa d.   The  ca pa bili ty   of  H om er  was  util iz e d  to an al yz e t he sy stem  f or   dif f eren t t ypes  of  wind tu r bin es  us in g  t he  s pecifica ti on s  su m m arized i n  Ta ble   1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r 2 020  :   45 07   -   45 13   4510   Table  1  disp la ys  al l  m od el   pa ram et ers  and  the  ass um ptions  that  wer e   m a de.   The   loa d  s el ect ed  f or  this  researc h   t akin g   int o   acc ount   t he   weathe r   fl uctuati ons   in   Sa udi   A ra bia .   The  est i m at e d  load  for  Ya nbu  is   higher  i n  the  su m m er  than  in  the  winter .   Pr e viou s  resea rch   de velo ped  the  loa d  pro f il e  of   ty pical   vill age     in  Saudi  Ar a bi a   [38] ,  w hic h  wa s  ad opte d  in  t his  rese arch.  T he  loa d  ha s  a  scal e d  av era ge  e ne rg y  of    48,43 5 kwh/da y wit h  a  pea k  l oad of  5547. 5k W.           Figure  3.  The   wind tu r bin e a nd b at te ry m odel  u se d  f or sim ulati on  i n HOM ER        Table  1.   Ba sic   par am et ers  for t he  sim ulati on   m od el  in  H OM ER   Para m eters   Selecte d  valu es   Cap ital cos t of  wind  turb in e   Ch o sen  bas ed  on  L iterature  [ 3 8 ]   Lif eti m e of  the wi n d  turb in e   2 0  y ears   W eib u ll Factor  ( K )   2   1 h r  au to co rr elatio n  f acto r  o f  wind   0 .85   Diu rnal   p attern str en g th  ( win d )   0 .25   Ho u r  o f  peak  wind  sp eed   15   No m in al dis co u n t r ate   6 .86   Exp ected in f latio n   rate   2 .5   Project lif eti m e   25   Cap ital cos t of  the b attery   Ch o sen  bas ed  on  L iterature  [ 3 8 ]   Initial state o f  char g e ( b atter y )   100%   Mini m u m   stag e of  charge (batter y )     40%   String  size ( b atte ry)       1   Cap acity  of  the in v erter   Ch o sen  bas ed  on   Ho m er  op ti m izer   Lif eti m e of  the in v erter    1 5  y ears   Ef f icien cy   95       5.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION S     Nu m erous  res ults  wer e  ge ne rated  by  HO M ER  in  orde r  to   determ ine  the   viabili ty   of   va rio us   wi nd   energy  sc hem e s  f or   t he  re gion  of   Ya nbu.  T able  2  sho ws  t he  te ch no - ec onom ic   analy sis  of  the  sel ect e d  wind  tur bin es  t hat  c an  be  de pl oyed  f or  wi nd  po wer   pro j ect s  i n  Y an bu.  T hes e  tur bin es  are  a m on g  the  c om m on ly  avail able  wi nd  tur bin es   w or l dw i de.   By   us i ng   H OMER,  t he  m os t  feasib le   wind  tur bine s  are  the  one s  that  m ini m iz e  the  c os t  of   the  pr oject .  In   H OME R,  the  LCOE  is  an  i m po rtant  par am et er  that  descr i bes  the  cost  of   powe r  pr oduce d  by  the  wind   tur bin es   over   the  pr oj ect   li fe tim e.  It  is  act ually   the  ov e ral l  m ini m u m   pr ic e  at   wh ic h  the  el ect rici ty   has  to  be  so ld  in  or der  to  br ea k  eve n  ov e r  the  pro j e ct   li fetim e.  The  resu lt s  sho w   that  Ener c on  E - 126  EP 4  has  t he  le ast   LCOE   an d  NP C,   w hile  WES  30  ha s  the   highest  LC OE  and  N PC.  H oweve r ,   certai n  fact or s   nee d  to  be  c on si der e d  i n  c hoos i ng   t he  ri gh t  wind  tu rb i ne,   s uc h  as  th e  init ia l  capit al   cost,     the  operati ng  cost,  a nd   t he  num ber   of  wi nd  tur bin es  requi red,  w hich  i n  t urn  af fects  the   sp ace  require d  an d  thu s  t he  co st  of  the  la nd  for  t he  pr oj ect ,   an d  it   al so   aff ect s  the  noise   le vel  arou nd   t he  wi nd  fa rm s.  In   ess ence,   choosi ng  the  m os t  app r opri at e  sit e  for  wind  fa rm   pr ojec t  is  one  of  the   f undam ental   par am et ers  of  any  RE   pro j ect , tech ni cal ly  an d fina nc ia ll y.    Figures  4  an d   5  sho w  the  el ect rici ty   pr oduc ti on   pe r  y ear   from   each  wind   t urbine  a nd  the  excess   energy  that  m a y  be  avail able  al l  ye ar  ro und.  The  resu lt s  cl early   sh ow  the   i m po rtance  of   turb in e  sel ect i on   f or   econom ic   viab il ity  and  el ect ric  powe r  pro duct ion . I t  ca n  be   obser ve d  that  the  hi gh e st  ene rg y was prod uc e d  by  wind  fl ow   45  t urbine  w hile  the  le ast   el ect rici ty   reco r ded   by  X ANT  L - 33  tu rb i ne.   Sim i la rly ,  these  tw o  wi nd   tur bin es  s how  the  highest  an d  lowest  excess  energy  avail ab le ,  resp ect ively .   The  exce ss  e nergy  can  be  use d  to  su pply   a  du m p  load   or  in   so m e  cases,   it   ca n  be  s old   t o  the   gr i d.   In  the  fu t ur e ,  the  e xcess   energy  c ou l d  al so   be   us e d  to  cha r ge  ba tt eries  f or   el ect ric  cars.  Fig ur e  6  sho wn   i n  the  batte ry  siz e  in  strin gs   nee ded   with  eac h  wi nd   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om p  En g   IS S N:  20 88 - 8708       Assessme nt  of  off - shore  wi nd  turb i nes  fo r  applicati on in  Sa ud i  Arabia   ( Ar unac ha l am  Su ndaram )   4511   tur bin e  ty pe  c on si der e d.   A  string   ref e rs  t o  the  set   of  ba tt eries  in  series.  For  this  pro j ect ,  on e  st r ing   is  equ i valent t o 4 V batt ery.    Saudi  A ra bia  has  plan ne d  t o  instal l  wind   tur bin es   as  a dd it io nal  po w er  gen e rati ng  schem e  fo r    the  co untry ,  a nd  since  Ya nbu  is  on e  of  the  fe asi ble  locat io ns  for  in sta ll at ion   of  wind  fa rm s,  th ese  res ults  will  serv e  as  a  to ol   fo r  de ci sion   m aker s  to  ch oose  the  ri gh t  c om bin at ion   of   RE  so ur c es  to  m eet  the  ta rg et   of   58.7G W  f ro m   ren e wa ble  sour ces  by  the  ye ar   2030.  F or   wind  pro j ect s  to  be   su ccess fu l  in   the  king do m ,  and   t o  al low  com petitiveness  i n  the  RE  sect or ,  the r e  is  need   f or   th e  governm ent  t o  ap pr ai se  the  regulat or y  a nd   le gal   fr am ewo r k  t hat w il l pe rm i t t he  public/ pri vate  par t ner s hip.       Table  2.   T ech no - ec onom ic  an al ysi s o f  sel ect ed win d  tu r bine s   Mod el   No  of  W in d   T u rbin es   Hu b  Heigh t   ( m )   Rated   Cap acity   (M W )   Initial Cap ital Co st   (10 6 $)   Op erating  Co st   ($/Year )   Net Pr esen t  Co st   ($)   LCOE   ($/k W h )   Vestas  V82   5   70   1 .65   2 2 .5   5 1 1 ,505   3 0 .3   0 .11 3   Vestas  V47   15   50   0 .6   2 5 .8   5 8 5 ,545   3 4 .8   0 .12 9   Enercon  E - 8 2  E 4   4   84   4   2 4 .2   5 0 9 ,662   3 2 .0   0 .11 9   EWT D W  52   12   40   0 .9   2 6 .6   5 9 2 ,111   3 5 .6   0 .13 2   W in d f lo w 45   23   38   0 .5   2 8 .4   6 3 7 ,810   3 8 .1   0 .14 2   Leitwind  90   4   9 7 .5   2   1 8 .6   4 0 6 ,168   2 8 .4   0 .09 2 1   Enercon  E - 1 2 6  E P 4   2   135   4 .2   1 7 .9   3 8 3 ,086   2 3 .8   0 .08 8 5   Vergn et GE V  MP - C   35   55   0 .27 5   2 7 .3   6 3 7 ,970   3 7 .0   0 .13 8   W ES  30   43   48   0 .25 0   2 8 .3   6 5 5 ,120   3 8 .3   0 .14 2   XANT  L - 33   24   55   0 .33 0   2 4 .4   5 7 4 ,409   3 3 .1   0 .12 3           Figure  4.  Ele ct rici ty  p rod uction f ro m  each o f  the  w i nd turb ines  per  yea r           Figure  5.  Exce ss en e r gy and i ts per ce ntag e f or each  w i nd turbine   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N :   20 88 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  5 ,  Oct ob e r 2 020  :   45 07   -   45 13   4512       Figure  6.  Ba tt ery siz e in  strin gs   require d for  each  wind tu r bi ne       6.   CONCL US I O N   In   t his  pa per,  the  possibil it y  of   util iz ing   w ind   e nergy  as  an  al te rn at ive  so urce  to  m eet   the  ene rg y   dem and   of  a  vi ll age  in  the  Y anbu  re gion  of  Saudi  Ar a bia  was  e xp l or e d.   Si m ulati on s  w ere  car ried   out   us in g  HO MER   software .  Te n  ty pe s   wind  t urbin es  with  a   li feti m e  of   25  ye ar s  we re  e valuat ed  f or  instal la ti on   i n  Yanb u.   T hese w in d  tu rb i nes  wer e  c hosen  a m on g  the  c omm on ly   avail able  ty pes  of  w in d  tu rb i nes  de pl oyed  for   pro j ect s  acr os s  the  globe.   I n  this   pa per,  the  LCO E  value  was  us e d  as  the  m ai n  pa ram et er  to  choos e     the  op ti m al   wi nd   tu r bin e.  T he   resu lt s  sho w  that  Ener c on  E - 12 6  EP4   is  th e  op ti m al  wind  turb i ne  f or   th e  area   with  the  lo wes t  LCOE  (i.e.  0.0 885  $/kWh ),  wh il e  the  hi ghest   LCOE   a ppears  t o  be  with  the  W E S  30  wi nd  tur bin e  (i.e.  0.142  $/kWh ) .  I n  f ut ur e  stu dies,  ad diti onal   s el ect ion   crit eri a  su c h  as   spa c e  re qu ire d  f or   a  wi nd   tur bin e a nd c ost  o f  the la nd m ay  b e c onsider ed.         ACKN OWLE DGE MENTS     Au t hors  gr at e fu ll y  ack nowl edg e  t he  sup po rt  of  Roya l  Co m m iss ion  of   J ub ai l  a nd   Ya nbu,   Ma nag em ent  of   Jubai l  I ndust rial   Coll ege,   Ma nag em ent  of   Jubai l  U nive rsity   Coll ege   for  th ei r  s upport  i n  carryin g ou t t hi s w or k.       REFERE NCE S   [1]   “ W ind  In  Num b ers, ”   Globa l  Wi nd  Ene rgy   Cou nci l ,   [Onlin e] .   Avail ab le :   htt ps: // gwec . net/glob a l - figure s/wind - in - num ber s/.    [2]   “ The   LCOE  of   o nshore  wind  en e rg y   in  Chin a  h as  fal l en  b y   over   4 0%  in  th e  p ast  d ec ad e, ”   R EV E   N ews  of  th e  wind   s ec tor  in   Spain   and  in   the  w orld ,   2019.   [O nli ne] .   Avai l ab l e:   ht tps:/ /www . evwind. es/2019 / 10/20/ the - lc o e - of - onshore - wind - en erg y - in - ch ina - h a s - fal le n - by - ov er - 40 - in - the - p ast - d ec ad e/ 71416 .   [3]   K y re e  L e ar y ,   “ Rene wabl e  ene r g y   will   b e  chea per   tha n  foss il   f uel s  b y   2020 , ”   Busine ss   Insider ,   2018.   [Online ] .   Avail ab le :   htt ps: // ww w.busine ss inside r. com/re ne wable - en erg y - wi ll - be - che ap er - th a n - foss il - fue ls - by - 2020 - 2018 - 1 .     [4]   I.   En erg y   Ag ency ,   “ Technol og y   Roadmap:  W ind   Ene rg y , ”   2013  e dit ion ,   2035 .   [5]   “ Nati onal   ren ewa ble   en erg y   pro gra m   eProc ure m ent   porta l, ”   R ene wabl e  Ene rg y  Proje c t  D ev e l opment  Program .  [Online ] .   Avai lable: ht tps: // ww w.powersau diarab ia . com.sa/ web/ in dex. html.   [6]   S.   M.  Shaahi d ,   L.   M.  Al - Hadhr ami  and  M.  K.  Rahman,   “ Potent ia l  of   esta b li sh m ent   of  wind  far m s  in  W este rn  provinc e   of  Sau di  Arabi a, ”   Ene r gy  P roc edi a ,   vol .   52 ,   pp .   497 - 50 5,   2014 .   [7]   H.  Z.   Al  Garni ,   A.  Kass em,  A.  Aw asthi ,   D.  Kom lj enovi c  and  K.  Al - Hadda d,   “ A  m ult ic riteri a   dec ision  m aki n g   appr oac h  for  e val ua ti ng  ren ew abl e  power  ge ner ation  sou rces   in  Saudi  Ar abi a , ”   Sustain  Ene rgy  Technol .  Assess ments,   vol .   16 ,   pp .   137 - 15 0,   2016 .   [8]   R.   Kum ar,   K.  Raa hemifa r  and  A.  S.  Fung,  “ A  cri ti c al   rev i ew  of  ver tical   axi s  wind  turbi nes  for  urba n  appl i cations , ”   Re newab le   and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews,   vol .   89 ,   pp .   281 - 29 1,   2018 .   [9]   J.  Kabouri s  and   F.  D.   Kane ll os,   “ Im pac ts  of  l ar ge  s cale   wind  p ene tr at ion   on  en erg y   suppl y   ind ustr y , ”   Ene rgi es,     vol.   2 ,   no .   4 ,   pp .   1031 - 1041,   200 9.   [10]   S.  Rehman  and   N.  M.  Al - Abbad i,   “ W ind  power  cha ra cteri sti cs  o n  the  North  W es t  co ast  of  Saud i  Arabi a, ”   Ene rgy   Env iron. ,   vo l. 21 ,   no .   8 .   pp .   1257 - 1270,   2009 .   [11]   D.  W ei ss er  and  R.   S.  Garc ia ,   “ I nstant an eous  wind  ene rg y   pen etrati on  in  isolate d  el e ct ri ci t y   g ri ds:  Conce pts  an d  rev ie w, ”   Re n ew. E nergy ,   vo l. 30, no. 8, pp. 1299 - 1308,   2005 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec   &  C om p  En g   IS S N:  20 88 - 8708       Assessme nt  of  off - shore  wi nd  turb i nes  fo r  applicati on in  Sa ud i  Arabia   ( Ar unac ha l am  Su ndaram )   4513   [12]   H.  Polinde r ,   F.   F.  A .   Van  D er  Pijl ,   G .   J.  D e  V il der   and  P.   J.  Ta vner ,   “ Com par ison  o f  d ire c t - drive   and  ge ared   gene ra tor conc e pts f or  wind   turb ine s, ”   IE EE   Tr a ns.  Ene rgy   Co nv ers.,   vo l. 21, no.  3,   pp .   725 - 733 ,   2006.   [13]   A.  Al - Dous ari   et   al . ,   “ Solar  a nd  wind  ene rg y:  Chal l enge s  an d  soluti ons  in  dese rt  reg ions , ”   Ene rgy,   vol .   17 6,     pp.   184 - 194 ,   20 19 .   [14]   N.  Subram ani am,   M.  Al - Sudair awi,   A.  Al - Dous ari   and  N.  Al - Dous ari ,   “ Probabil ity   d istri but ion  and  ext reme  value   ana l y sis  of  tot a l  sus pende d  par ti culat e  m at t er  in  Kuw ai t, ”   Ar abian  Journal  of  Geosci en ce s ,   vol.   8 ,   no.   12 ,     pp.   11329 - 1134 4,   2015 .   [15]   Z.   Šim ić  e t  al . ,   “ Sm al l  wind  turb i ne  power   cur ve   compari son, ”   IE EE   AF RICON   Conf . ,   2009,   vol .   5 2,   pp .   16 ,   2009 .   [16]   S.  Mekhil ef  and   D.  Chandra sega ran ,   “ As sessment  of  off - shore  wind  far m s  in  Malay s ia, ”   TEN CON  2011 - 2011   IEE E   Re g ion  10   Confe renc e ,   pp.   1351 - 1355,   201 1.   [17]   M.  K.  A bd,   “ Econom ic   via bilit y  and  profit ab il i t y   assess m ent s  of  W ECS, ”   Inte r n ati onal  Journal  of  El e ct ri cal   an d   Computer  Engi n ee ring   ( IJE C E) ,   vol.   10 ,   no .   2 ,   pp .   1220 - 1228 ,   20 20.   [18]   S .   G o y a l ,   S .   M i s h r a   a n d   A .   B h a t i a ,   “ A   c o m p a r a t i v e   a p p r o a c h   b e t w e e n   d i f f e r e n t   o p t i m i z e   r e s u l t   i n   h y b r i d   e n e r g y   s y s t e m   u s i n g   H O M E R , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 4 1 - 1 4 7 ,   2 0 1 9 .   [19]   K.  E.   Ok edu  an d  R.   Uhunm wangho,   “ Optimiza t i on  of  ren ewa b le  ene rg y   eff i ci en c y   using  HO MER, ”   Int ernati ona l   Journal  of   R enewable Ene rgy   R ese arch ,   vol. 4,  no.   2 ,   pp .   421 - 4 27,   2014 .   [20]   D.  E.   B aba tund e ,   O.  M.  B aba tun de,   M.  U .   Emez iri nwune,   I .   H.   Denwigwe,   T .   E .   Okhare d ia   and   O.  J.  Om odar a,  “ Feasibi li t y   an aly sis  of  an  off - grid  photovol taic - bat t er y   ene rg y   sy stem  for  a  f ar m   fac il ity , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,  vol .   10,   no .   3 ,   pp .   28 74 - 2883,   2020 .   [21]   I.   Sofim ie ari ,   M .   W .   Bin  Mus ta fa  and  F.  Obite ,   “ Modell ing  and  ana l y s is  of  a  P V/wind/di ese l  h y brid  stand al one   Microgr id  for   ru ral   el e ct rif icati o n  in  Niger ia, ”   B u l l e t i n   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   I n f o r m a t i c s   ( B E E I ) ,  vol.  8,   no.   4,     pp.   1468 - 1477 ,   2019.   [22]   H.  M.  Alm ukhta r,   et   a l. ,  “ Feasib il ity   stud y   of  achie ving  r el i abl e  el e ct ri ci t y   suppl y   using  h y brid  p ower  s y stem  fo r   rura l  primar y   sc hools   in  Ira q:  A  ca se  stud y   with  Umm   Qasr  prim ar y   school, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   v ol.   9 ,   no .   4 ,   pp .   2 822 - 2830,   2019 .   [23]   O.  M.  Ans sari,   E.   A.  Alkal d y ,   N.  Alm udhaf far ,   A.  N.  AlTa ee,  and  N.  S.  Ali,   “ A  fea sibil i t y   stu d y   of  elec tr ical   ene rg y   g ene r at i on  from   m unic ipa l  solid  waste   in  Ira q:  Naja f  c ase   stud y , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   v ol.   10 ,   no .   4 ,   pp .   3403 – 3411,   202 0.   [24]   B.   Hoxha,   R.   Seli m aj   and  S.  Osmanaj ,   “ An  expe rimental  stud y   of   W ei bull   and  Ra y le igh  distr ib uti on  func ti ons  of   wind   spee ds  in  Kos ovo, ”   T E L K O M N I K A   ( T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   C o m p u t i n g ,   E l e c t r o n i c s   a n d   C o n t r o l ) ,   vol.   16 ,   no .   5 ,     pp.   2451 - 2457 ,   2018.   [25]   J.  E.   Ying  Ying  Koa y ,   Jian  Ding  T an,   Siaw  Paw  Koh,  Kok  Hen  Chong  and    Sie h  Kiong  Ti ong,   “ Optimiza ti on  of  wind  ene rg y   co nver sion  s y stem s  –   an  art ifi c ia l  int ellige n t  appr o ac h, ”   Inte rnat io nal  Journal  of  Powe r  El e ct roni cs  and  Dr iv e  S ystem s ( IJP EDS) ,   vol.   11 ,   no .   2 ,   pp .   1 047 - 1054,   2020 .   [26]   B.   I.   Yass ine   a nd  A.   Boum edi ene ,   “ Rene wab l e  ene rgi es  eva l uat ion  and  l inking  to  sm art   grid, ”   Int ernati ona l  Journal  of   Power   El e ct ronics   an d  Dr iv e  S yste ms   ( IJP EDS) ,   vol.   1 1,   no .   1 ,   pp .   107 - 118,   2020 .   [27]   S.  Barhmi  and  O.  El   Fatni,  “ Hourl y   wind  spe ed   fore ca st ing  bas ed  on  support  vec tor  m ac h ine   a n d  art ifici al   neur al   net works , ”   Inte r nati onal Journal   of Artifici a l  In telli gen ce ,   vo l. 8,  no.   3 ,   pp .   286 - 2 91,   2019 .   [28]   Y.  Am el la s,  O.  El   Bakkali,   A.  Djebi l   and  A.  E chc he lh,   “ Short - te rm   wind  spee d  pre dic t ion  base d  on  MLP  and   NA RX  net work  m odel s, ”   Indone sian  Jou rnal  of  El e ct rica l  Eng in ee ring  and  Com pute r  Scienc e   ( IJE ECS) ,   vol .   18 ,   no.   1 ,   pp .   150 - 1 57,   2019 .   [29]   A.  A.   Mal ik,  S.  M.Maha rum ,   M.   Z.   W .   Mohd.  T ohid,   M.   K.Ra h m at   and  I .   H.Ha m za h,   “ Stat ist ical  an aly sis  using   ta guch i  m et hod  for  wind  turbi n e   in  duc ti ng  s y s tem , ”   Indone sian  Journal  of  El e ctr ic al  Eng ineering  and  Computer   Sci en ce   ( IJE ECS ) ,   vol.   15 ,   no .   1 ,   p p .   27 ,   2019 .   [30]   M.  Jim éne z - Gom ez   and  N.  Ace vedo - Prins,  “ Eva luation  of  wind  par k  ta x  inc en tives  in  Colom bia   b y   m ea ns  of  rea l   opti ons, ”   Indone sian J ournal  o f El e ct rica l   Eng in ee ring a nd   Computer  Sc ie nc e ( IJE ECS) ,  vol .   19 ,   no.   1 ,   2020 .   [31]   A.  Bada wi  et   al . ,   “ Eva lua ti on  of w ind  power  for  el e ct ri ca l ene rg y  gene ration  in  th e  m edi te rra nea n  coa st of   Pale stin e   for  14  y ea rs, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   vol.   9 ,   no .   4 ,   pp.   2212 - 2219 ,   2019.   [32]   A.  S.  A.  Bad awi ,   N.  F.  Hasbull a h,   S.  Yus off,   A.  Hashim   and  M.  El amass ie ,   “ Prac ti c al   e lectr i ca l   e ner g y   produc t io n  to  solve  th e  shor ta ge in  e le c tricity   in   palestin e  an d  pa y   ba ck  per io d, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   vo l. 9, no. 6 ,   pp .   4610 - 4616 ,   2019.   [33]   H.  Moria ,   “ Tec hno - ec onom ic   f ea sibil ity   of  a  h y brid   solar   phot ovolt aic  wind   sy stem  for   Yanb u  ,   Saudi  Arab i a, ”     T h e   2 0 1 7   w o r l d   c o n g r e s s   o n   a d v a n c e d   i n   s t r u c t u r a l   e n g i n e e r i n g   a n d   m e c h a n i c s ,   pp.   1 20 - 128,   2017 .   [34]   HO MER  Pro  “ Microgr id  Software   for  Design ing  Optimize d   Hy br id  Microg rids, ”   HO MER   Ene rgy .  [Onlin e ] .   Avail ab le :   htt ps: // ww w.hom ere ner g y . com/produ c ts/pro/ inde x . htm l.   [35]   M.  J.  Khan  an d  M.  T.   Iqb al,  “ Pre - fea sibil i t y   stud y   of  st and - al one  h y br id  en erg y   s y st ems   for  appl i ca t ions  i n   Newfoundla nd, ”   R e n e w a b l e   e n e r g y ,   vol .   30 ,   no .   6 ,   pp .   835 - 854 ,   2 005.   [36]   “ W ind  turbi ne  pri ce  in dex  Unit ed   States  20 19, ”   S tat ista ,   2019 .   [Online ] .   Ava il a ble :   htt ps:// ww w.sta t ista . com/stat ist ics /49949 1/us - wind - turbi ne - pr ic e - i ndex/ .   [37]   “ W ind  Ene rg y , ”   Re new able   R e sour ce   At las ,   [ Online ] .   Avail a ble:   htt ps:// rr at l as. en erg y . gov. s a/ RR MM Public Portal/ ? q= en/ W ind.   [38]   S.  Rehman ,   M.  Mahbub  Alam,  J.  P.  Me y er  a nd  L.   M.  Al - Hadhr ami,   “ Feasibi lit y  stud y   of  a  wind - pv - die sel  h y br i d  power  s y st em fo r  a  v il l age, ”   R e n e w a b l e   e n e r g y ,   v ol.   38 ,   no .   1 ,   pp .   258 - 268,   2012 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.