I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 ,   p p .   2655 ~ 2 6 6 8   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 3 . pp 2 6 5 5 - 2 6 6 8           2655       J o ur na l  ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Ev a lua ting the  fe a sibili ty o f  a  phot o v o ltaic - wind - die sel - ba tt e ry   hy brid micro g rid  for sus taina ble of f - g rid el ectr i ficati o n in  Da khla ,  M o ro cco       Sa ra   F enna ne,   H o ud a   K a ci m i,  H a m za   M a bcho ur,   F a t e hi AL t a lqi ,   Ad il E chc helh   La b o r a t o r y   o f   E l e c t r o n i c   S y st e ms I n f o r mat i o n   P r o c e ssi n g   M e c h a n i c   a n d   E n e r g y ,   I b n   To f a i l   U n i v e r si t y ,   K e n i t r a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  2 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J an   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   3 ,   2 0 2 5       Hy b ri d   re n e wa b le  e n e rg y   sy ste m s  (HRES )  p re se n t  a   p ro m isin g   s o lu ti o n   f o r   imp ro v i n g   e n e rg y   re li a b il it y   a n d   re d u c in g   c o sts  in   re m o te,  o ff - g rid   a re a s.   Th is  stu d y   e x p lo re s  th e   fe a sib il i ty   o f  im p lem e n ti n g   a n   HRES   i n   Da k h la,   M o ro c c o ,   w h e re   c o n v e n ti o n a l   e lec tri c a l  in fra str u c tu re   is  la c k in g .   B y   in teg ra ti n g   p h o t o v o lt a ic  (P V)   p a n e ls,  win d   tu r b in e s,   d ies e l  g e n e r a to rs,  a n d   b a tt e ry   sto ra g e ,   t h is  stu d y   a ims   to   o p ti m ize   e n e rg y   re so u rc e   m a n a g e m e n t  wh il e   b a lan c in g   tec h n ica l  p e rfo r m a n c e   a n d   e c o n o m ic  v iab il it y .   Us in g   re a l - wo rl d   d a ta  o n   e n e r g y   c o n su m p ti o n ,   c li m a ti c   c o n d it i o n s,   a n d   i n sta ll a ti o n   c o n stra in ts,   a d v a n c e d   sim u lati o n   to o ls  su c h   a s  HO M ER   we re   e m p lo y e d   t o   e v a lu a te  b o th   tec h n ica l  a n d   e c o n o m ic  p a ra m e ters .   Th e   o b jec ti v e   wa s  to   m in imiz e   th e   c o st  o f  e n e rg y   (C OE)  wh il e   e n su rin g   re li a b il it y ,   a v a il a b il it y ,   a n d   a   h ig h   re n e wa b le  fra c ti o n .   Th e   re su lt s,  c o m p a re d   wit h   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m s  li k e   g e n e ti c   a lg o rit h m   (G A),  p a rti c le  sw a rm   o p ti m iza ti o n   (P S O),   a n d   sim u late d   a n n e a li n g   (S A ),   re v e a led   t h e   P V - wi n d - d ies e l - b a tt e ry   c o n fig u ra ti o n   a s   th e   m o st  c o st - e ffe c ti v e   so lu ti o n .   T h is  c o n f ig u ra ti o n   re su lt e d   in   a   n e t  p re se n t  c o st  (NPC)  o f  $ 8 2 9 , 3 8 0 ,   a   COE  o f  $ 0 . 1 6 0 / k Wh ,   a n d   m in ima l  CO2   e m issio n s  o f  5 4 . 9   k g / y e a r.   Th e   f in d in g s  h i g h li g h t  t h e   v iab il i ty   o f  t h is  h y b rid   m icro g ri d   a s  a   s u st a in a b le  o ff - g ri d   e lec tri fica ti o n   so l u ti o n   a n d   e m p h a siz e   th e   ro le  o f  re n e wa b le  e n e rg y   i n   a d d re ss in g   g l o b a l  e n e rg y   c h a ll e n g e s.   K ey w o r d s :   C o s t o f   e n er g y   Ho m er   s o f twar e   Hy b r id   s y s tem   Me ta - h eu r is tic  alg o r ith m s     Op tim al  s izin g   R en ewa b le  en er g y   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sar a  Fen n an e   E lectr o n ic  Sy s tem s ,   I n f o r m atio n   Pro ce s s in g ,   Me ch a n ics an d   E n er g etics L ab o r ato r y ,   Facu lty   o f   Scien ce ,   I b n   T o f ail  Un iv er s ity   1 7 2   Hay   E l O u ah d a ,   Ken itra   1 4 0 0 0 ,   Mo r o cc o   E m ail: sar a. f en n an e@ u it.a c. m a       AB B RE V I A T I O NS A ND  N O M E NC L A T UR E   R E S   R en ewa b le  en er g y   s y s tem   v cut - in   C u t - in   s p ee d   o f   t h e  win d   tu r b i n e   FC   Fu el  ce ll   v cut - out    C u t - o u t o f   th e   win d   tu r b in e   DG   Diesel g en er ato r   v r     R ated   s p ee d   o f   th e  win d   tu r b in e   B att   B atter y   v   W in d   s p ee d   WT   W in d   tu r b in e   P DG ,   o u t   Diesel o u tp u t p o wer   DE GS   Diesel  elec tr ic  g en er atin g   s y s tem   P DG   Diesel r ated   p o wer   C OE   C o s t o f   en er g y   A G , B G   Fu el  co n s u m p tio n   cu r v e  co ef f icien t   NPC   Net  p r esen t c o s t   E Load   Daily   lo ad   C F R   C ap ital r ec o v er y   f ac t o r   AD   Au to n o m y   d ay s   n u m b er   CO 2   C ar b o n   d io x id e   DOD   Dis ch ar g e  d ep th   ( 8 0 ⸓ )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 6 5 5 - 2 6 6 8   2656   O& M   Op er atio n   an d   m ain ten a n ce   η inv   I n v er ter   e f f icien cy   HOM E R   H y b r i d   o p t i m i z a ti o n   o f   m u l t i p le   e n e r g y   r e s o u r c e s   η B   B atter y   ef f icien cy   PSO   Par ticle  s war m   o p tim izatio n   C I   C ap ital c o s t   SA   Simu lated   an n ea lin g   C R   R ep lace m en t c o s t   GA   Gen etic  alg o r ith m   C O&M   Op er atin g   an d   m ain ten a n ce   co s ts   A   PV a r ea   i   T h e  an n u al  in ter est   I   So lar   r ad iatio n   n   Pro ject  life tim e   η r   R ef er en ce   ef f icien cy   n Diesel   L if etim e  o f   d iesel g en e r ato r   η t   E f f icien cy   o f   th e  MPPT   n Batt   L if etim e  o f   b atter y   T a   Am b ian t te m p er atu r e   P Load   T h e   h o u r l y   c o n s u m e d   p o w e r   b y   t h e     P r     R ated   p o wer   o f   t h e  win d   tu r b i n e     l o a d       1.   I NT RO D UCT I O N   Acc ess   to   elec tr ici ty   is   a  cr itic al  d r iv er   o f   ec o n o m ic  g r o wth   an d   s o cial  p r o g r ess ,   in h er en tl y   lin k ed   to   d ev elo p m e n t  [ 1 ] .  As  in d u s tr ializatio n   ex p an d s   an d   g lo b al   p o p u latio n s   in c r ea s e,   en er g y   d em an d   c o n tin u es  to   s u r g e.   Ho wev er ,   tr a d itio n al  en er g y   s o u r ce s   lik e  f o s s il  f u els  ar e  in cr ea s in g ly   in ad eq u ate   d u e  to   th eir   f in ite   n atu r e,   h i g h   o p er atio n al   co s ts ,   s ig n if ican t  co n t r ib u tio n   to   g r ee n h o u s e  g as  em is s io n s ,   an d   wo r s en in g   clim ate   ch an g e.   R E S,  in clu d in g   PV,  W T ,   an d   h y d r o p o wer ,   p r esen t  a  s u s tain ab le  alter n ativ e   [ 2 ] .   T h ese  s o u r ce s   ar e   ab u n d a n t,  in ex h au s tib le,   an d   en v ir o n m en tally   f r ien d l y ,   m ak in g   th em   ess en tial  f o r   m e etin g   g lo b al   en er g y   d em an d s   wh ile  m itig atin g   clim ate  ch an g e  im p ac ts .   T h e  g l o b al  tr an s itio n   to war d   clea n   en er g y   is   g ain in g   m o m en tu m ,   d r iv e n   b y   i n ter n a tio n al  co m m itm en ts   to   r ed u ce   ca r b o n   f o o tp r in ts   an d   en h an c e  en er g y   e f f icien cy   [ 3 ] .   B r id g in g   th e  elec tr icity   ac ce s s   g ap   is   cr itical  to   ac h iev in g   g l o b al  d ev elo p m en t  g o als  an d   e n s u r in g   eq u itab le  ac ce s s   to   s u s tain ab le  en er g y .   Stan d alo n e  R E S,  s u ch   as  W T   an d   PV  p an els,  f ac e  r eliab ili ty   ch allen g es  d u e  to   n atu r al  r eso u r ce s '  s p o r ad ic  n atu r e  [ 4 ] .   So lar   e n er g y   a v ailab ilit y   is   lim ited   to   d ay lig h t  h o u r s ,   wh ile  win d   s p ee d s   f lu ctu ate   u n p r e d ictab ly .   T h ese  v ar iab il ities   m ak e  it  d if f icu lt   f o r   s tan d alo n e   s y s tem s   to   e n s u r e   a   co n s is ten t  en e r g y   s u p p ly .   T o   o v er co m e   th ese  c h allen g es,  HR E S  h as  b ee n   i n tr o d u ce d   as  an   e f f ec tiv e  s o lu t io n .   B y   in te g r atin g   m u ltip le  r en ewa b le   s o u r ce s ,   s u ch   s y s tem s   ca n   co m p en s ate  f o r   th e  wea k n ess es  o f   in d i v id u al  s o u r ce s .   Fo r   in s tan ce ,   win d   en e r g y   ca n   c o m p lem en t  s o lar   en er g y   d u r in g   p er i o d s   o f   lo w  ir r a d ian c e  an d   v ice  v er s a,   en h an cin g   o v e r all  s y s tem   r eliab ilit y .   I n   a d d itio n   t o   im p r o v in g   r eliab ilit y ,   h y b r i d   s y s tem s   o p tim ize  r eso u r ce   u s e,   r ed u ce   d ep e n d en c y   o n   b ac k u p   f o s s il  f u els,  an d   m in im ize  en v ir o n m en tal  im p ac ts .   T h ey   co n tr ib u te  t o   a   clea n er   en v ir o n m e n t  b y   en s u r in g   s tab le  an d   co n ti n u o u s   r en ewa b le  en er g y   p r o d u ctio n ,   s u p p o r tin g   en e r g y   s ec u r ity   an d   s u s tain ab le  d e v el o p m en t  g o als   [ 5 ] .   E n er g y   s to r ag e  is   a  cr u cial  c o m p o n en t  o f   r en ewa b le  e n er g y   s y s tem s ,   p ar ticu lar ly   f o r   s tan d alo n e   ap p licatio n s ,   as  it   m itig ates  th e  in ter m itten cy   o f   r eso u r ce s   li k e  s o lar   an d   win d .   Sto r a g e  s y s tem s   allo w  f o r   th e   r eten tio n   o f   ex ce s s   en er g y   g en er ated   d u r in g   tim es  o f   a b u n d a n t  r eso u r ce s ,   e n s u r in g   av ailab i lity   d u r in g   p e r io d s   o f   lo wer   p r o d u ctio n   o r   h i g h er   d em an d .   B atter ies  ar e  co m m o n   am o n g   s to r ag e  tech n o lo g ies  b ec au s e  o f   th eir   ad ap tab ilit y ,   s ca lab ilit y ,   an d   q u ick   r ea ctio n   tim es,  wh ic h   m a k e  th em   p e r f ec t f o r   s h o r t - te r m   s to r ag e.   Pro p er   s izin g   an d   o p tim izatio n   ar e  f u n d am en tal  to   en s u r i n g   th e  ef f icien cy ,   r eliab ilit y ,   an d   co s t - ef f ec tiv en ess   o f   au to n o m o u s   HR E S.  Sizin g   in v o lv es  d eter m in in g   th e  ap p r o p r iate  ca p ac ity   o f   co m p o n en ts ,   s u ch   as  PV  p a n els,  win d   tu r b in es,  an d   b atter ies,  to   m ee t   e n er g y   d em a n d s .   Un d er s ized   s y s tem s   ca n   lead   to   f r eq u e n t  s h o r tag es,   wh ile  o v er s ized   s y s tem s   r esu lt  in   u n n ec ess ar y   ca p ital  co s ts   an d   in ef f icien cies  [ 6 ] .  Op tim izatio n   f o cu s es  o n   f i n e - tu n in g   s y s tem   co n f ig u r atio n s   to   b alan ce   en er g y   g e n er atio n ,   s to r ag e,   a n d   co n s u m p tio n   ef f ec tiv el y .   T h is   in v o lv es  m in im izin g   c o s ts ,   r ed u cin g   en v ir o n m e n tal  im p ac ts ,   an d   en h an cin g   r eliab ilit y .   Ad v an ce d   o p tim iz atio n   alg o r ith m s ,   s u ch   as  G A  an d   PS O,   ar e  em p lo y ed   t o   an aly ze   d if f e r en t  s ce n ar io s   an d   o p er atin g   c o n d it io n s ,   en ab lin g   th e  o p tim al  d esig n   o f   HR E S.    Mic r o g r id s   ar e  lo ca lly   co n tr o lled   en er g y   s y s tem s   th at  ca n   o p er ate  b o th   s ep ar ately   an d   in   tan d e m   with   th e  n atio n al  elec tr ical  g r id   [ 7 ] .  T h ey   in teg r ate  a  v ar ie ty   o f   R E S,  in clu d in g   h y d r o p o wer ,   W T ,   an d   PV  p an els,  alo n g   with   tr ad itio n al   g en er ato r s   an d   ad v a n ce d   en er g y   s to r a g e  s o lu tio n s .   Mic r o g r i d s   ca ter   to   d iv e r s e  en er g y   d em an d s   ac r o s s   r esid en tial,  co m m er cial,   an d   in d u s tr ial  s ec to r s .   Ad v an ce d   co n tr o l  eq u ip m en t  e n s u r es  ef f icien t  en er g y   f lo w,   s tab ilit y ,   an d   r eliab ilit y ,   r ed u ci n g   d ep en d en c e  o n   ex ter n al  p o wer   s o u r ce s   an d   s u p p o r tin g   s u s tain ab le  en er g y   p r ac tices  [ 8 ] .   Sev er al  s tu d ies  h av e  f o c u s ed   o n   o p tim izin g   th e  s izin g   o f   m icr o g r id s   ( MG ) ,   ac k n o wled g in g   th e   in h er en t  co m p lex ity   in   s elec tin g   th e  o p tim al  co n f ig u r at io n   th at  b alan ce s   tech n ical  p er f o r m an ce ,   co s t - ef f ec tiv en ess ,   an d   en v ir o n m en tal  s u s tain ab ilit y   [ 9 ] .  T h e  p r o c ess   o f   d eter m in in g   t h e  id ea l  s ize  f o r   a  m ic r o g r i d   ca n   b e  b r o ad ly   ca teg o r ized   in to   th r ee   m ain   ap p r o ac h e s :  s o f twar e  to o ls ,   d eter m in i s tic  m eth o d s ,   an d   m etah eu r is tic  alg o r ith m s .   E ac h   ap p r o ac h   h as its   o wn   s et  o f   ad v an tag es a n d   lim itatio n s .     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:   2088 - 8 7 0 8         E va lu a tin g   th e  fe a s ib ilit y  o f a   p h o to v o lta ic - w in d - d iesel - b a tt ery  h yb r id   …   ( S a r a   F e n n a n e )   2657   T h e  f ir s t  s ec tio n   co m p r is es  s o f twar e  to o ls ,   s u ch   as  HOM E R   Pro ,   PVSY ST,   HOGA ,   R A PS I M,   an d   I HOGA .   T h ese  to o ls   ar e  wid ely   u s ed   d u e  t o   th eir   u s er - f r i en d ly   in ter f ac es  an d   th eir   a b ilit y   to   m o d el  an d   s im u late  v ar io u s   m icr o g r id   c o n f ig u r atio n s   [ 1 0 ] .  Ho wev e r ,   d esp ite  th eir   ea s e  o f   u s e,   th ey   h av e  n o tab le   lim itatio n s ,   in clu d in g   a  lack   o f   f lex ib ilit y   in   s elec tin g   th e  m o s t  s u itab le  co m p o n en ts   f o r   th e  s y s tem   an d   lim ited   tr an s p ar en c y   in   t h e  u n d er ly in g   alg o r ith m s   an d   ca lcu latio n s .   User s   o f ten   s tr u g g le  t o   f u lly   u n d er s tan d   th e  d ec is io n - m ak in g   p r o ce s s   o r   m ak e  c u s to m ized   ad ju s tm en ts ,   as  th ese  to o ls   ty p ically   d o   n o t  allo w  d ir ec t  ac ce s s   to   th e  o p tim izatio n   alg o r ith m s   o r   th e   d etailed   co m p u t atio n s   d r iv in g   th e  s y s tem   d esig n   [ 1 1 ] .   T h e  s ec o n d   s ec tio n   in v o lv es  d eter m in is tic  ap p r o ac h es,  in clu d in g   iter ativ e ,   a n aly tical,   n u m er ical,   an d   g r ap h ical   m eth o d s .   W h ile  th es e  ap p r o ac h es o f f e r   m o r e   co n tr o l  an d   p r ec is io n   o v er   th e   d esig n   p r o ce s s ,   th ey   ar e   co m p u tatio n ally   d em an d in g .   T h ese  m eth o d s   r e q u ir e  e x h au s tiv e  ev alu atio n   o f   all  s y s tem   c o m p o n en ts ,   m ak in g   s im u latio n s   tim e - co n s u m in g .   Alth o u g h   ef f ec tiv e ,   th ey   ar e  lim ited   in   th eir   ab ilit y   to   ef f icien tly   h an d le  th e  co m p lex   d y n am ics o f   h y b r id   m icr o g r id s ,   o f ten   r esu ltin g   in   h ig h   co m p u tatio n al  c o s ts   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   I n   r esp o n s e  to   th ese  ch allen g es,  m etah eu r is tic  o r   b io in s p ir ed   alg o r ith m s   h av e  em e r g ed   as  a   p r o m is in g   s o lu tio n   f o r   m icr o g r id   o p tim izatio n   [ 1 4 ] .  T h ese  a lg o r ith m s   ar e   esp ec ially   well - s u ited   f o r   r eso lv in g   non - d eter m in is tic  p o ly n o m ial  tim e - h ar d   ( NP - h ar d )   p r o b lem s   th at  ca n n o t  b e  s o lv ed   b y   p r ec is e  m ath em atica l   o p tim izatio n   tech n iq u es.  T h e y   d r aw   in s p ir atio n   f r o m   n at u r al  p h e n o m e n a  s u ch   as  s war m   b eh av io r   an d   ev o lu tio n .   Me tah eu r is tic  ap p r o ac h es,  in clu d in g   GA  [ 1 5 ] ,   PS O,   an d   g r ass h o p p er   o p tim izatio n   alg o r ith m s   ( GOA) ,   s ea r ch   f o r   g lo b al  o p ti m al  s o lu tio n s   b y   s im u latin g   n atu r al  p h en o m en a .   Am o n g   th e s e,   th e  GA  h as  b ee n   u s ed   ex ten s iv ely   to   o p tim ize   h y b r id   m icr o g r id   d esig n s ,   b u t  its   im p lem en tatio n   is   ch al len g in g   d u e   to   its   co m p lex ity   [ 1 6 ] .  I n   co n tr ast,  PS O  h as   g ain ed   co n s id er ab le  p o p u lar ity   d u e  to   its   f aster   co n v er g en ce   to   o p tim al  s o lu tio n s ,   m ak in g   it  esp ec ially   ef f ec tiv e  f o r   h y b r id   m icr o g r i d s   th at  in teg r ate  m u ltip le  co m p o n en ts   s u ch   as  PV  s y s tem s ,   W T ,   B a tt,  an d   DG  [ 1 7 ] .  Nu m er o u s   s tu d ies  h av e  d em o n s tr ated   PS O’ s   ab ilit y   to   o p tim ize  th e  d esig n   an d   o p e r atio n   o f   v ar io u s   h y b r id   m icr o g r i d   co n f ig u r atio n s ,   s u ch   as  PV,  W T ,   an d   B att  [ 1 8 ] .  Ut ilized   GOA  to   d eter m in e  th e  o p tim al  co n f i g u r atio n   f o r   a  h y b r id   m icr o g r i d   in   Yo b e  State,   Nig er ia,   co m p o s ed   o f   PV,  W T ,   B atter y ,   an d   DG,   with   th e  C OE   as  th e  o b jectiv e  f u n ctio n   [ 1 9 ] .   Similar   to   th is ,   [ 2 0 ]   u s ed   t h e  FA  to   d eter m in e   th e  id ea l  d im en s io n   f o r   an   au t o n o m o u s   m icr o g r id ,   tak in g   in to   ac co u n t  th e   L DR   an d   C OE   as  cr u cial  m etr ics  f o r   ass ess in g   th e  co s t a n d   d e p en d ab ilit y   o f   th e  p o wer   s u p p l y .   T h ese  s tu d ies  h ig h lig h t   th e  i n cr ea s in g   s ig n if ican ce   o f   m et ah eu r is tic  alg o r ith m s   in   o p ti m izin g   th e   d esig n ,   s izin g ,   an d   o p e r atio n   o f   h y b r id   m icr o g r id s .   B y   lev er ag in g   th ese  ad v a n ce d   o p tim izatio n   tech n iq u es,   r esear ch er s   ca n   en h an ce   th e  e f f icien cy ,   ec o n o m ic  f ea s ib ilit y ,   an d   r eliab ilit y   o f   m icr o g r id s ,   p o s itio n in g   th em   as  a  m o r e   v ia b le  an d   s u s tain a b le  s o lu tio n   f o r   f u tu r e   en er g y   s y s tem s .   T ab le  1   p r esen ts   a  th o r o u g h   liter atu r e   r ev iew,   s u m m ar izin g   an d   a n al y zin g   p r ev io u s   s tu d ies o n   th e  d esig n   an d   o p er atio n   o f   m icr o g r id s .       T ab le  1 .   C o m p r eh en s iv e  o v er v iew  o f   o p tim izatio n   tech n i q u es a n d   m eth o d s   f o r   HR E S   Ref .   Lo c a t i o n   y e a r   H ES   A l g o r i t h m / t o o l   O b j e c t i v e   f u n c t i o n   W e a k n e ss   [ 2 1 ]   O u e n sk a ,   M o r o c c o   2 0 2 4   P V / W T/   B a t t e r i e s   H O M ER   C O E,   N P C   Th e   a n a l y s i s  h a s   n o t   f u l l y   a c c o u n t e d   f o r   mo r e   v a r i a b l e   w i n d   c o n d i t i o n s  o r   h i g h e r   w i n d   s p e e d s .   [ 2 2 ]   D a k h l a ,   M o r o c o o   2 0 2 3   WT   / F C / D G   TR N S Y S   C O E   Th e   l i mi t a t i o n s   o f   t h e   si m u l a t i o n   mo d e l   u s i n g   TR N S Y S   a r e   e v i d e n t ,   a s t h e   o u t c o mes  a r e   n o t   c o n t r a s t e d   w i t h   t h o se  o f   o t h e r   a l g o r i t h ms .   [ 2 3 ]   Tu n i s i a   2 0 2 3   P V / W T/ B ESU /   H u d r a u l i c   N S G A - II   LPS P ,   C O S T   Th e   l i mi t a t i o n s   o f   t h e   si m u l a t i o n   mo d e l   u s i n g   N S G A - I I   a r e   e v i d e n t ,   a s  t h e   o u t c o mes   a r e   n o t   c o n t r a s t e d   w i t h   t h o se   o f   o t h e r   a l g o r i t h ms.   [ 2 4 ]   2 0 2 3   S u d a n   P V / W T/ D G /   B a t t e r y   M I LP   LPS P ,   N P C   Th e   o u t c o mes  a r e   n o t   c o n t r a s t e d   w i t h   t h o se  o f   o t h e r   a l g o r i t h ms .   [ 2 5 ]   2 0 2 3   S o n d e r b o r g ,   D e n mar k   P V / W T/ D G /   B a t t e r y   M O M F O ,   N S G A - I I ,   M O P S O ,   a n d   M O S EO   LPS P ,   LC O E   Th e   p r o p o s e d   sce n a r i o s rec o mm e n d   i n c o r p o r a t i n g   a r e a s   w i t h   d i v e r se  t o p o g r a p h y   t o   i mp r o v e   t h e   a c c u r a c y   o f   t h e   d e c i si o n - m a k e r 's a n a l y si s ,   p a r t i c u l a r l y   i n   c o n d i t i o n s  o f   l o w   so l a r   r a d i a t i o n   a n d   w i n d   s p e e d .   [ 2 6 ]   2 0 2 2   Tu r k e y   P V / W T/ D G /   B a t t e r y   H S / JA Y A / A C O /   H O M ER   A C S   Th e   a n a l y s i s  o f   se n s i t i v i t y   h a s   n o t   b e e n   i n c l u d e d .   [ 2 7 ]   2 0 2 1   Tu n i s i a   P V / W T/ D G /   B a t t e r y   RG   TN P C / E C   Th e   o u t c o mes  a r e   n o t   c o n t r a s t e d   w i t h   t h o se  o f   o t h e r   a l g o r i t h ms .       T h is   s tu d y   ex p lo r es  th e  o p ti m izatio n   o f   h y b r id   r e n ewa b le   en er g y   s y s tem s   ( HR E S)  to   a s s es s   th eir   tech n o - ec o n o m ic  f ea s ib ilit y   f o r   elec tr icity   g en er atio n   in   Da k h la,   Mo r o cc o .   E m p lo y in g   HO ME R   Pro   s o f twar e   alo n g s id e  ad v an ce d   o p tim izat io n   m eth o d s   s u ch   as  GA,   SA ,   an d   PS O,   th e  r esear ch   ev alu ates  an d   co m p ar es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 6 5 5 - 2 6 6 8   2658   f o u r   HR E S  co n f ig u r atio n s   b a s ed   m ain ly   o n   s o lar   a n d   win d   r eso u r ce s .   T h e  o u tco m es  d er i v ed   f r o m   HOM E R   will  b e  s y s tem atica lly   co m p ar ed   to   t h o s e  o b tain ed   t h r o u g h   th ese  alg o r ith m s .   Fu r th er m o r e,   th e  s tu d y   an aly ze s   k ey   ec o n o m ic   in d icato r s ,   in c lu d in g   NPC   an d   C OE ,   wh il e  b en ch m ar k in g   Mo r o cc o ’ s   C OE   ag ain s t  o th er   d ev elo p in g   co u n tr ies  to   p r o v id e  d ee p e r   in s ig h ts   in to   th e  co s ts   as s o ciate d   with   r en ewa b le   en er g y   d e p lo y m e n t   in   th e  ar ea .       2.   M E T H O D    T h is   ap p r o ac h   aim s   to :   i)   Mi n im ize  elec tr icity   co s ts   b y   o p tim izin g   s y s tem   p ar a m eter s ,   in clu d in g   p r o d u ctio n ,   s to r ag e,   an d   en e r g y   co n s u m p tio n   ca p ac ities .   An d   ii)  C o m p ar e  th e  p er f o r m an ce   o f   v ar i o u s   o p tim izatio n   tech n i q u es to   id e n tify   th e  m o s t e f f icien t a n d   s u s tain ab le  en er g y   s y s tem   co n f i g u r atio n .   T h e  m eth o d o lo g ical  f r am ewo r k   f o llo ws th ese  k ey   s tep s :   a.   Data   co llectio n :  Gath er   d ata  s p ec if ic  to   Dak h la’ s   lo ca l  co n d itio n s ,   in clu d in g   s o lar   i r r ad ian ce ,   win d   p o ten tial,  an d   en er g y   lo ad   p r o f iles .     b.   Simu latio n : U s e  to o ls   s u ch   as HO ME R   to   m o d el  an d   e v alu at e  p o ten tial sy s tem   co n f ig u r ati o n s .   c.   Op tim izatio n :  Ap p ly   m eta - h eu r is tic  alg o r ith m s   to   r ef i n e   s o lu tio n s   in   ter m s   o f   ec o n o m ic  v iab ilit y ,   r eliab ilit y ,   an d   s u s tain ab ilit y .   d.   C o m p ar ativ e  an aly s is :  T o   id en tify   th e  id ea l   co n f i g u r atio n ,   ass ess   th e  r esu lts   o f   v ar i o u s   o p tim izatio n   s tr ateg ies.   e.   Valid atio n   an d   r esu lt illu s tr atio n : D is cu s s   an d   v alid ate  th e  r e s u lts .   B y   em p lo y i n g   th is   ap p r o ac h ,   wh ich   co m b in es  a d v an c ed   s im u latio n   to o ls   with   p r o v en   o p tim izatio n   tech n iq u es,  th is   r esear ch   s ee k s   to   p r o v id e  a  tailo r ed   an d   f ea s ib le  en er g y   s o lu tio n   th at  alig n s   with   th e  s p ec if ic  ch ar ac ter is tics   an d   r eq u ir e m en ts   o f   th e  Dak h la  r e g io n .     2 . 1 .     Study   lo ca t io n   T h e  s tu d y   is   co n d u cted   i n   Dak h la,   a  city   in   Mo r o cc o ,   lo ca ted   at  a  latitu d e  o f   2 3 . 7 °  N  a n d   a  lo n g itu d e   o f   1 5 . 9 °   W .   Dak h la   is   k n o w n   f o r   its   ab u n d a n t  s o lar   a n d   wi n d   en e r g y   r eso u r ce s ,   m ak in g   it  an   id ea l  ar ea   f o r   r en ewa b le  en e r g y   p r o jects.   T ab le  2   p r esen ts   m o n t h ly   d ata   o n   win d   s p ee d ,   s o lar   ir r ad ia n ce ,   an d   clea r n ess   in d ex   f o r   Dak h la  city ,   s o u r c ed   f r o m   NASA  v ia  HOM E R   s o f twar e.   So lar   ir r ad ian ce   v ar ies  s ig n if ican tly   th r o u g h o u t  th e  y ea r ,   p ea k i n g   at  7 . 1 2   k W h /m ²/d ay   in   Ap r il  an d   d r o p p in g   to   4 . 0 2   k W h /m ²/d ay   in   Dec em b er ,   with   an   an n u al  av er ag e  o f   5 . 7 6   k W h /m ²/d ay .   T h is   s u g g e s ts   s ig n if ican t  s ea s o n al  v ar iab ilit y ,   with   h ig h er   ir r ad ian ce   in   th e  s p r in g   an d   s u m m er ,   an d   lo wer   v alu es  in   t h e  f all  an d   win ter .   T h e  clea r n ess   in d ex ,   r an g in g   f r o m   0 . 5 7 2   in   J u l y   to   0 . 6 8   in   Ap r il,  r ef lects  th e   p r o p o r tio n   o f   d ir ec t   s u n lig h t   r ea ch i n g   th e  s u r f ac e,   with   clea r er   s k ies  in   th e  s p r in g .   W in d   s p ee d   f o llo ws  a  s im ilar   s ea s o n al  p atter n ,   with   th e  h ig h est  av e r ag e  o f   7 . 1 3   m /s   in   J u ly   an d   th e   lo west  o f   5 . 5 9   m /s   in   No v e m b er ,   r esu ltin g   in   a n   an n u al  a v er ag e   win d   s p ee d   o f   6 . 4 8   m /s .   T h ese  p atter n s   s u g g est  th at  b o th   s o lar   an d   win d   r eso u r ce s   ar e  v ar iab le  b u t  g e n er ally   f a v o r a b le,   s u p p o r tin g   th e   f ea s ib ilit y   o f   a  HE S a t th is   lo ca tio n .       T ab le  2 .   Mo n th ly   a v er ag e  s o la r   ir r ad ian ce ,   clea r n ess   in d ex   a n d   win d   s p ee d   M o n t h s   S o l a r   i r r a d i a n c e   ( k w h / m² / d a y )   C l e a r n e ss  i n d e x   W i n d   s p e e d   ( m/ s)   1   4 . 4 6   0 . 6 4 4   6 . 6 1 0   2   5 . 2 6   0 . 6 5 5   6 . 5 7   3   6 . 3 4   0 . 6 7 5   6 . 7 6   4   7 . 1 2   0 . 6 8   6 . 9 3   5   7 . 1   0 . 6 4 4   6 . 7 3   6   6 . 8   0 . 6 0 9   7 . 0 8   7   6 . 4 3   0 . 5 7 2   7 . 1 3   8   6 . 1 8   0 . 5 8 4   6 . 6 5   9   5 . 7   0 . 5 9 1   6 . 3 1   10   5 . 1 8   0 . 6 2 2   5 . 6 4   11   4 . 5 7   0 . 6 4 3   5 . 5 9   12   4 . 0 2   0 . 6 1 3   5 . 7 9   A n n u a l   5 . 7 6   0 . 6 2 8   6 . 4 8       2 . 2 .     L o a d pro f ile   T h e  h y b r id   m o d el   co n f ig u r at io n s   d ev elo p ed   in   th is   s tu d y   ar e  s p ec if ically   d esig n e d   to   s atis f y   th e  en er g y   r eq u ir e m en ts   o f   a   co m m u n ity   th at  in cl u d es  2 0   L E D  s tr ee tlig h ts ,   8 0   h o u s eh o ld s ,   a  s m all  co m m er cial  s h o p ,   a  s ch o o l,  an d   a  h ea lth   c en ter   as  d etailed   in   T ab le  3 .   T h e  to tal  av er ag e   d aily   elec tr ici ty   co n s u m p tio n   f o r   th e  8 0   h o u s eh o ld s   is   esti m ated   at  9 9 6   k W h ,   with   ea c h   h o u s eh o ld   c o n s u m in g   ap p r o x im ately   1 2 . 4 5   k W h .   T h e   2 0   L E D  s tr ee tlig h ts   co llectiv ely   co n s u m e  2 4   k W h /d ay ,   wh il e  th e  s m all  co m m er cial  s h o p   a n d   th e  s ch o o l  ea c h   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:   2088 - 8 7 0 8         E va lu a tin g   th e  fe a s ib ilit y  o f a   p h o to v o lta ic - w in d - d iesel - b a tt ery  h yb r id   …   ( S a r a   F e n n a n e )   2659   r eq u ir e  2 8   k W h /d ay .   T h e  h ea lth   ce n ter ' s   d aily   en er g y   co n s u m p tio n   is   2 4 . 4 8   k W h .   C o n s eq u en tly ,   th e  m icr o g r id   s er v in g   th is   co m m u n ity   is   p r ed icted   to   h a v e  an   a v er ag e  p o wer   lo ad   o f   1 , 0 9 7 . 6 2   k W h ,   with   a  p ea k   d em an d   o f   4 0 0   k W ,   p lu s   a n   ad d itio n al  5 %  v ar iab ilit y   to   ac co m m o d ate  f lu ctu atio n s   in   lo a d   d em an d   th r o u g h o u t t h e  y ea r .   Fig u r e  1   i llu s tr ates th e  av er ag e  en er g y   c o n s u m p tio n   o f   th e  co m m u n ity .       T ab le  3 .   Qu a n tity   an d   r atin g   o f   p o wer - c o n s u m in g   ap p lia n ce s   f o r   v a r io u s   s ec to r s   S e c t o r   Q u a n t i t y   A p p l i a n c e   R a t i n g   ( W )   U t i l i z i n g   t i m e   ( h )   D a i l y   e l e c t r i c i t y   d e m a n d   ( k W h / d a y )   R e si d e n t i a l   c o mm i n u t y   80   A i r   c o n d i t i o n e r s   5 0 0   8   4   F r i d g e   2 0 0   24   4 . 8   Te l e v i si o n   1 0 0   4   0 . 8   W a sh i n g   m a c h i n e   4 0 0   0 . 7 5   0 . 3   P h o n e   c h a r g e r   5   2   0 . 0 3   C o m p u t e r s   30   2   0 . 1 2   Li g h t   b u l b s   60   8   2 . 4   S mal l   c o mm e r c i a l   s h o p s   1   A i r   c o n d i t i o n e r s   5 0 0   8   4   S mal l   r e f r i g e r a t o r s   2 0 0   24   4 . 8   B i g   r e f r i g e r a t o r s   5 0 0   24   12   Li g h t i n g   1 2 0   12   7 . 2   H e a l t h   c e n t e r   1   A i r   c o n d i t i o n e r s   5 0 0   8   4   R e f r i g e r a t o r s   5 0 0   24   12   D e sk t o p   c o m p u t e r   30   8   0 . 4 8   Li g h t i n g   1 0 0   8   8   S c h o o l   1   C e i l i n g   F a n   30   7   4 . 2   Li g h t i n g   20   4   3 . 6   Te l e v i si o n   80   8   0 . 6 4   F r i d g e   2 0 0   6   1 . 2   P r i n t e r   2 5 0   2   0 . 5   D e sk t o p   c o m p u t e r   2 0 0   5   3   A i r   c o n d i t i o n e r s   5 0 0   8   12   S t r e e - l i g h t s   20   Li g h t i n g   1 0 0   12   24           Fig u r e  1 .   Ho u r ly   elec tr ical  lo a d   d em an d   p r o f ile       2 . 3 .     H y brid ener g y   s y s t em   mo delin g   2 . 3 . 1 .   P V  mo delin g   T h e  PV sy s tem 's o u tp u t p o wer   ( PP V)   at  tim e  t c an   b e  ca lcu la ted   u s in g   ( 1 ) .      ( ) =  × ( ) × × × × [ 1 − × ( ( ) − ) − × ( ) × (  − 20 800 ) ( 1 − ) ]   ( 1 )     2 . 3 . 2 .   Wind   t urbin e  m o delin g   T h e  win d   tu r b in e  ( PW T )   s y s tem ' s   g en er ated   p o wer   at  tim e  t  is   d eter m in ed   as ( 2 ) .      =  × { 0   ( ) ≤ −                   ( ) ≥ −  ( ) − −  − −   −  < ( ) <         < ( ) <     −    ( 2 )   1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h 0 20 40 60 80 100 120 140 160 T im e   (h ) Esti m a ted   c o n su m p ti o n   (KW h ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 6 5 5 - 2 6 6 8   2660   2 . 3 . 3 .   Diesel g ener a t o r  m o de lin g   T h e  f o llo win g   f o r m u la  r e p r esen ts   th e  d iesel g en er ato r ' s   f u el  co n s u m p tio n :      ( ) =  +  −      ( 3 )     2 . 3 . 4 .   B a t t er y   m o delin g   T h e  b atter y   s y s tem   is   a  c r u cia l  elem en t  in   is o lated   m icr o g r i d s ,   s er v in g   as  a  p o wer   s o u r ce   wh en   s o lar   r ad iatio n   o r   win d   s p ee d   is   u n av ailab le.   T h e   d aily   lo a d   en e r g y   an d   th e   am o u n t  o f   tim e  n e ed ed   to   s u p p ly   th is   lo ad   f r o m   th e  b atter y   b a n k   ar e   u s ed   to   d eter m in e  th e  b atter y   ca p ac ity .     = ×  × ×     ( 4 )     2 . 4 .     O bje ct iv e  f un ct io n   T h e  p r im ar y   o b jectiv e  o f   th e  o p tim izatio n   p r o b lem   p r esen ted   in   th is   s tu d y   is   to   m in im iz e  th e  C OE   wh ile  ac h iev in g   an   o p tim al  s y s tem   co n f ig u r atio n   i n   ter m s   o f   co s t.  T h e   C OE ,   d ef in e d   as  an   o b jectiv e  f u n ctio n ,   is   d ir ec tly   in f l u en ce d   b y   th e   NPC ,   wh ich   en co m p ass es  in v estme n t,  O& M,   an d   r ep lace m en t  co s ts .   T h e   n et   p r esen t c o s t o f   th e   s y s tem   is   ca lcu lated   as ( 5 )      =  +  + +  +      ( 5 )     T h ese  co s ts   ca n   b e  d eter m in e d   u s in g   th e  f o llo win g   ca lcu latio n s :      =  (  + &  × ( ( 1 + ) − 1 ( 1 + ) ) )       ( 6 )      =  (  + &  × ( ( 1 + ) − 1 ( 1 + ) ) )     ( 7 )     = + & × ( ( 1 + ) − 1 ( 1 + ) ) + × ∑ ( 1 + 1 ( 1 + )  )  − 1 = 1         ( 8 )      =  + &  × ( ( 1 + ) − 1 ( 1 + ) ) +  × ∑ ( 1 + 1 ( 1 + )  )  − 1 = 1     ( 9 )     T h e  co s t  o f   en e r g y   ( C OE )   is   th e  av e r ag e  c o s t  o f   p r o d u cin g   ea ch   k W h   o f   elec tr icity ,   it   ca n   b e   d eter m in e d   u s in g   th e  ( 1 0 )      =  ∑ 8760 ℎ = 1 ×      ( 1 0 )     T h e  an n u al  p r esen t v al u e  o f   e q u al  ca s h   f lo ws is   d eter m in ed   u s in g   C R F.  T h e  C R F is   g iv en   b y   [ 2 8 ] :      = ( 1 + ) ( 1 + ) − 1     ( 1 1 )     2 . 5 .     O ptim iza t io n a lg o rit hm s   a n d t o o l   Op tim izatio n   alg o r ith m s   ar e  c r u cial  f o r   d esig n in g   r eliab le   a n d   co s t - ef f icien t  s y s tem s   b y   i d en tify in g   th e  b est  co n f ig u r atio n   f r o m   a   s et  o f   f ea s ib le  o p tio n s .   T h ey   m in im ize  co s ts ,   s u ch   as  ca p ital,  o p er atio n ,   a n d   m ain ten an ce   ex p en s es,  wh ile  m ee tin g   r eliab ilit y   co n s tr ain ts   lik e  u n in ter r u p ted   p o wer   s u p p ly .   Usi n g   m eth o d s   lik e  h eu r is tic  o r   d eter m in is tic  ap p r o ac h es,  th ese  alg o r ith m s   b alan ce   co s t  an d   p er f o r m a n c e,   en s u r in g   r o b u s t   an d   s u s tain ab le  s y s tem   d esig n s .   T ab le  4   p r o v id es  an   o v er v iew  o f   s ev er al  o p tim izatio n   m eth o d s   an d   to o ls .   Fig u r e  2   o u tlin es  t h e  m eth o d o lo g y   f o r   d esig n in g   an d   o p tim i zin g   a   HR E S.  T h e  p r o ce s s   in v o lv es  d e f in in g   th e   s tu d y   ar ea ,   co llectin g   clim atic  d ata  ( e. g . ,   s o lar   r a d iatio n ,   win d   s p ee d ) ,   estab lis h in g   th e  lo ad   p r o f ile,   s im u latin g   s y s tem   co n f ig u r atio n s ,   o p ti m izin g   f o r   tech n ical   an d   e co n o m ic   f ea s ib ilit y ,   a n d   s elec tin g   th e   o p tim al  co n f ig u r atio n .   T ab le  5   o u tlin es  th e  ec o n o m ic  d ata  u s ed   i n   th is   s tu d y   f o r   Da k h la  city   in   Mo r o cc o .   T h e   HOM E R   s im u latio n   r esu lts   p r o v id e  d etailed   ec o n o m ic  o u t p u ts ,   in clu d in g   s y s tem   co s ts   d er iv ed   f r o m   ca p ital   in v estme n t,  co m p o n e n t  r e p la ce m en t  co s ts ,   an d   an n u al  o p er atio n   an d   m ai n ten an ce   ex p en s es.  T ab les  6 - 8  p r o v id e   th e  p s eu d o co d e  f o r   th e  alg o r ith m s   d is cu s s ed .   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:   2088 - 8 7 0 8         E va lu a tin g   th e  fe a s ib ilit y  o f a   p h o to v o lta ic - w in d - d iesel - b a tt ery  h yb r id   …   ( S a r a   F e n n a n e )   2661   T ab le  4 .   o p tim izatio n   m eth o d s   an d   to o ls   R e f .   A l g o r i t h m e s/ T o o l   D e f i n i t i o n   A d v a n t a g e s   [ 2 9 ]   PSO   A n   o p t i mi z a t i o n   met h o d   i n sp i r e d   b y   t h e   so c i a l   b e h a v i o r   o f   b i r d s  a n d   f i s h ,   w h e r e   e a c h   " p a r t i c l e "   e x p l o r e s  t h e   s e a r c h   s p a c e   a n d   s h a r e s   i n f o r mat i o n .   -   S i mp l e   t o   i mp l e m e n t   a n d   u n d e r st a n d .   -   R a p i d   c o n v e r g e n c e   t o w a r d s a n   o p t i mal   s o l u t i o n .   -   A d a p t a b l e   t o   a   v a r i e t y   o f   o p t i m i z a t i o n   p r o b l e ms.   [ 4 ]   GA   A n   a l g o r i t h m  i n s p i r e d   b y   t h e   p r o c e ss  o f   n a t u r a l   sel e c t i o n ,   w h e r e   p o p u l a t i o n s  o f   i n d i v i d u a l s   ( p o t e n t i a l   s o l u t i o n s)   e v o l v e   t h r o u g h   sel e c t i o n ,   c r o ss o v e r ,   a n d   m u t a t i o n   p r o c e sses.   -   S t r o n g   a b i l i t y   t o   e x p l o r e   l a r g e   sea r c h   s p a c e s.   -   Ef f e c t i v e   f o r   c o m p l e x   p r o b l e ms   w i t h   m u l t i p l e   l o c a l   o p t i m a .   -   F l e x i b l e   a n d   r o b u st .   [ 3 0 ]   SA   A n   o p t i m i z a t i o n   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   t h e   p h y s i c a l   p r o c e s s   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   m a t e r i a l s   t o   r e a c h   a   s t a b l e   s t a t e ,   t h e r e b y   s e e k i n g   a n   o p t i m a l   s o l u t i o n .   -   Ef f e c t i v e   a t   a v o i d i n g   l o c a l   m i n i ma .   -   W e l l - s u i t e d   f o r   n o n l i n e a r   a n d   l a r g e - s c a l e   p r o b l e m s .   -   S i mp l e   t o   i mp l e m e n t   a n d   u n d e r st a n d .   [ 3 1 ]   H O M ER   A  s o f t w a r e   t o o l   d e s i g n e d   f o r   o p t i m i z i n g   t h e   d e s i g n   o f   m i c r o g r i d s ,   p a r t i c u l a r l y   i n   t h e   c o n t e x t   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   s y s t e m s .   I t   e v a l u a t e s   v a r i o u s   c o n f i g u r a t i o n s   a n d   e n e r g y   g e n e r a t i o n   t e c h n o l o g i e s .   - T a i l o r e d   f o r   r e n e w a b l e   e n e r g y   s y s t e m   o p t i m i z a t i o n .     -   D e l i v e r s   p r e c i s e   e c o n o m i c   a n d   t e c h n i c a l   a n a l y ses .   - R e n o w n e   f o r   e f f i c i e n t   m i c r o g r i d   mo d e l i n g .           Fig u r e  2 .   Flo wch ar t  o f   th e   HOM E R   s o f twar e  p r o ce s s       T ab le  5 .   E c o n o m ic  i n p u t  d ata   V a r i a b l e   V a l u e   D i sco u n t   r a t e   8%   I n f l a t i o n   2%   P r o j e c t   l i f e t i me   2 5   y e a r s       T ab le  6 .   T h e  p s eu d o - co d e  o f   P SO  a lg o r ith m   P seu d o - c o d e   o f   P S O   a l g o r i t h m   1 :   I n i t i a l i z a t i o n :   2 :           R a n d o ml y   i n i t i a l i z e   t h e   p o si t i o n s   a n d   v e l o c i t i e s  o f   a l l   p a r t i c l e s.   3 :           E v a l u a t e   t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   f o r   e a c h   p a r t i c l r   f ( x i ).   4 :           S e t   e a c h   p a r t i c l e ’ s  p e r so n a l   b e s t   p be s t ,   i =x i   .   5 :           S e t   t h e   g l o b a l   b e st   g b e s t = mi n ( f ( x i ) ) .   6 :   R e p e a t   u n t i l   t h e   st o p p i n g   c o n d i t i o n   i s sa t i sf i e d :   7 :             ( a )   F o r   e a c h   p a r t i c l e   i :   8 :                         U p d a t e   t h e   v e l o c i t y   v i  u si n g   t h e   f o r m u l a :             v i  =   w . v i +c 1 .r 1 . (   p be s t ,   i   -   x i ) + c 2 .r 2 . (   g b e s t   -   x i )   9 :                         U p d a t e   t h e   p o s i t i o n     x i   =   x i   +   v i   1 0 :                     E v a l u a t e   f ( x i ).   1 1 :                     I f   f ( x i )   <   f ( p b e s t ,   i ):   1 2                                   U p d a t e   p be s t ,   i =x i   1 3 :                     I f   f ( x i )   <   f ( g b e s t ,   i ):   1 4 :                                 U p d a t e   g be s t ,   i =x i   1 5 :                     E n d   f o r   1 6 :   E n d   R e p e a t .   1 7 :   R e t u r n   t h e   g l o b a l   b e st   so l u t i o n   g be s t   .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 6 5 5 - 2 6 6 8   2662   T ab le  7 .   T h e  p s eu d o - co d e  o f   GA  alg o r ith m   P seu d o - c o d e   o f   G A   a l g o r i t h m   1 :   I n i t i a l i z a t i o n :   2 :           G e n e r a t e   a n   i n i t i a l   p o p u l a t i o n   o f   si z e   N .   3 :           E v a l u a t e   t h e   f i t n e ss  o f   e a c h   i n d i v i d u a l   i n   t h e   p o p u l a t i o n .   4 :   R e p e a t   u n t i l   t h e   st o p p i n g   c o n d i t i o n   i s sa t i sf i e d :   5 :               ( a )   S e l e c t i o n :   6 :                         S e l e c t   p a r e n t s  b a s e d   o n   t h e i r   f i t n e ss             v i  =   w . v i +c 1 .r 1 . (   p be s t ,   i   -   x i ) + c 2 .r 2 . (   g b e s t   -   x i )   7 :               ( b )   C r o ss o v e r :   8 :                       C o m b i n e   g e n e s  o f   t h e   se l e c t e d   p a r e n t s   t o   p r o d u c e   o f f   sp r i n g .                                       A p p l y   c r o sso v e r   w i t h   a   p r o b a b i l i t y   P c .   9 :               ( c )   M u t a t i o n :   1 0 :                           M u t a t e   g e n e s  o f   t h e   o f f   s p r i n g   w i t h   a   p r o b a b i l i t y   P m .   1 1 :           ( d )   R e p l a c e m e n t :   1 2 :                               R e p l a c e   t h e   w o r st   i n d i v i d u a l s i n   t h e   p o p u l a t i o n   w i t h   t h e   n e w   o f f   sp r i n g .   1 3 :             ( e )   E v a l u a t e   t h e   f i t n e ss  o f   t h e   u p d a t e   p o p u l a t i o n .       1 4 :   E n d   R e p e a t .   1 5 :   R e t u r n   t h e   g l o b a l   b e st   so l u t i o n   g be s t   .       T ab le  8 .   T h e  p s eu d o - co d e  o f   S A  alg o r ith m   P seu d o - c o d e   o f   S A   a l g o r i t h m   1 :   I n i t i a l i z a t i o n :   2 :           E v a l u a t e   t h e   c o st   o f   S ,   i e ,   c o st ( S ) .   3 :           S e t   t h e   i n i t i a l   t e mp e r a t u r e   T.   5 :           S e t   t h e   c o o l i n g   r a t e   α .   6 :   R e p e a t   u n t i l   t h e   st o p p i n g   c o n d i t i o n   i s sa t i sf i e d :   7 :             ( a )   G e n e r a t e   a   n e w   s o l u t i o n   S ne w   b y   p e r t u r b i n g   S :   8 :             ( b )   E v a l u a t e   c o st ( S n e w ).   9 :             ( c )   I f   c o st ( S ne w ) < c o st ( S ) :   1 0 :                                 S e t   S = S ne w   1 1 :           ( d )   E l se :   1 2               A c c e p t   S n e w   w i t h   p r o b a b i l i t y   P = e x p ( - Δ c o st / T)                                         W h e r e   Δ c o s t =   c o st ( S ne w ) - c o s t ( S )   1 4 :             ( e )   U p d a t e   t e m p e r a t u r e   T =   T .   α   1 6 :   E n d   R e p e a t .   1 7 :   R e t u r n   t h e   g l o b a l   b e st   so l u t i o n   f o u n d .       2 . 6 .     T he  s y s t em   co m po nents sp ec if ica t io ns   Fig u r e  3   s h o ws  a  h y b r id   en er g y   s y s tem   co m b in in g   a lter n ati n g   cu r r en t   ( AC )   an d   d ir ec t  c u r r en t  ( DC )   p o wer   s o u r ce s   to   m ee t  th e  c o m m u n ity ' s   en er g y   n ee d s .   I t  in clu d es  a  g en er at o r   an d   win d   tu r b in e  o n   th e  AC   s id e,   co n n ec ted   t o   an   in v er ter   ( XT H  8 0 0 0 - 4 8 )   th at  m an a g es e n er g y   f lo w.   On   th e  DC   s id e,   a  s o lar   p h o to v o ltaic   s y s tem   ( Fro n 2 0 )   an d   a  b atter y   s to r ag e   u n it   ( H3 0 0 0 )   s to r e   an d   s u p p ly   p o wer .   T h e   s y s tem   h an d les  an   av er a g e   d aily   co n s u m p tio n   o f   1 , 0 9 7 . 6 2   k W h   an d   a  p ea k   lo ad   o f   2 2 6 . 9 1   k W ,   en s u r in g   r eliab le  en er g y   s u p p ly   f r o m   r en ewa b le  s o u r ce s   an d   c o n v e n tio n al  g en er atio n .   T ab le  9   h i g h lig h ts   th e  co s t  an d   life s p an   d if f er en ce s   am o n g   th e  v ar io u s   s y s tem   co m p o n e n t s .           Fig u r e  3 .   Hy b r id   s y s tem     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:   2088 - 8 7 0 8         E va lu a tin g   th e  fe a s ib ilit y  o f a   p h o to v o lta ic - w in d - d iesel - b a tt ery  h yb r id   …   ( S a r a   F e n n a n e )   2663   T ab le  9 .   E c o n o m ic  s p ec if icati o n s   f o r   ea c h   elem en t  o f   th e  H E S   P a r a me t e r s   PV   W i n d   T u r b i n e   G e n e r a t o r   d i e s e l   B a t t e r y   C o n v e r t e r   R a t e d   c a p a c i t y   ( k W )   2 0     10   10   7 . 1 5   8   C a p i t a l   c o st   ( $ )   3 0 0 0     1 5 0 0 0   5 0 0 0   1 2 0 0   3 0 0   R e p l a c e m e n t   ( $ )   3 0 0 0     1 5 0 0 0   5 0 0 0   8 4 0   3 0 0   O &M   ( $ / y e a r )   1 0     75   0 . 3   12   70   Li f e t i me   ( y e a r s)   2 5     25   1 5 0 0 0   20   10       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    T ab le  1 0   s u m m a r izes  th e  m o s t  f ea s ib le  HR E S  co n f ig u r atio n s   th at  m ee t  th e  d esig n   co n s tr ai n ts   s et  b y   th e  s y s tem   d esig n er .   T h e  co n f ig u r atio n s   ar e  r an k e d   in   ascen d in g   o r d er   b ased   o n   th eir   c o s t  o f   en e r g y   ( C OE ) ,   with   th e  to p   f o u r   o p tio n s   b ein g   th e  m o s t  co s t - ef f ec tiv e   an d   r ec o m m e n d ed   f o r   im p l em en tatio n .   T h ese   co n f ig u r atio n s   d if f er   i n   th eir   tech n o lo g ical  co m b in atio n s ,   wh ich   in clu d e  win d ,   PV,  d iesel,  an d   b atter y   co m p o n en ts .   T h e  s izes  o f   th e   PV  s y s tem s   r an g e  f r o m   0   to   2 0   k W ,   wh ile  win d   t u r b in e   c ap ac ities   v ar y   f r o m     2 9   to   3 6   k W .   T wo   o f   th e  co n f ig u r atio n s   in c o r p o r ate  d iesel  g en er ato r s ,   wh ile  th e  o th er   t wo   r ely   en tire ly   o n   r en ewa b le  en e r g y   s o u r ce s ,   wit h   b atter y   ca p ac ities   r an g i n g   f r o m   1 1 , 0 2 5   to   1 6 , 1 7 0   u n its .   T h e  n et  p r esen t  co s t  ( NPC )   o f   th ese  s y s tem s   r an g es  f r o m   $ 8 2 0 , 6 5 6   to   $ 8 9 0 , 8 9 0 ,   with   C OE s   b etwe en   $ 0 . 1 5 8   an d   $ 0 . 1 7 2   p er   k W h .   T h e  tab le  also   in cl u d es  in itial  an d   o p er atin g   co s ts ,   th e  r e n e wab le  f r ac tio n   ( 1 0 0 %  f o r   all  co n f ig u r atio n s ) ,   a n d   to tal  f u el  co n s u m p tio n ,   w h ich   is   ze r o   in   s y s tem s   with o u t a   d i esel g en er ato r .   T ab le  1 1   d etails  th e   an n u al  el ec tr icity   p r o d u ctio n   in   th e   h y b r id   s y s tem ,   to talin g   3 9 9 , 5 6 4   k W h .   W in d   tu r b in es  ( g e n er ic  1 0   k W )   d o m in ate  with   3 5 3 , 4 1 6   k W h   ( 8 8 . 5 %),   m a k in g   win d   th e  p r i m ar y   en e r g y   s o u r ce .   PV  p an els  ( Fro n iu s   Sy m o   2 0 . 0 - 3 - M)   ad d   4 6 , 0 0 3   k W h   ( 1 1 . 5 %),   wh ile  th e  d iesel  g en e r a to r ,   u s ed   o n ly   as  a  b ac k u p ,   co n tr ib u tes  a  n eg lig ib le  1 4 5   k W h   ( 0 . 0 3 6 %).   T h is   h ig h lig h ts   th e  s y s tem 's  h ea v y   r elian ce   o n   win d   en er g y ,   with   s o lar   as a   s ec o n d ar y   s o u r ce   a n d   m i n im al  d iesel b ac k u p .         T ab le  1 0 .   T h e  m o s t f ea s ib le  HR E S c o n f ig u r atio n s     W i n d / D i e s e l / B a t t e r y   P V / W i n d / D i e s e l / B a t t e r y   W i n d / B a t t e r y   P V / W i n d / B a t t e r y   P V   ( k W )   -   20   -   20   W i n d   t u r b i n e   ( k W )   33   29   34   36   G e n e r a t o r   ( k W )   10   10   -   -   B a t t e r y   1 6 1 7 0   1 3 4 4 0   1 3 5 4 5   1 1 0 2 5   C o n v e r t e r   ( k W )   1 8 8   1 8 9   1 9 8   1 9 9   N P C   ( $ )   8 2 0 6 5 6   8 2 9 3 8 0   8 4 2 9 4 0   8 9 0 8 9 0   C O E  ( $ )   0 . 1 5 8   0 . 1 6 0   0 . 1 6 3   0 . 1 7 2   I n i t i a l   c o s t   ( $ )   5 7 1 7 8 7   5 8 0 6 5 9   5 8 2 3 1 4   6 2 7 2 9 8   O p e r a t i n g   c o st   ( $ )   1 9 2 5 1   1 9 2 4 0   2 0 1 6 1   2 0 3 9 0   R e n   F r a c   ( %)   1 0 0   1 0 0   1 0 0   1 0 0   To t a l   F u e l   ( L/ y e a r )   5 6 . 1   5 4 . 9   -   -       T ab le  1 1 .   T h e  en e r g y   p r o d u cti o n   f r o m   ea ch   co m p o n en t  o f   th e  h y b r i d   s y s tem   an d   its   p er ce n tag es   P r o d u c t i o n   k W h / y e a r   %   F r o n i u s   sy m o   2 0 . 0 - 3 - M   w i t h   g e n e r i c   PV   4 6 0 0 3   1 1 . 5   G e n e r i c   1 0   k W   f i x e d   c a p a c i t y   g e n s e t   1 4 5   0 . 0 3 6   G e n e r i c   1 0   kW   3 5 3 4 1 6   8 8 . 5   To t a l   1 3   0 8 4   1 0 0       Fig u r e  4   p r o v id es a   d etailed   b r ea k d o wn   o f   th e  r en ewa b le  en e r g y   s y s tem ' s   co s t  s tr u ctu r e.   I t h ig h lig h ts   th e  s y s tem ' s   h ig h   in itial  ca p it al  in v estme n t,  p r im ar ily   d u e  t o   th e  p r o cu r em en t  an d   in s tallatio n   o f   r en ewa b le   en er g y   c o m p o n en ts .   T h e  r e p l ac em en t  co s ts ,   th o u g h   m o d er ate,   ar e  n ec ess ar y   o v er   t h e  s y s tem 's  life s p an   to   m ain tain   ef f icien c y   an d   r eliab ilit y .   Op er atin g   a n d   m ai n ten a n ce   ex p e n s es  r em ain   m in im al ,   r ef lectin g   t h e  lo w   u p k ee p   r e q u ir em e n ts   o f   r en e wab le  tech n o l o g ies.  Ad d itio n ally ,   f u el   co s ts   ar e   n eg lig i b le,   r ein f o r cin g   th e   s y s tem ' s   co m p lete  d ep en d en c e  o n   r en ewa b le  s o u r ce s .   A  s m all  s alv ag e  v alu e   is   an ticip a ted   at  th e  e n d   o f   t h e  s y s tem ' s   o p er atio n al  life ,   f u r th er   s u p p o r tin g   its   lo n g - ter m   ec o n o m ic  v iab ilit y   an d   s u s tain ab ilit y   Fig u r e  5   illu s tr ates  th e  m o n th l y   av er ag e   elec tr icity   p r o d u cti o n   f r o m   th e  HE S,  s h o win g   co n tr ib u tio n s   f r o m   th r ee   s o u r ce s :  win d   t u r b in es  ( G1 0 ) ,   PV  s o lar   p a n els  ( Fro n 2 0 ) ,   an d   a  d iesel  g en e r ato r   ( Gen ) .   T h e  win d   tu r b in es  ( r e p r esen ted   b y   th e   o r an g e  b ar s )   co n s is ten tly   p r o v i d e  th e  m ajo r ity   o f   elec tr icity   t h r o u g h o u t  th e  y ea r ,   r ef lectin g   th eir   d o m in an t  r o le   in   th e  s y s tem .   Pro d u ctio n   is   f air ly   s tab le,   with   a  s lig h t  p ea k   in   th e  s u m m er   m o n th s ,   p a r ticu lar ly   in   J u ly ,   wh en   win d   e n er g y   r ea c h es  its   h ig h est  lev el.   So la r   PV  p an e ls   ( s h o wn   in   g r ee n )   co n tr ib u te   a  s m aller   b u t   s tead y   am o u n t   ea ch   m o n th ,   alig n in g   with   th eir   1 1 . 5 %  s h a r e  o f   to tal  a n n u al   p r o d u ctio n .   Fin ally ,   t h e  d iesel   g en e r ato r   ( in d icate d   b y   th e   s m all  b r o w n   s eg m e n ts   at  th e   b o tto m   o f   th e  b a r s )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :   2 6 5 5 - 2 6 6 8   2664   p lay s   a  m in im al  r o le,   p r o d u cin g   o n ly   a  n e g lig ib le  am o u n t o f   elec tr icity ,   lik ely   r eser v ed   f o r   em er g en cy   b ac k u p   u s e.   Ov er all,   th e   s y s tem   r elies  h ea v ily   o n   win d   e n er g y ,   with   s o lar   p lay in g   a   s ec o n d ar y   r o l e  an d   t h e  g e n er ato r   u s ed   s p ar in g ly .     T h e  im p lem en tatio n   an d   e x e cu tio n   o f   th e  h eu r is tic  alg o r ith m s   ar e  ca r r ied   o u t  u s in g   MA T L AB   s o f twar e,   wh ich   p r o v id es  a  r o b u s t  co m p u tatio n al   en v ir o n m en t  f o r   o p tim izatio n   task s .   T h e  alg o r ith m s   ar e   co d ed   a n d   e x ec u ted   with in   MA T L AB ’ s   d ed icate d   o p tim i za tio n   to o lb o x   a n d   c u s to m   s cr ip t  f iles ,   en s u r in g   ef f icien t  co m p u tatio n   a n d   r esu lt  an aly s is .   T ab le  1 2   p r esen ts   th e  k ey   p ar am eter   s ettin g s   f o r   th e  th r ee   h eu r is tic   alg o r ith m s   PS O,   GA,   an d   SA.   T h ese  p a r am eter s ,   in cl u d in g   p o p u latio n   s ize,   m u tatio n   r ate,   co o lin g   s ch ed u le,   an d   in er tia  weig h t,  ar e   ca r ef u lly   s elec ted   to   b ala n ce   co n v er g en ce   s p ee d   an d   s o lu tio n   ac cu r ac y ,   th er eb y   o p tim izin g   th e  p er f o r m an ce   o f   ea ch   alg o r ith m           Fig u r e  4 .   C ash   f lo w  f o r   th e  c h o s en   s o lu tio n           Fig u r e  5 .   Av e r ag e  m o n th ly   elec tr ical  o u tp u t f r o m   th e  o p tim al   co n f ig u r atio n   s y s tem       T ab le  1 2 .   T h e  th r ee   alg o r ith m s '   p ar am eter   v alu es   P a r a me t e r   v a l u e s   PSO   GA   SA   P o p u l a t i o n   s i z e   25   10   10   P e r so n a l   l e a r n i n g   c o e f f i c i e n t   2 . 0 1   -   -   I n e r t i a   w e i g h t   d a m p i n g   r a t i o   0 . 9   -   -   G l o b a l   l e a r n i n g   c o e f f i c i e n t   1 . 9 2   -   -   I n e r t i a   w e i g h t   0 . 9 5   -   -   To t a l   n u m b e r   o f   i t a r a t i o n s   1 0 0   1 0 0   1 0 0 0   G e n e r a t i o n s   -   20   -   G e n e r a t i o n   g a p   -   0 . 9   -   P r o b a b i l i t y   o f   M u a t i o n   -   0 . 0 4 7 7   -   C r o ss o v e r   p o i n t s   -   2   -   C r o ss o v e r   p r o b a b i l i t y   -   0 . 7   -   N u mb e r   o f   n e i g h b o r s  p e r   i n d i v i d u a l   -   -   5   I n i t i a l   t e m p e r a t u r e   -   -   1 0 0   C o o l i n g   p a r a me t e r s   -   -   0 . 9 7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.