Hoe kan een energieopslagsysteem de spanningsstabiliteit van een zelf-geïnduceerde generator regelen tijdens belastingvariaties?

In de beschreven studie wordt het ontwerp van een energieopslagsysteem met een batterij gepresenteerd, gericht op het reguleren van de uitgangsspanning van een zelf-geïnduceerde inductiegenerator (SEIG) bij belastingvariaties. Dit systeem maakt gebruik van de Pulsbreedtemodulatie (PWM)-methode om de lading van de batterij effectief te regelen en de stabiliteit van het systeem te waarborgen.

Wanneer de belasting van het verbruik (de consument) gedurende 3-4 seconden wordt geactiveerd, wordt er een daling van het vermogen waargenomen dat naar de dumpload wordt overgedragen. De spanning op het punt van gemeenschappelijke koppeling (PCC) daalt dan naar 390 V, terwijl de frequentie van het systeem afneemt tot 49,46 Hz, beide binnen de aanvaardbare limieten. Gedurende dit interval wordt de belasting van de consument geregeld, met de nadruk op het handhaven van de gewenste systeemspecificaties, zoals spanning en frequentie.

De gebruikte meetapparatuur, zoals de vierkanaals DSOX1204G oscilloscoop, biedt een gedetailleerde analyse van de spanning, belasting en frequentie, waarbij de real-time simulatie een cruciale rol speelt in het verkrijgen van nauwkeurige gegevens. De oscilloscoop volgt nauwkeurig de fluctuaties in de spanning en frequentie tijdens de belastingveranderingen en laat de gebruikers toe de effecten van het systeem op de stabiliteit van de output beter te begrijpen.

Het werk is uitgevoerd op een real-time simulatieplatform met de OP4510 RCP/HIL FPGA-technologie, gekoppeld aan een persoonlijke computer die het MATLAB/Simulink-model integreert voor verdere analyse. De beschreven opstelling maakt het mogelijk om de dynamiek van het systeem in detail te observeren, de invloed van belastingvariaties te meten en de prestaties van het energieopslagsysteem effectief te testen.

Belangrijk is het gebruik van een ongeregelde gelijkrichter in combinatie met een PWM DC Chopper voor de batterij-oplaadcontrole, wat essentieel is voor het efficiënt leveren van energie aan zowel de consumentbelasting als de loodzuurbatterij. Dit systeem maakt een continue monitoring van de ladingstoestand van de batterij mogelijk, zodat de opladen of ontladen automatisch stopt zodra de vooraf ingestelde drempels worden bereikt. Dit draagt bij aan het behoud van de systeembetrouwbaarheid en zorgt ervoor dat de spanningsniveaus van het busstation en de frequentie binnen de gewenste waarden blijven.

De implementatie van een elektronisch belastingscontroller voor zelf-geïnduceerde inductiegeneratoren wordt als bijzonder geschikt beschouwd voor toepassingen in afgelegen gebieden, zoals kleine micro-hydrogeneratoren. De controlemethoden zorgen ervoor dat zelfs bij grote belastingschommelingen de stabiliteit van het systeem gewaarborgd blijft. Het onderzoek toont de effectiviteit van deze systemen aan voor energielevering in isolerende omgevingen.

Hoe kan het voorgestelde CET-IG-schema de prestaties van een driefasige inductiegenerator verbeteren bij het voeden van een enkelvoudige belasting?

Het voorgestelde schema voor de inductiegenerator (IG) is ontworpen om het functioneren van een driefasige inductiegenerator te verbeteren, met een focus op het leveren van een enkelvoudige belasting met behulp van een combinatie van condensatoren en een twee-port systeem. De relaties tussen de positieve, negatieve en nulvolgorden van de stromen en spanningen worden geïdentificeerd aan de hand van een wiskundig model, zoals weergegeven in de vergelijkingen (15.7) en (15.8). De nulvolgordespanning en stroom worden geminimaliseerd om de efficiëntie van het systeem te verbeteren. Door de specifieke eigenschappen van deze sequenties kunnen we de capaciteiten van de condensatoren bepalen, die essentieel zijn voor het balanceren van de fasen en het handhaven van de stabiliteit van het systeem.

De simulaties uitgevoerd op het MATLAB/Simulink-platform bevestigen de effectiviteit van het voorgestelde schema. De resultaten tonen een lichte variatie tussen de berekende en gesimuleerde waarden van de variabele condensatoren, wat duidt op een kleine afwijking in de simulatie, maar de algehele prestaties blijven consistent. De simulatie toont ook het spannings- en stroomgedrag van de generator onder verschillende belastingcondities. Bij geen belasting wordt de spanning van de SEIG (Self-Excited Induction Generator) opgebouwd tot 425 V, die afneemt tot 412 V wanneer de belasting wordt aangesloten, en vervolgens weer toeneemt bij een lage belasting.

De spanningsregeling bij het aangesloten belasting is van groot belang. De terminalspanning wordt geregeld op 237 V (rms) met een belastingstroom van 2,64 A, wat een spanningsregeling van 1,26% oplevert. De actieve vermogensverbruik door de belasting is ongeveer 625,68 W, en de systeemfrequentie wordt gereguleerd tussen 50,15 Hz en 49,35 Hz, afhankelijk van de belastingcondities. Dit toont aan dat het voorgestelde schema de generator in staat stelt om 55% van de belasting te verdragen, wat aanzienlijk bijdraagt aan de stabiliteit van het systeem.

Het succes van dit schema hangt af van de nauwkeurigheid van de capaciteitswaarden en de effectiviteit van de spanningsbalancering. Het gebruik van variabele condensatoren, die afhankelijk zijn van de belasting en de turbine snelheid, is essentieel voor het behoud van een stabiele werking van de generator. De precisie in de berekeningen voor de capaciteiten biedt een solide basis voor het verbeteren van de prestaties van de SEIG bij het leveren van een enkelvoudige belasting, wat verder kan worden verfijnd door middel van verdere simulaties en tests.

Hoe kan Algen-gebaseerde Technologie de Biogas-Upgrading Verbeteren en Duurzame Energie Bevorderen?

Naties die deelnemen aan de Overeenkomst van Parijs hebben hun Nationale Gegeven Bijdragen (NDC's) ingediend, waarin ze hun klimaatplannen en emissiereductiedoelen uiteenzetten. Het gebruik van duurzame biogas-technologieën, inclusief algen-gebaseerde systemen, kan bijdragen aan de inspanningen van landen om hun NDC-verplichtingen te behalen. Veel landen en regio's hebben Hernieuwbare Energie Standaarden geïmplementeerd of hernieuwbare energie-doelen vastgesteld om het aandeel van hernieuwbare bronnen in hun energie-mix te verhogen. Dergelijke beleidsmaatregelen bevorderen het gebruik van biogas en andere hernieuwbare technologieën voor elektriciteitsproductie en warmteproductie.

Algen spelen een cruciale rol in de duurzaamheid van de bio-energieproductie. Ze absorberen CO2 tijdens hun groei en fungeren zo als koolstofputten, die de emissies die vrijkomen bij de verbranding van bio-energie compenseren. Dit resulteert in een bijna neutrale koolstofvoetafdruk. Algen helpen niet alleen bij het verminderen van CO2-emissies, maar leveren ook waardevolle bijproducten die bijdragen aan een circulaire economie en tegelijkertijd economische kansen creëren in verschillende industrieën.

De technologie voor biogas-upgrading via algen bevindt zich nog in een vroege ontwikkelingsfase, maar heeft veel potentieel om de conventionele methoden van biogas-upgrading te vervangen. Fysische en chemische technologieën, zoals PSA (Pressure Swing Adsorption), scrubbing met water/chemische/organische oplosmiddelen, en membraanfiltratie, hebben al succes geboekt bij het verwijderen van CO2, H2S, H2O, en VOC’s (vluchtige organische stoffen). Deze technologieën zijn echter beperkt door hoge investeringskosten, hoge operationele kosten, hoge energieverbruik, milieonadelen en aanzienlijke CH4-verliezen. Algen-gebaseerde biogas-upgrading, aan de andere kant, kan CO2 en H2S tegelijkertijd verwijderen, en ook diverse waardevolle chemicaliën produceren.

Daarnaast is het belangrijk om de juiste lichtintensiteit, temperatuur en pH te beheersen, omdat deze factoren de groei van algen en hun vermogen om CO2 op te nemen beïnvloeden. De overdracht en oplosbaarheid van CO2 uit gas naar vloeistof en de snelheid van het metabolisme van de algen spelen ook een cruciale rol in het succes van het proces. De ontwikkeling van fotobioreactoren, die licht en voedingsstoffen efficiënter kunnen leveren, zal bijdragen aan de verbetering van deze technologie en haar schaalbaarheid.

De toepassing van algen-gebaseerde biogas-upgrading op industriële schaal vereist echter grote stukken land voor de teelt van algen, wat de toepasbaarheid beperkt in vergelijking met conventionele technologieën. Als de technologie verder wordt geoptimaliseerd en geschaald, kan deze echter een belangrijk alternatief bieden voor de huidige duurzamere, energie-intensieve methoden. In de toekomst zal genetische engineering de ontwikkeling van algenstammen versnellen die beter in staat zijn om CO2 op te nemen en met meer efficiëntie methaan te produceren. Ook wordt verwacht dat innovaties in de technologie van fotobioreactoren de algenproductie zullen verbeteren en dat de integratie van algen-gebaseerde upgrading met bestaande biogasystemen meer waarde zal opleveren door het maximaliseren van de herwinning van hulpbronnen.

Hoe het SWOT-model bijdraagt aan de bepaling van energietransitiestrategieën voor duurzame ontwikkeling

De SWOT-analysemethode is een van de meest gebruikte benaderingen voor het bepalen en prioriteren van energiebeleid en strategieën die bijdragen aan duurzame ontwikkeling. Deze methode, die in de jaren 60 en 70 van de vorige eeuw werd ontwikkeld door de Amerikaanse zakenman en managementconsultant Albert Humphrey, wordt tegenwoordig wereldwijd toegepast in verschillende sectoren, waaronder de energiesector. Het primaire doel van de SWOT-analyse is het identificeren van de interne sterktes en zwaktes van een organisatie, evenals de externe kansen en bedreigingen die invloed hebben op de prestaties en succes van een strategie.

Bij het ontwikkelen van energiebeleidsstrategieën voor duurzame energie is de SWOT-analyse een belangrijk instrument. Het biedt inzicht in de interne capaciteiten van een land of organisatie, evenals de externe factoren die van invloed kunnen zijn op het succes van de geïmplementeerde strategieën. Door interne sterktes en zwaktes te evalueren en externe kansen en bedreigingen te identificeren, kan een organisatie beter inspelen op veranderende omstandigheden en haar energiebeleid op een efficiënte en effectieve manier vormgeven.

De interne factoren in een SWOT-analyse zijn de elementen die binnen de controle van een organisatie liggen. Dit kunnen bijvoorbeeld de technologische capaciteiten, het financiële vermogen of de beschikbaarheid van hulpbronnen zijn. Sterktes verwijzen naar de positieve aspecten die de prestaties van het energiebeleid kunnen bevorderen, zoals toegang tot innovatieve technologieën of een solide infrastructuur. Zwaktes daarentegen zijn de interne tekortkomingen, zoals beperkte financiële middelen of inefficiënt gebruik van bestaande energiebronnen, die de uitvoering van de strategie kunnen belemmeren.

Externe factoren, zoals kansen en bedreigingen, kunnen niet door een organisatie worden beïnvloed, maar zijn van cruciaal belang voor de strategische planning. Kansen kunnen bijvoorbeeld voortkomen uit veranderende wetgeving, internationale samenwerkingsverbanden, of de beschikbaarheid van groene financiering. Bedreigingen kunnen echter liggen in politieke instabiliteit, fluctuaties in de energieprijzen of de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen. Het nauwkeurig identificeren van deze externe invloeden helpt bij het ontwikkelen van een robuuste energie-strategie die bestand is tegen onvoorziene omstandigheden.

In een typische SWOT-matrix worden de vier categorieën als volgt ingedeeld:

• Sterkten en kansen (SO): Het benutten van interne sterktes om externe kansen te benutten.

• Sterkten en bedreigingen (ST): Het beschermen van sterktes tegen externe bedreigingen.

• Zwaktes en kansen (WO): Het aanpakken van interne zwaktes om nieuwe kansen te creëren.

• Zwaktes en bedreigingen (WT): Het minimaliseren van zwaktes en bedreigingen door defensieve strategieën te implementeren.

Door deze matrix kunnen beleidsmakers en strategische planners bepalen waar hun energiebeleid de meeste voordelen kan behalen en welke gebieden specifieke aandacht vereisen om risico’s te mitigeren.

Het toepassen van de SWOT-methode in de energiesector is bijzonder waardevol voor de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen. Het helpt niet alleen om de sterktes van een land op het gebied van natuurlijke hulpbronnen, technologie en infrastructuur te benutten, maar ook om te identificeren waar verbetering mogelijk is, zoals het verlagen van de kosten van hernieuwbare energieproductie of het verbeteren van de wet- en regelgeving. Daarnaast helpt het om potentiële bedreigingen, zoals de wereldwijde prijsvolatiliteit van fossiele brandstoffen of de invloed van geopolitieke spanningen, in kaart te brengen, zodat de strategie daarop kan worden aangepast.

Bijvoorbeeld, in sommige landen kan een zwakte zoals een onvolledig gereguleerde energiemarkt de implementatie van een hernieuwbare energiebeleid belemmeren, terwijl de kans om subsidies voor groene technologieën te verkrijgen een belangrijke externe factor is die de energietransitie zou kunnen versnellen. In dergelijke gevallen helpt de SWOT-analyse niet alleen om kansen te identificeren, maar ook om de interne processen te verbeteren die noodzakelijk zijn voor de succesvolle uitvoering van beleid.

De SWOT-methode is dus een essentieel hulpmiddel voor beleidsmakers, bedrijven en andere belanghebbenden bij het ontwikkelen van een energiebeleid dat gericht is op duurzaamheid. Het biedt een gestructureerde manier om zowel interne als externe factoren in overweging te nemen, waardoor de kans op succes aanzienlijk wordt vergroot. Echter, om de verwachte resultaten te bereiken, is het noodzakelijk dat de geïdentificeerde strategieën verder worden geanalyseerd en geprioriteerd met behulp van aanvullende methoden, zoals Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) technieken, die helpen bij het bepalen van de implementatieniveaus van verschillende energiebeheersstrategieën.

Hoe kan geothermische energie uit oudere olievelden effectief worden teruggewonnen?

Geothermische energie uit oudere olievelden biedt een veelbelovende duurzame energieoptie. In veel gevallen wordt de energie uit dergelijke velden gegenereerd door de co-productie van water met olie, wat vaak leidt tot lagere rendementen voor de olieproducenten. Het benutten van deze warmte kan echter de levensduur van een olieveld verlengen en tegelijkertijd bijdragen aan de productie van schone energie. Een voorbeeld hiervan is de toepassing van de organische Rankinecyclus (ORC) en andere thermodynamische systemen die speciaal zijn ontwikkeld om lage temperatuur-geothermische energie te benutten.

In het voorgestelde ontwerp van Li et al. [32], wordt geothermische energie gecombineerd met processen zoals de absorptiekoeling, waarbij het water uit geothermische bronnen wordt gemengd en tot ongeveer 50°C wordt verwarmd. Deze temperatuur is voldoende om de viscositeit van ruwe olie te verlagen, wat het transport vergemakkelijkt. Het terugwinnen van geothermische energie uit het olieveld gebeurt door een zorgvuldig geconfigureerd systeem van verwarming en teruginjectie van geothermisch water, waardoor een aanzienlijk rendement aan energie kan worden herwonnen.

Desondanks zijn er belangrijke uitdagingen bij het benutten van geothermische energie uit oudere olievelden. Veel van de voorgestelde thermodynamische cycli die gebruik maken van lage temperatuur-hitte bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase. Apparatuur zoals turbomachines en efficiënte ejectoren, die essentieel zijn voor de praktische uitvoering van deze technologieën, zijn vaak nog niet volledig ontwikkeld of in productie.

Daarnaast bevindt een groot aantal olie- en gasvelden zich vaak op afgelegen locaties met lage bevolkingsdichtheid, wat leidt tot aanzienlijke energieverliezen tijdens het transport van de opgewekte warmte of elektriciteit naar de eindgebruikers. Een mogelijke oplossing voor dit probleem is de ontwikkeling van co- of polygeneratie-eenheden die de lokaal opgewekte energie direct benutten, waardoor de transmissieverliezen tot een minimum worden beperkt.

De retrofitting van verouderde olievelden voor geothermische warmteherwinning heeft als bijkomend voordeel dat het een bron van lokale, duurzame energie kan zijn. Het aanpassen van oude olievelden voor het gebruik van geothermische energie vereist echter wel goed gedefinieerde beleidsmaatregelen en richtlijnen om het potentieel van deze energiebronnen te beoordelen en de nodige infrastructuur te ontwikkelen. Tot op heden zijn er geen universele richtlijnen of beleidsmaatregelen opgesteld om deze retrofitting op grote schaal te ondersteunen.

Hoewel de technologie voor geothermische energie uit olievelden zich nog in de beginfase bevindt, zijn er verschillende proefprojecten die de haalbaarheid van deze benadering aantonen. Zo wordt de organische Rankinecyclus vaak gekozen als prime mover in deze projecten, vanwege de technologische rijpheid. In diverse proefprojecten in de VS, China en andere landen worden systemen ontwikkeld die elektriciteit genereren uit de herwonnen geothermische warmte, waarbij de energieopbrengst varieert afhankelijk van het gebruikte systeem en de geothermische bron.

Het terugwinnen van geothermische energie uit oudere olievelden kan dus een waardevolle bijdrage leveren aan de verduurzaming van de energieproductie. Niet alleen wordt het een alternatieve bron van hernieuwbare energie, maar het biedt ook economische voordelen door het gebruik van al aanwezige infrastructuur. De vraag naar duurzame energie groeit wereldwijd, en met de juiste technologieën en beleidsmaatregelen kan geothermische energie uit oude olievelden een belangrijke rol spelen in de energietransitie.

Toch moeten er nog aanzienlijke technische en beleidsmatige uitdagingen worden overwonnen. De benodigde technologieën, zoals de turbomachines en efficiënt werkende ejectoren, zijn nog niet in de vereiste mate beschikbaar. Dit betekent dat er blijvende investeringen nodig zijn in onderzoek en ontwikkeling om de technische barrières te doorbreken. Ook de ontwikkeling van beleid en richtlijnen die het mogelijk maken om deze energiebronnen op grote schaal te benutten, is van cruciaal belang voor de bredere toepassing van geothermische energie uit olievelden.

De ervaringen uit verschillende proefprojecten tonen aan dat het potentieel voor geothermische energie uit olievelden aanzienlijk is, maar ook dat er veel werk aan de winkel is om deze technologie op commerciële schaal beschikbaar te maken. Het is daarom belangrijk om niet alleen naar de technologische vooruitgang te kijken, maar ook naar de economische haalbaarheid en de maatschappelijke acceptatie van deze energiebronnen.