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.   7 ,   No .   4 A u g u s t   201 7 ,   p p .   1 7 9 7 ~ 1 8 1 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 4 . p p 1 7 9 7 - 1814          1797       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   O pti m a Si z ing   a nd Eco no m i c al   A na ly sis  of P V - Wi nd H y bri Po w er Sys te m  f o r  Water I rrig a tion  u sing  Genetic  Al g o rith m       Ninet   M o ha m ed  A h m e d,  H a na a   M o ha m e d F a rg ha lly ,   F a t en  H o s ney   F a h m y     De p a rtme n o f   P h o t o v o lt a ic   c e ll s ,   El e c tro n ics   Re se a rc h   In stit u te,  G iza ,   Eg yp t       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   9 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   2 3 ,   2 0 1 7       In   th e   p re se n stu d y   th re e   re n e w a b le p o w e sy ste m a re   p ro p o se d   to   se lec th e   m o st  o p ti m u m   o n e   f o p o w e rin g   a n   irri g a ti o n   p u m p in g   sy ste m   a n d   a   f a rm e r’s  h o u se   in   tw o   d if f e re n lo c a ti o n in   S in a i ,   Eg y p t.   A b u - Ru d ies   in   so u th   S in a a n d   El - A rish   in   n o rth   S in a a re   th e   tw o   se lec ted   lo c a ti o n s .   T h e   th re e   su g g e ste d   p o w e sy ste m a re sta n d a lo n e   p h o to v o lt a ic  (P V sy ste m ,   sta n d a lo n e   w in d   sy ste m   a n d   sta n d a lo n e   PV - w in d   h y b rid   sy ste m .   HO G A   (Hy b rid   Op ti m iza ti o n   b y   G e n e ti c   A lg o rit h m s)  sim u latio n   so f tw a re   to o b a se d   o n   g e n e ti c   a lg o rit h m   (G A is  u se d   f o siz in g ,   o p ti m iza ti o n   a n d   e c o n o m ica e v a lu a ti o n   o f   th re e   su g g e ste d   re n e w a b le  p o w e sy ste m s.  Op ti m iza ti o n   o f   th e   p o w e r   sy ste m   is  b a se d   o n   th e   c o m p o n e n ts  siz in g   a n d   th e   o p e ra ti o n a stra teg y .     T h e   c a lcu late d   m a x im u m   a m o u n o f   w a ter  re q u ired   f o irri g a ti n g   ten   a c re o f   o li v e   p e d a y   is  1 7 0   m 3 .   In   term o f   c o st  e f f e c ti v e n e ss ,   th e   o p ti m a c o n f ig u ra ti o n a re   th e   h y b rid   P V - w in d   sy ste m   a n d   th e   sta n d a lo n e   P V   sy ste m   f o A b u - Ru d ies   a n d   El - A rish   lo c a ti o n re sp e c ti v e ly .   T h e se   sy ste m a re   th e   m o st  su it a b le  th a n   th e   o th e rs  f o th e   se lec ted   sites   m e tro lo g ica d a ta  a n d   th e   su g g e ste d   e lec tri c a lo a d     K ey w o r d :   Gen etic  al g o r ith m   HOG A   I r r ig atio n   NP C   P h o to v o ltaic   R ain w ater   W in d   Co p y rig h ©   2 0 1 7   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 :   N i net   Moh am ed Ah m ed   D epa r t m ent  of  Pho t ov ol t ai c ,   Ele c t r on i c s Res ea r ch I nst i t ut e,   El - B ohous St ., Pr ev i ousl y   El - T ahr i r  S t - D o k k i , G i z a,  Egy pt .   Em ai l :   ni net @ e r i . sc i .eg , ni net 321@ y ahoo.c om       1.   I NT RO D UCT I O N   No w ad a y s ,   w ater   r eso u r ce s   o f   th w o r ld   h a v b ee n   li m i te d   d u to   g lo b al  cli m atic  c h an g es.  W ater   s h o r tag i s   t h m ain   c h ar ac te r is tic  o f   a g r icu l tu r o n   th M ed iter r an ea n   s o u th er n   co ast,  w h ic h   in d u ce s   p la n t   w ater   d e f icit s   d u r i n g   t h d r y   s p r in g - s u m m er   p er io d .   I n   a d d itio n ,   it  i s   t h m aj o r   co n s t r ain to   e x p an d   t h e   ag r icu l tu r al  ar ea   w h ich   is   ess en tial  to   n ar r o w   t h co u n tr y s   f o o d   g ap   [ 1 ].   A cc o r d in g l y ,   s ee k in g   an d   e x p lo it   alter n ati v e   av ailab le   w ater   s o u r ce s   h a v b ec o m n ec ess ar y .    R ain w ater   i s   o n o f   t h av ai lab le  w ater   s o u r ce s   th at  ca n   b ex p lo ited   f o r   ir r i g atio n   [ 2 ] .   On o f   th p r o p o s ed   s o lu tio n s   is   h ar v esti n g   an d   s to r in g   r ai n w ater   d u r in g   r ain y   s ea s o n   b y   co n s tr u cti n g   a n y   o f   th p r o p er   r eser v o ir   s tr u c tu r es.  T h s to r ed   r ain   w ater   ca n   b u s ed   as  g r ea alter n ativ to   tr ea ted   d r in k in g   w ater   f o r   ir r ig atio n   [ 3 ] .   B ec au s r ain f all  is   s ca r ce   in   ar id   r eg io n s ,   it  is   b est  to   s elec p lan ts   w it h   lo w   w ater   r eq u ir e m en t s   an d   co n tr o p lan tin g   d en s itie s   to   r ed u ce   o v er all  w ater   n ee d .   Nativ p la n ts   ar w ell - ad ap ted   to   s ea s o n al,   s h o r t - li v ed   w at er   s u p p lies .   Ol iv is   w id el y   c u lti v ated   i n   s e m iar id   ar ea s   w it h   Me d iter r an ea n   cli m ate,   w h er lo n g   p er io d s   o f   s o il  w ater   d ef icit  ar u s u a ll y   p r esen d u r i n g   t h d r y   s ea s o n   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Oliv tr ee   h a s   b ee n   tr ad itio n all y   g r o w n   u n d e r   r ain - f ed   co n d itio n s   a n d   is   co n s id er ed   o n o f   th e   b est  ad ap ted   s p ec ies  to   th s e m iar id   en v ir o n m e n t.  Ho w e v er ,   u n d er   t h is   co n d itio n   i u s u a ll y   s h o w s   d ec r ea s e   in   p h o to s y n t h esi s   th a r ed u ce s   r o o g r o w t h .   T h in tr o d u cti o n   o f   ir r ig atio n   i n   o liv g r o v es  ca n   b attain i n g   co n s id er ab le  in cr ea s es  i n   o li v p r o d u ctio n .   I r r ig atio n ,   ev en   at  r ates  w h ic h   ar r elativ el y   s m al co m p ar ed   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 7 9 7     1 8 1 4   1798   th o s u s ed   f o r   o th er   cr o p s ,   ca n   r aise  o liv p r o d u ctio n ,   in   s o m ca s es  b y   f ac to r   o f   s ix   co m p ar ed   to   th d r y - lan d   o u tp u [ 6 ] .   Oliv p r o d u ctio n   p la y s   a n   i m p o r tan r o le  in   th ec o n o m y   o f   m a n y   Me d i ter r an ea n   co u n tr ies   an d   it  is   co n s id er ed   o n o f   th i m p o r tan cr o p s   in   E g y p t.   T h E g y p t i an   g o v er n m e n t   s u p p o r ts   th e   cu lti v atio n   of   Sin a i   o liv to   in cr ea s p r o d u ctio n   a n d   atten tio n   to   its   q u alit y   esp ec iall y   a f ter   th g lo b al  s tan d in g   o cc u p ied   b y   S in ai  o li v w o r ld w id e.   T h er ef o r e,   t w o   d if f er en lo ca tio n s   in   Si n ai  w it h   d if f er en m eteo r o lo g ical  co n d itio n s   ar s elec ted   f o r   cu l tiv a tio n   te n   ac r es   o f   o liv e   th a ir r i g ated   b y   h ar v e s r ai n w ater .   O liv e s   h a v m a n y   p r o v en   h ea lt h   b en e f its it  is   u s ed   f o r   g o o d   n u tr itio n al  ( as  f r es h   p ick l i n g   a n d   f o r   o il  p r o d u ctio n )   an d   m ed ical  p u r p o s es.   T h h ea lth   b en e f i ts   o f   o li v o i in cl u d tr ea t m e n f o r   ca n ce r s   o f   t h co lo n ,   b r ea s an d   s to m ac h .   I n   ad d itio n   to   its   b en e f it s   f o r   tr ea t m en d iab etes,  h ea r p r o b le m s ,   ar t h r itis   p ai n ,   h ig h   c h o lest er o l ,   m etab o lis m   an d     d ig esti o n   [ 7 ] .     T h w id el y   u t ilizatio n   o f   w a te r   p u m p i n g   s y s te m s   f o r   ir r ig ati o n   ap p licatio n s   w i th   atte n tio n   o f   s ca r cit y   o f   f o s s il  r eso u r ce s   u s ed   in   tr ad itio n al  w a ter   p u m p i n g   s y s t e m s ,   p r ices   r is an d   u n d esir ab le  en v ir o n m e n tal  i m p ac ts ,   it  s ee m s   e s s e n tial   to   r ep lace   th e m   w it h   n e w   e n er g y   s o u r ce s .   R en e w ab le   en er g ies  e x p lo it  e n er g y   s o u r ce s   o f   n at u r al  o r ig in   ( s u n ,   w i n d ,   w ater . . . ) .   T h ey   r ep r es en e n er g ie s   o f   f u t u r in   t h m ea s u r w h er th e y   ar in ex h a u s tib le  a n d   p r eser v th en v ir o n m e n [ 8 ] .   W in d   an d   s o lar   s y s te m s   i n   f o r m   o f   h y b r id   s y s te m s   ca n   o p er ate  as  in d ep en d en p o w er   p r o v id er ,   w h ic h   ca n   s u p p l y   lo ad s   w ith o u co n n ec ti n g   to   th e   n et w o r k   a n d   is la n d   m o d e   [ 9 ] .   S m all   s ca le   r en e w a b le  p o w er   s y s te m   ca n   m a k a   s ig n i f ica n co n tr ib u tio n   f o r   p u m p in g   o p er atio n   in   ag r icu l tu r [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T h is   p a p er   p r esen ts   a n   ec o n o m ic   o p tim izatio n   m et h o d o lo g y   u s i n g   Gen etic  Alg o r it h m s   ( GA )   f o r   s ta n d alo n P s y s te m ,   s tan d alo n w i n d   s y s te m   an d   s ta n d alo n P V - w i n d   h y b r id   s y s te m   f o r   p o w er in g   a n   ir r ig ati n g   p u m p i n g   s y s te m   a n d   f ar m er s   h o u s e.   A b u - R u d ies  a n d   E l - A r i s h   r eg io n s   i n   S in ai,   E g y p t   ar th t w o   s ite s   u n d er   co n s id er atio n .   T h o p tim i za tio n   h as  b ee n   ca r r ied   o u u s i n g   HOG A ,   th e   p o w er f u s o f t w ar to o w h ic h   s u cc ess f u ll y   d eter m i n ed   t h b est  tec h n ica a n d   ec o n o m ic  s y s te m   to   ad o p f o r   th s ite  [ 1 2 ] .   A n   ir r ig atio n   p u m p   o f   1 . 5   k W   an d     d is ch a r g r ate  o f   3 4   m 3 / h   is   u s ed   f o r   ir r ig ati n g   te n   ac r es  o f   o liv in   A b u - R u d ies  a n d   E l - A r i s h     r eg io n s   to   i n cr ea s t h eir   p r o d u ctiv it y   a n d   h e n ce   to   co n tr ib u te  o n   t h e   ec o n o m ic  d ev elo p m e n t.       2.   SYST E M   CO M P O NE NT     Fo r   th o p ti m izatio n   a n d   ec o n o m ical  e v al u atio n   o f   r e n e w ab le  p o w er   s y s te m s ,   it  i s   r eq u ir ed   to   p r o v id th av ailab ilit y   o f   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   o v er   p er io d   o f   o n y ea r .   T h d et ails   o f   th s elec ted   co m p o n e n t s   s u c h   as  tech n ical   an d   ec o n o m ical  d ata  m u s b en ter ed .   T h co s o f   ea c h   c o m p o n en in cl u d es   ca p ital  co s t,  r ep lace m e n co s t,   o p er atio n   an d   m ain ten a n ce   c o s t.  A ls o ,   t h d etailed   d ata  o f   th elec tr ical  lo ad   s h o u ld   b id en tif ied .   T h b lo c k   d iag r a m   o f   t h s u g g ested   PV - w i n d   h y b r id   s y s te m   w h ich   is   co n s id er ed   in   th i s   p ap er   is   s h o w n   in   Fi g u r 1 .   I co n s is ts   o f   s o lar   P ar r a y ,   w i n d   t u r b in es,  b atter y   b a n k   an d   in v er ter .    T h co s t s   an d   s p ec if icatio n s   o f   d if f er en s y s te m   co m p o n e n ts   ar s h o w n   in   T ab le  1 ,   T ab le   2 ,   T ab le  3   an d   T a b le  4   r esp ec tiv el y .             Fig u r e   1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h s u g g e s ted   PV - w i n d   h y b r id   s y s te m         T ab le   1 .   P m o d u le s   co s ts   a n d   s p ec if icatio n s   Ty p e   N o mi n a l   v o l t a g e   ( V )   S h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   (A)   N o mi n a l   p o w e r   ( W p )   A c q u i s i t i o n   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 n d   mai n t e n a n c e   c o st   p e r   y e a r   ( $ / y e a r )   L i f e   sp a n   ( y e a r s)   P a n e l   1   P a n e l   2   P a n e l   3   12   12   12   3 . 1 7   4 . 1 8   7 . 5 4   50   80   1 2 5   3 8 7   5 6 4   8 9 2   N u l l   N u l l   N u l l   40   40   40   25   25   25       P A r r a y   W in d   T u r b in e s     C h ar g R eg u lator     B atter y   B an k     I n v er ter     AC   L o ad   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Op tima l S iz in g   a n d   E co n o mica l A n a lysi s   o f P V - W in d   Hyb r id   P o w er S ystem  fo r   …. ( N in et  Mo h a med   A h med )   1799   T ab le  2 .   W in d   tu r b in es c o s ts   a n d   s p ec if icat io n s   Ty p e   N o mi n a l   p o w e r   ( W p )   A c q u i s i t i o n   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 n d   ma i n t e n a n c e   c o st   p e r   y e a r   ( $ / y e a r )   L i f e   sp a n   ( y e a r s)   W T 1   W T 2   W T 3   2 7 5     6 4 0   3 5 0 0   2 2 7 3   3 0 1 3   7 5 0 0   N u l l   N u l l   N u l l   50   50   50   25   25   25       T ab le  3 .   B atter ies co s ts   an d   s p ec if icatio n s   Ty p e   N o mi n a l   c a p a c i t y ( A h )   V o l t a g e   ( V )   A c q u i s i t i o n   c o st ( $ )   R e p l a c e me n t   c o st ( $ )   M a i n t e n a n c e   c o s t   p e r   y e a r   ( $ / y e a r )   L i f e   sp a n   ( y e a r s)   B a t t e r y   1   B a t t e r y   2   B a t t e r y   3   B a t t e r y   4   43   96   2 0 0   4 6 2   12   12   12   12   1 5 5   2 5 8   5 5 5   1 0 1 7   1 5 5   2 5 8   5 5 5   1 0 1 7   40   40   40   40   10   10   10   10       T ab le  4 .   I n v er ter s   co s ts   an d   s p ec if icatio n s   Ty p e   N o mi n a l   p o w e r   ( k V A )   A c q u i s i t i o n   c o st ( $ )   R e p l a c e me n t   c o st ( $ )   M a i n t e n a n c e   c o s t   p e r   y e a r   ( $ / y e a r )   Ef f i c i e n c y   ( %)   L i f e sp a n   I n v e r t e r   1   I n v e r t e r   2   I n v e r t e r   3   I n v e r t e r   4   2 . 2   3 . 3   4 . 5   5 . 5   2 3 0 0   3 2 0 0   4 3 0 0   5 2 0 0   2 3 0 0   3 2 0 0   4 3 0 0   5 2 0 0   40   40   40   40   85   85   85   85   10   10   10   10         3.   RE SO UR C ES   D AT A   T h f ir s t   s tep   f o r   d eter m in i n g   th e   o p ti m al   co n f i g u r atio n   o f   th s u g g ested   r e n e w ab le  p o wer   s y s te m s   is   s t u d y i n g   t h av ai lab ilit y   o f   s o lar   an d   w in d   e n er g y   s o u r ce s   at  p ar ticu lar   lo ca tio n .   T h a n n u al  d ata  o f   w i n d   s p ee d   an d   s o lar   r ad iatio n   f o r   A b u - R u d ies an d   E l - A r is h   lo ca tio n s   ar p r esen ted   in   t h f o llo w i n g   s ec tio n s .         3 . 1 .   Abu - Ru dies   L o ca t io n   A b u   - R ad i u s   r eg io n   w as  ex p o s ed   ev er y   y ea r   to   h ea v y   r ai n   an d   to r r en ts   lead in g   to   h ea v y   f in a n cial   lo s s es  an d   h u m a n   d a m a g es.  T h is   w ater   is   f lo w i n g   a n d   s to r ed   in   lak e,   it  is   esti m ated   to   r an g i n g   f r o m   8   to   1 2   m illi o n   cu b ic  m eter s   w h ich   ca n   b u ti lized   f o r   th p u r p o s es  o f   a g r icu l tu r e.   T h is   w at er   ca n   b u s ed   f o r   ir r ig atin g   f ar m   o f   ten   ac r es  o f   o liv e.   A b u - R u d ies  is   lo ca ted   in   th s o u th   o f   t h Si n ai  at  2 8 o   53 '   latitu d an d   3 3 °  1 1 '   E   lo n g it u d w it h   a n n u al  a v er ag w in d   s p ee d   o f   4 . 5   m /s   an d   a n n u al   av er a g s o l ar   r ad iatio n   o f   6 . 6 2   KW h / m ² /d a y .   T h y ea r l y   w i n d   s p ee d   an d   y ea r l y   s o lar   r ad iatio n   o f   A b u - R u d ies  r eg io n   ar s h o w n   i n   Fi g u r 2   an d   Fig u r 3   r esp ec tiv el y   [ 1 3 ] .             Fig u r 2 .   A b u - R u d ie s   y ea r l y   w i n d   s p ee d   v ar iatio n     Fig u r 3 .   A b u - R u d ie s   y ea r l y   s o lar   r ad iatio n   v ar iatio n       3 . 2 .   El - Aris h   L o ca t io n     El - A r is h   is   lo ca ted   in   th n o r th   o f   th Si n ai.   El - A r is h   i s   o n o f   th m ai n   w ater   s to r ag ar ea s esp ec iall y   th i s   p lace   i s   c h ar ac ter ized   b y   v er y   p r o lif ic  r ai n .   I n   ad d itio n ,   it  h as   r ain w a ter   h ar v esti n g   p r o j ec ts ,   w h ic h   is   t h co llecti n g   o f   f alli n g   w ater   f r o m   o v er   th m o u n t ain s   a n d   s to r ed   in   d a m s   a n d   r eser v o ir s   s u c h   a s   E l - J a n F e b M a r A p r M a y J u n J u l A u g S e p O c t N o v D e c 0 5 10 15 20 W i n d   S p e e d   ( m / s ) S c a l e d   d a t a B a s e l i n e   d a t a J a n F e b M a r A p r M a y J u n J u l A u g S e p O c t N o v D e c 0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 S o l a r   R a d i a t i o n   ( k W / m ² ) S c a l e d   d a t a B a s e l i n e   d a t a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 7 9 7     1 8 1 4   1800   A r i s h   d a m   an d   T er r v alley   Da m .   T ab le  5   in d icate s   th m ax i m u m   m o n t h l y   a m o u n o f   r ain f all  in   E l - A r is h   r ec o r d e d   b y   th m eteo r o lo g ica l statio n   i n   E l - A r is h   [ 1 4 ] .   T h latitu d an d   lo n g it u d o f   th is   s ite  is   3 1 o   1 6 '   a n d   3 3 4 5 '   E   r esp ec tiv el y .   T h m e te o r o lo g ical   co n d itio n s   d u r i n g   th y ea r ,   i. e. ,   th y ea r l y   w i n d   s p ee d   an d   s o lar   r ad iati o n   o f   th is   lo ca tio n   ar illu s tr ated   in   Fig u r 4   a n d   Fi g u r e5   r esp ec tiv el y .   T h an n u al  a v er ag e   s o l ar   r ad iatio n   an d   th e   an n u al  a v er ag w in d   s p ee d   o b tain ed   f r o m   th E g y p t ian   s o lar   r ad iatio n   atlas a r 5 . 7 8   K W h / m 2 /d a y   an d   2 . 1   m /s   r esp ec tiv el y   [ 1 3 ] .         T ab le  5 .   T h m a x i m u m   m o n t h l y   a m o u n t o f   r ain f all  i n   E l - A r i s h             Fig u r 4 .   El - A r is h   y ea r l y   w i n d   s p ee d   v ar iatio n     Fig u r e5 .   E l - A r is h   y ea r l y   s o lar   r ad iatio n   v ar iatio n       4.   E L E C T RIC AL   L O AD  E S T I M AT I O N   T h en er g y   r eq u ir ed   f o r   t h ir r ig atio n   p u m p   d ep en d s   o n   th n u m b er   o f   th ir r i g ated   ac r es,  th a m o u n o f   w ater   p er   ac r a n d   th to tal   h ea d .   T h er ef o r e,   th e   f ir s t   s tep   f o r   d esi g n i n g   w ater   i r r ig atin g   s y s te m   is   to   d eter m in t h d ail y   a m o u n t   o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   th ir r i g ati n g   p la n t.  T ab le  6   s h o w s   t h a m o u n o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig atin g   o n tr e o f   o liv p er   d ay   at  d if f er e n t   m o n t h s   an d   d if f er en g r o w th   ag es  i n   E g y p [ 1 5 ] .   Fo r   ir r ig atin g   ten   ac r es o f   o liv e,   w m u s t c alcu late  th n u m b er   o f   tr ee s   o f   ten   ac r es a s   f o llo w   a.   T h r eq u ir ed   ar ea   f o r   o n tr ee   g r o w t h   i s   4   m ×6   m   2 4   m 2   b.   Nu m b er   o f   tr ee s   p er   ac r e:  4 0 2 6 /2 4 1 6 7 . 7 5   tr ee   /acr e   c.   W ass u m ed   th n u m b er   o f   tr e es p er   ac r to   b ab o u t 1 7 0   tr e es   d.   Nu m b er   o f   tr ee s   f o r 1 0   ac r es =   1 7 0 * 1 0   1 7 0 0   tr ee s     E lectr ical  lo ad   es ti m atio n   is   b ased   o n   t h m a x i m u m   a m o u n t   o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig a tin g   1 0   ac r e s   o f   o liv e.   I is   o b s er v ed   th a t,  t h m a x i m u m   a m o u n o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig atio n   is   d u r i n g   t h s ix t h   y ea r   o f   g r o w t h .   A l s o ,   it  is   o b s er v ed   t h at  t h w ater   d e m a n d   is   th h ig h e s d u r i n g   A p r - Sep .   m o n th s ,   w h ile   it  i s   t h e   lo w es d u r in g   No v - Feb .   m o n th s   as  s h o w n   i n   T ab le  6 .   A cc o r d in g l y ,   t h a m o u n o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig atin g   1 0   ac r es   p er   d a y   at  d if f er e n m o n th s   i s   i n d icate d   i n   T ab le  7 .   T h p ea k   w a ter   r eq u ir e m e n t   is   s elec ted   f o r   esti m a tin g   t h s ize  o f   t h ir r ig atio n   p u m p   w h ic h   is   n ee d ed   f o r   lif tin g   t h is   a m o u n o f   w ater   to   h ei g h o f   1 0   m eter .     Du r in g   t h h ea v y   r ain y   m o n t h s   ( No v .   -   Feb . )   th d ail y   elec t r ical  lo ad   d ec r ea s es,  s in ce   th e   ir r ig atio n   p u m p   w i ll b o u t o f   o p er atio n   at  all.   A l s o ,   o liv ir r ig atio n   is   n ee d ed   o n l y   f o r   f e w   h o u r s   a   d ay ;   t h er ef o r e,   th is   p u m p   o p er ates  o n l y   f o r   f i v e   h o u r s   d ail y .   I n   th i s   s t u d y ,   t h d es ig n   o f   ir r ig atio n   s y s te m   is   b ased   o n   th f o llo w in g   as s u m p tio n s   an d   cr iter ia:  T o tal  i r r ig ated   ar ea   is   1 0   ac r es;  P ea k   w ater   r eq u ir em en is   1 7 0   m 3 /d a y ,   n u m b er   o f   ir r ig a tio n   h o u r s   i s   5   h o u r s /d a y   ( f r o m   6 :0 0   A t o   9 :0 0   A an d   f r o m   5 :0 0   P to 7 :0 0   P M) ,   p u m p   d is ch a r g r ate  is   3 4   m 3 / h o u r   f o r   p u m p i n g   th w ater   to   h e ad   o f   1 0   m eter B ased   o n   th es ass u m p tio n s ,   it  is   f o u n d   t h at  th e   ap p r o p r iate  p u m p   i s   I C -   I C H2 0 0 /6 B R s in g le - p h a s e   ce n tr i f u g al   p u m p   [ 1 6 ] .   T h e   s p ec if icatio n s   o f   t h i s   p u m p   a r e   g i v e n   i n   T a b l 8 .   Mo n th     J an .   Feb .   Ma r .   A p r .   Ma y .   J u n .   J u l.   Au g .   Sep .   Oct.   No v .   Dec .   Ma x .   a m o u n t o f   r ain ( m m )   9 . 8   1 0 . 1   4 . 6   2 . 7   6 . 4   0   0   0   0   6   6 . 6   1 8 . 5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Op tima l S iz in g   a n d   E co n o mica l A n a lysi s   o f P V - W in d   Hyb r id   P o w er S ystem  fo r   …. ( N in et  Mo h a med   A h med )   1801   T h elec tr ical  en er g y   co n s u m p tio n   o f   th ir r ig atio n   p u m p in g   s y s tem   is   7 . 5 k W h   p er   d ay .   T h to tal  elec tr ical  lo ad   co n s is ts   o f   an   ir r ig atio n   p u m p   an d   s o m elec tr ical  ap p lian ce s   f o r   th f ar m er s   h o u s s u ch   as  telev is io n ,   co m p ac f lu o r escen lam p s ,   ce ilin g   f an ,   r ef r ig er ato r   an d   w ash in g   m ac h in as  in d icate d   in   T ab le  9 .   Fig u r 6   illu s tr ates  th d aily   lo ad   p r o f ile  f o r   ty p ical  tw o   d ay s   o f   w in ter   an d   s u m m er   s ea s o n s .         T ab le  6 .   T h am o u n t o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig atin g   o n tr ee /d ay   o f   o liv at  d i f f er e n m o n t h s   a n d   d if f er e n g r o w t h   a g es i n   E g y p t     A g e s b y   y e a r s   Q u a n t i t y   o f   w a t e r   b y   l i t e r /   t r e e / d a y   Jan .   &   F e b .   M a r .   A p r . S e p .   O c t .   N o v .   &   D e c .   1   2   3   4   5   6   M o r e   t h a n   6   10   20   25   30   35   40   50   20   30   40   50   60   70   80   30   40   50   60   70   80   1 0 0   20   30   40   50   60   70   80   10   20   25   30   35   40   50       T ab le  7 .   T h am o u n t o f   w ater   r eq u ir ed   f o r   ir r ig atin g   1 0   ac r es p er   d ay     M o n t h   Jan .   -    F e b .   & N o v .   -   D e c .   M a r .   &   O c t .   A p r .   S e p .   Q u a n t i t y   o f   w a t e r   ( m 3 / d a y )   85   1 3 6   1 7 0       T ab le  8 .   I r r ig atio n   p u m p   s p ec if icatio n s   P u mp   M o d e l   P o w e r ( K W )   M a x .   h e a d ( m)   M a x .   d i sc h a r g e   ( m3 / h )   I C H 2 0 0 / 6 B R M   1 . 5   12   36         T ab le  9 . T h d aily   elec tr ical  lo ad   r eq u ir em e n t     L o a d   t y p e   N o .   o f   u n i t s   L o a d   p o w e r   ( W )   N o .   o f   o p e r a t i o n   h o u r s   TV   1   1 0 0   1 0   A M   - 1 2   A M     &   7   P M   - 1 0   P M   En e r g y   sav i n g   l a m p   5   10   7   P M   - 1 2   P M   O u t d o o r   l a mp   2   20   7   P M   -   6   A M   R e f r i g e r a t o r   1   6 0 0   2 4   h o u r   W a sh i n g   m a c h i n e   1   5 0 0   1 2   P M   -   3   P M   C e i l i n g   f a n   1   80   9   A M   -   6   P M   P u mp   1   1 5 0 0   6   A M   -   9 A M     &     5   P M   -   7   P M             Fig u r 6 .   Ho u r l y   elec tr ical  lo a d   p r o f ile  f o r   ty p ical  d a y   i n   win ter   an d   t y p ical  d a y   i n   s u m m er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 7 9 7     1 8 1 4   1802   5.   M AT H E M AT I CAL M O DE L I N G   O F   RE N E W AB L E   P O WE SY ST E M   CO M P O NE N T S     T h m ath e m at ical  m o d el s   o f   th p r o p o s ed   th r ee   r en e w a b le  p o w er   s y s te m   co m p o n en ts   w ill   b e   d escr ib ed   in   th f o llo w i n g   s ec t io n s .     5 . 1 .   P Arr a y   M o del    Ou tp u t e lectr ic  p o w er   f r o m   P m o d u le  is   g i v en   b y   th f o llo w i n g   E q u atio n   [ 1 1 ] :     r M M M I A P                   ( 1 )     W h er M   is   th p o w er   co n v e r s io n   ef f icie n c y   o f   t h P m o d u le,   A M   (m 2 )   is   t h s u r f ac a r ea   o f   P m o d u l e   an d   I ( W /m 2 )   i s   t h s o lar   ir r ad ian ce .   Fo r   P g e n er ato r ,   v o ltag an d   c u r r en t o f   P m o d u le  i s   u s u al l y   s ca led - u p   b y   co n n ec tin g   P m o d u les  i n   s er ies  an d   p ar allel  to   co n s tit u t th P ar r a y .   T h o u tp u p o w er   o f   th s o lar   P ar r ay   ca n   b r ep r esen ted   as f o l lo w   [ 1 7 ]     M p s a r r a y P N N P                 ( 2 )     W h er e,   N s , N p   an d   P M   ar th P m o d u le s   in   s er ies,  p ar allel  an d   th P m o d u le  p o w er   r esp ec tiv el y .     5 . 2 .   Wind   T urbi ne   M o del     P o w er   o u tp u t o f   t h w i n d   tu r b in g e n er ato r   at  s p ec if ic  s i te  d ep en d s   o n   w i n d   s p ee d   at  h u b   h eig h an d   s p ee d   ch ar ac ter is tics   o f   th tu r b in e.     T h p o w er   e x tr ac te d   f r o m   th w i n d   tu r b i n ca n   b ca lcu lated   u s in g   th f o llo w i n g   E q u atio n s   [ 1 8 ] :     3 2 1 w in d p w in d AV C p                 ( 3 )     W h er e,   ρ   is   th air   d en s it y   ( k g / m 3 ) ,   A   is   th r o to r   s w ep t a r ea   ( m 2 ) V w ind   is   t h w i n d   s p ee d   ( m /s )   a n d   C P   is   t h p o w er   co ef f ic ien t o f   th w i n d   tu r b in e.     5 . 3 .   B a t t er y   M o del     W h en   th er is   an   ex ce s s   o f   en er g y   p r o d u ce d   b y   th P g en er ato r   an d   th w in d   tu r b in e,   af ter   m ee tin g   th lo ad   d em an d   th is   en er g y   w ill  b u s ed   to   ch ar g th b atter y   b an k   an d   s to r it  f o r   f u tu r u s e .   E q u atio n   ( 4 )   r ep r esen ts   th to tal  p o w er   g en er ated   b y   th P ar r ay   an d   th w in d   tu r b in es  at  th tim t [ 1 9 ] .       ) ( ) ( ) ( t P t P t P W PV G               ( 4 )     Du r in g   th ch ar g in g   p r o ce s s ,   w h en   th to tal  o u tp u o f   all  g en er ato r s   ex ce ed s   th lo ad   d em an d ,   th av ailab le  b atter y   b an k   ca p ac ity   at  h o u r   t c an   b d escr ib ed   b y   [ 1 8 ] :     )) ( ) ( ( ) 1 ( ) ( t P t P t P t P L G BAT BAT             ( 5 )     W h en   th e   av ailab le  p o w er   g en er ated   f r o m   th e   P an d   w in d   g en er ato r s   is   less   th an   th lo ad   d em an d ,   th b atter y   d is ch ar g es,  an d   th er ef o r e,   th av ailab le  b atter y   b an k   ca p ac ity   at  tim t c an   b ex p r ess ed   as [ 1 8 ] :     )) ( ) ( ( ) 1 ( ) ( t P t P t P t P G L BAT BAT           ( 6 )     W h er P BA T   ( t)   is   b atter y   ca p ac ity   at  tim t,  P BA T   (t - 1 )   is   b atter y   ca p ac ity   at  an   ea r lier   tim ( t - 1 ) .       6.   E CO NO M I CAL M O DE L I N G     T h aim   o f   t h is   s tu d y   is   to   a ch iev a n   o p ti m all y   d e s ig n ed   s tan d alo n r e n e w ab le  p o w er   s y s te m   in   ter m s   o f   co s o f   en er g y   a n d   s y s te m   p o w er   r eliab ilit y .   T h b est  p o s s ib le  o r   o p tim u m   s y s t e m   co n f i g u r atio n   is   th o n th at   s ati s f ies  t h u s e r - s p ec if ied   co n s tr ai n t s   at  t h e   o b j ec tiv f u n ctio n .   I n   t h is   s tu d y   t h o b j ec tiv e   f u n ctio n   i s   t h m in i m izatio n   o f   to tal  Net   P r esen C o s ( NP C )   o f   r en e w ab le  p o w er   s y s te m   w h ic h   ca n   b e   r ep r esen ted   b y   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Op tima l S iz in g   a n d   E co n o mica l A n a lysi s   o f P V - W in d   Hyb r id   P o w er S ystem  fo r   …. ( N in et  Mo h a med   A h med )   1803   i i i m i i T CS CR O CM CI C & 1             ( 7 )     W h er C T   is   t h to tal  s y s te m   co s t,  m   is   t h n u m b er   o f   e n er g y   s o u r ce s   u s ed ,   C I i   is   t h in i tial  ca p ital  co s t,  C M& O is   m a in te n a n ce   a n d   o p er atio n   co s t,  C R is   r ep lace m en co s an d   C S is   t h s al v ag co s at  t h e n d   o f   th p r o j ec t.  I n   o r d er   to   ca lcu late  t h p r ese n v a lu o f   t h f u t u r ex p e n s f o r   s i n g l p ay m e n s u c h   as   r ep lace m e n t   co s a n d   s alv a g v alu e   t h at  o cc u r r in g   i n   a   s p ec if ic   y ea r   n   a g i v en   i n ter est  r a te  i,  t h f o llo w i n g   f o r m u la  ca n   b u s ed   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] :     n F i F P 1                   ( 8 )     Fo r   ac co u n ti n g   t h p r esen v al u o f   an   a n n u al  e x p en s s u ch   as o p er atio n   an d   m ai n ten a n ce   co s t o v er   p er io d   o f   y ea r s   n   t h f o llo w i n g   f o r m u las ca n   b u s ed   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] :     C R F A P A                   ( 9 )     T h in itial c ap ital c o s t CI i   i s   co n v er ted   in to   a n n u al  ca p ital c o s t A   u s i n g   th f o llo w i n g   ca p i tal - r ec o v er y   f ac to r   ( C R F)  [ 1 9 ] ,   [ 2 1 ]       1 ) 1 ( ) 1 ( n n i i i C R F                 ( 1 0 )     W h er e,   P F   an d   P A   ar th p r esen w o r th   f o r   th s u m   o f   m o n ey   f o r   th s in g le  p ay m en an d   an n u al  p ay m en r esp ec tiv ely ,   is   th s in g le  p ay m en t,  A   is   th an n u al  p ay m en t,  n   is   th p r o j ec lif tim an d   C R is   th ca p ital  r ec o v er y   f ac to r   w h ich   d eter m in es  th p er io d ic  p ay m en n ec ess ar y   to   p ay   b ac k   th at  s u m   o f   m o n ey   at  in ter est  r ate  o v er   n   p er io d s .   T h co s o f   en er g y   ( C OE )   is   th co s o f   g en er atin g   1   k W h   o f   en er g y   u tili ze d   b y   th lo ad ,   an d   ca n   b ca lcu lated   as f o llo w s   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] :     T A L E T A C C O E                   ( 1 1 )     W h er T A C   is   t h to tal  an n u a l   co s t a n d   T A L E   is   t h to tal  a n n u al  lo ad   en er g y .       7.   CO NST R AINS   Gen etic  alg o r ith m   is   u s ed   as  o p tim izatio n   to o l;  w h er th o b j ec tiv f u n ctio n   is   to   m in im ize  th co s o f   th s y s tem   o v er   its   2 5   y ea r s   o f   o p er atio n   s u b j ec to   p o w er   b alan ce   r eliab ilit y   co n s tr ain s .   Fo r   ea ch   tim t,  th to tal  p o w er   o f   P V - w in d   - b atte r y   s y s tem ,   m u s s u p p ly   th lo ad   ( P L )   d em an d   w ith   ce r tain   r eliab ilit y   cr iter io n .   T h is   r elatio n s h ip   ca n   b r ep r esen ted   b y   [ 2 3 ]     L BAT W PV P P P P                 ( 1 2 )     C o n s tr ain t s   o f   b atter y   ca p ac it y     m a x m i n BAT BAT BAT P P P               ( 1 3 )     T o   k ee p   th b atter y   f r o m   b ein g   u n d er ch ar g ed   o r   o v er ch ar g e d ,   th b atter y   s ta te  o f   ch ar g ( SOC )   ca n   n o t e x ce ed   th e   lar g e s t c h ar g q u an tit y   an d   lea s t c h ar g q u a n tit y   o f   b atter y .   I m u s t   s ta y   b et w ee n   t h e   m i n i m u m   an d   m a x i m u m   s tate  o f   ch ar g e,   SOC m in   a n d   SOC max r esp ec tiv el y .   T h is   c a n   b d escr ib ed   b y   th E q u atio n   [ 2 3 ]     m a x m i n S O C S O C S O C               ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 7 9 7     1 8 1 4   1804   T h b atter y   k ee p s   at  h i g h   s tate   o f   ch ar g e,   1 0 0 % a s   m a x i m u m   v al u a n d   4 0 % a s   m in i m u m   v al u e.         8.   O P T I M I Z AT I O M E T H O DO L O G Y     T h p r o p o s ed   s izin g   m et h o d o lo g y   f o r   th co s m i n i m izatio n   ( o b j ec tiv f u n ct io n )   o f   r en e w a b le  p o w er   s y s te m   is   ca r r ied   o u u s i n g   g e n etic  a lg o r it h m s   ( G A )   ap p r o ac h .   GA   is   s elec ted   f o r   p o w er   s y s te m   o p tim izatio n   b ec a u s it  h as  s h o w n   to   b h ig h l y   ap p licab le  t o   ca s es  o f   lar g n o n lin ea r   s y s t e m s it  is   e m er g in g   as  p o p u lar   m et h o d   f o r   th s o lu tio n   o f   co m p le x   en g i n ee r i n g   p r o b lem s .     G As  h av b ee n   a p p lied   to   th d esig n   o f   lar g p o w er   d is tr ib u tio n   s y s te m s   an d   t h s o l u tio n   o f   p o w er   ec o n o m ic  d is p atch   p r o b lem s   b ec au s o f   t h eir   ab ilit y   to   h a n d le  co m p lex   p r o b lem s   w i th   li n ea r   o r   n o n - li n ea r   co s f u n ctio n s   b o th ,   ac cu r atel y   an d   ef f icien tl y [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] .   T h GA   p o s s ess es  s u p er io r   f ea t u r es  t h at  m ak it  co m m o n   f o r   o p tim izatio n   p u r p o s es,   esp ec iall y   f o r   h y b r id   s y s te m s .   I ts   p er f o r m a n ce   f o r   s ea r ch i n g   th g lo b al  o p ti m u m   is   ex tr e m el y   e f f icie n t,  an d   is   v er y   s u itab le  f o r   o p tim izatio n   p r o b lem s   o f   g r ea t n u m b er   o f   o p tim ized   p ar a m eter s   [ 2 7 ] .       8 . 1 .   G P rinci ples     HOG A   i s   a   s o f t w ar p ac k a g w h ic h   u s ed   f o r   o p ti m izin g   b o t h ,   t h s y s te m   co m p o n en t s   ( m a in   g e n etic   alg o r ith m )   a n d   th e   co n tr o s tr ateg y   ( s ec o n d ar y   g e n etic  al g o r ith m ) .   G A   is   u s ed   to   ev al u at b o th   co n d itio n s   i n   m i n i m izi n g   th e   to tal  n et   p r esen t c o s t   f o r   o p ti m u m   co n f i g u r a tio n   [ 2 8 ] .   G A   i s   b ased   o n   t h p r in cip les o f   n atu r a l   g en et ics  an d   n at u r al  s elec tio n   an d   u s e s   th r ee   o p er ato r s   t o   im i tate  th n at u r al  ev o l u ti o n   p r o ce s s es.  GA  o p er ato r s s elec tio n ,   cr o s s o v er   an d   m u tatio n   ar u s ed   to   ev o lv th p o p u latio n   f r o m   it s   cu r r en g en er atio n   to   th n ex t   w h o s av er a g e   f it n e s s   v al u s h o u ld   id ea ll y   b b e tter .   Ne w   g e n er atio n s   ar t h u s   ev o l v ed   f r o m   t h k n o w led g o f   p r ev io u s   g e n er atio n s   a n d   s i n ce   t h f itter   i n d iv id u als  i n   t h p o p u latio n   ar t h o n es  s elec ted   f o r   cr o s s o v er   th eir   g o o d   g e n es  ( g o o d   s o lu tio n s )   o v er   ti m d o m in ate   t h p o p u latio n   an d   t h a lg o r ith m   co n v er g e s   to   an   o p ti m u m .   W it h   p r o p er   p ar am eter   s elec tio n ,   G A’ s   ar e   ca p ab le  o f   o b tain in g   s u itab le  g lo b al  o p ti m u m   s o lu tio n   [ 2 9 ] .       8 . 2 .   G I m ple m ent a t io     T h GA   f lo w c h ar w h ic h   is   u s ed   in   s izin g   ca lc u latio n   i s   d ep icted   in   F ig u r 7 .   G A   s elec ts   i n d iv id u als   at  r an d o m   f r o m   t h cu r r en p o p u latio n   to   b p ar en ts   an d   u s es  t h e m   to   p r o d u ce   th ch ild r en   f o r   th n e x t   g en er atio n   b y   u s in g   t h t h r ee   m ai n   o p er atio n s ,   w h ic h   ar t h s elec tio n ,   cr o s s o v er ,   an d   m u tatio n   o p er atio n s .   T h en ,   it  ca n   r ep ea ted l y   m o d i f y   p o p u latio n   o f   i n d i v id u al  s o lu tio n s ,   w h er e,   o v er   s u cc ess i v g en er atio n s ,   t h p o p u latio n   ev o l v es  to w ar d   an   o p tim a s o l u tio n .   I m p le m e n tat io n   o f   t h G A   to   f i n d   th b est  s y s te m   p ar am eter s   th at  m et  th o b j ec tiv f u n ctio n   ca n   b s u m m ar ized   in   th f o ll o w i n g   s tep s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] :   1 .   I n itiall y ,   th e   m a in   a lg o r it h m   r an d o m l y   as s ig n ed   s e o f   v ec to r s   N m   f o r   s izi n g   t h h y b r id   s y s te m ,   ea ch   v ec to r s   r ep r esen ti n g   p o s s ib l co n f i g u r atio n   o f   P p an els,  b atter y   a n d   w in d   g en er ato r .   2 .   T h s ec o n d ar y   al g o r ith m   i s   G t h at  s ea r ch e s   f o r   th e   b est  co n tr o s tr ate g y   f o r   ea ch   co m b i n atio n   o f   co m p o n e n t s   in   t h m ai n   alg o r i th m   in   o r d er   to   m i n i m ize  t h NP C .   a)   T h co n tr o s tr ate g y   v ec to r   N sec  is   r a n d o m l y   a s s i g n ed   b y   t h s ec o n d ar y   al g o r it h m   f o r   ea ch   N m   v ec to r ,   ea ch   v ec to r   r ep r esen ti n g   p o s s ib le  d is p atch   s tr ate g y   in   o r d er   to   m i n i m ize  t h NP C .   b )   T h N sec   v ec to r s   ar ev alu a t ed   b y   m ea n s   o f   th e ir   ap titu d e.   c)   T h Nest  v ec to r s   h a v g r ea ter   p r o b ab ilit y   o f   r ep r o d u cin g   t h e m s el v es,  cr o s s i n g   w it h   o th er   v ec to r s .   I n   ea ch   cr o s s   o f   t w o   v ec to r s ,   t w o   n e w   v ec to r s   ar o b tai n ed   ( d escen d en ts ) .   T h d esce n d en t s   ar e   ev alu a ted   an d   th b est o f   t h e m   r ep lace   th w o r s t i n d iv id u als  o f   th p r ev io u s   g e n er atio n   ( ite r atio n ) .   d )   T o   f in d   t h e   o p ti m al   s o lu tio n   a n d   n o t   to   s ta y   in   lo ca m i n i m al,   s o m e   s o l u tio n s   r a n d o m l y   c h an g s o m e   o f   th eir   co m p o n en ts   ( m u ta tio n ) .   T h m u tatio n s   ca n   e f f ec t h ch a n g o f   t h co n tr o s tr at eg y   o r   t h e   ch an g o f   b it o f   S OC   s e t p o in t   e)   T h in d iv id u al s   ( v ec to r s )   o b tain ed   f r o m   r ep r o d u ctio n   a n d   m u tatio n   is   e v al u ated ,   m a k in g   t h n ex t   g en er a tio n .   f )   T h lo o p   o f   g e n er atio n   is   r ep ea ted   ( f r o m   b   to   e)   u n t il t h b est in d i v id u al s   id e n ti f ied   a n d   th d eter m i n ed   n u m b er   o f   g e n er atio n s   ( Ng e n _ m ai n _ m a x )   h a v b ee n   ev al u at ed   3 .   N m   s o lu tio n s   w i ll  h av b ee n   o b tain ed   ( v ec to r s   o f   t h m ai n   alg o r ith m   w i th   th eir   o p ti m al  d is p atch   s tr ateg ie s ) .   T h N m   s o lu tio n s   ar ev alu a te d   b y   m ea n s   o f   t h eir   ap titu d e.   4 .   R ep r o d u ctio n ,   cr o s s in g   a n d   m u tatio n   ar ca r r ied   o u t o n   th o b tain ed   s o lu tio n s ,   m a k i n g   t h n e x t g e n er atio n .   5 .   Go   to   Step   # 2   an d   r ep e at  th ab o v s tep s   s eq u e n ti all y   u n t il  d eter m i n ed   n u m b er   o f   g en er atio n s   (N g en_sec_ max )   h a v b ee n   ev al u a ted .   T h b est s o lu tio n   o b tain e d   is   th at  w h ich   h as t h lo w est  v alu o f   NP C .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Op tima l S iz in g   a n d   E co n o mica l A n a lysi s   o f P V - W in d   Hyb r id   P o w er S ystem  fo r   …. ( N in et  Mo h a med   A h med )   1805     Fig u r e7 .   Flo w   c h ar t o f   t h Ge n etic  A l g o r ith m   ( G A )       9.   SI M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O   Fo r   th p r o p o s ed   th r ee   s y s te m   co n f i g u r atio n s ,   P ar r a y   an d   w in d   t u r b in e s   r ep r esen th p o w e r   g en er ato r s .   W h ile  t h b atter y   b an k   is   u s ed   f o r   s to r in g   th s u r p lu s   en er g y   a n d   s u p p l y in g   it  w h en   t h er is   a   d ef icit  o f   av ai lab le  p o w er   to   c o v er   th lo ad   d e m a n d s .   T h o p ti m al  s i m u la t io n   r es u lt s   h av e   b ee n   o b tain ed   w it h   th f o llo w in g   v al u es:  m ai n   a lg o r ith m   g e n er atio n s   ar 2 0 ,   m ai n   al g o r ith m   p o p u latio n s   ar 2 0 ,   s ec o n d ar y   alg o r ith m   g e n er atio n s   ar 2 0 ,   an d   s ec o n d ar y   alg o r ith m   p o p u latio n s   ar 2 0 ,   t h cr o s s o v er   r ate  is   0 . 9   an d   th m u tatio n   r ate  is   0 . 1   T h ec o n o m ical  co m p ar i s o n   b et w ee n   t h t h r ee   p r o p o s ed   r en e w ab le  p o w er   s y s te m s   w a s   ca r r ied   o u b y   ca lcu lati n g   th NP C   o f   th p r o p o s ed   p o w er   s y s te m s   i n   th t w o   s elec t ed   lo ca tio n s .   T h s i m u lat io n   r es u lts   ar d is c u s s e d   in   th f o llo w in g   s ec tio n s .     9 . 1 .   Abu  Ra diu s   L o ca t io n   9 . 1 . 1 .   Sta nd a lo ne  P Sy s t e m     B ased   o n   th o p tim izatio n   r es u lts ,   t h o p ti m al  s ize  o f   ea ch   co m p o n e n o f   s tan d alo n P s y s te m   i s   illu s tr ated   i n   Fi g u r 8 .   T h co m p o n en ts   t y p a n d   t h eir   n u m b er   ar e;   th r ated   p o w er   o f   P ar r a y   i s   1 . 4 4   k W p   ( 2 s   9 p   o f   8 0   W p   m o d u le) ,   th b atter y   b an k s   r ated   ca p a cit y   is   4 3 . 7   k W h   ( 2 s 1 9 p   b a tter y   w ith   n o m i n al   ca p ac it y   o f   9 6   Ah )   an d   2 . 2 0 k W   in v er ter .   T h b atter y   c h ar g r eg u la to r   cu r r en i s   4 0 7 . 6 A   an d   th m i n i m u m   SOC   f o r   th b atter y   i s   4 6 % ( co n tr o l stra teg y   is   to   ac h iev m in i m u m   SOC   f o r   th b atter y   at   4 0 %).   T h o p tim al   s y s te m   NP C   is   $   3 8 1 2 2 .   T h co s o f   th d i f f er en co m p o n e n ts   o f   th is   s y s te m   as  p er ce n tag o f   t h NP C   i s   s h o w n   i n   F ig u r 9 .   I is   o b s er v ed   th a t,  t h P p an el s   co s 2 6 . 8 4 ( $   1 0 1 5 2 )   o f   th NP C ,   th b a tter y   b an k   h as   th lar g est  s h ar o f   5 4 . 2 3 ( $ 2 0 5 1 5 )   an d   th in v er ter   p lu s   th a u x iliar y   co m p o n e n ts   e.   g .   ch ar g r eg u lato r   h av co s t o f   1 8 . 9 3 % ( $ 7 1 7 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 7 9 7     1 8 1 4   1806       Fig u r e8 .   Op ti m al  u n i t size  o f   s tan d alo n P s y s te m   Fig u r 9 .   C o s t o f   t h d if f er en ele m e n ts   i n   p er ce n ta g e   o f   th to tal  n et  p r esen t c o s t         T h an n u a en er g y   b alan ce   o f   s ta n d alo n P s y s te m   is   d escr ib ed   in   Fig u r 1 0 .   T h o v er all  lo ad   en er g y   i s   8 3 3 8   k W h / y r   a n d   t h u n m et  lo ad   i s   1 9 . 8   KW h / y r .   T h co n v er g e n ce   o f   NP C   to w ar d s   th e   o p ti m u m   v alu as  f u n ctio n   o f   t h m ai n   alg o r ith m   g e n er atio n s   is   p r esen ted   in   Fi g u r e1 1 .   A ls o ,   th is   f i g u r s h o w s   th at   th er is   n o   C O 2   e m is s io n   s i n ce   th u s ed   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   p r o d u ce   ze r o   C O 2   d u r in g   o p er atio n .           Fig u r e1 0 .   T h an n u al  e n er g y   b alan ce   o f   P s y s te m           Fig u r e1 1 .   Net  p r esen t c o s t v er s u s   th n u m b er   o f   g e n er atio n s       9 . 1 . 2 .   Sta nd a lo ne  Wind   Sy s t e m   Fig u r 1 2   s h o w s   th o p ti m al   s ize  o f   ea c h   co m p o n e n o f   s tan d alo n w in d   s y s te m .   B as ed   o n   th o p tim izatio n   r esu lts ,   t h co m p o n en t s   t y p e   an d   th eir   n u m b er   in   t h i s   s y s te m   ar e;  w i n d   g en er ato r   r ated   p o w er   is   2 1   k W   ( 6 ×3 5 0 0   W   o f   DC   w i n d   tu r b in e) ,   t h b atter y   b a n k s   r ated   ca p ac it y   is   3 3 . 6   k W h   ( 2 s 7 p   b atter y   w it h   n o m i n al  ca p ac it y   o f   2 0 0   Ah )   an d     2 . 2   k W   in v er ter .     T h b atter y   ch ar g r eg u lato r   cu r r en is   8 3 0   A   a n d   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.