The impact of complementarity on power supply reliability of small scale hybrid energy systems

Abstract

Small scale hybrid power systems gain popularity around the world as a viable way of reducing power generation environmental impact, reducing energy cost and increasing power supply reliability. Hybrid systems which are based on variable renewable sources usually utilize the effect of resources temporal, and to a smaller extent, spatial complementarity. Although there is already an extensive body of literature investigating the concept of resources complementarity, they rarely addressed the impact of complementarity on the reliability of a given hybrid system. In this paper we simulate the operation of wind and solar hybrid energy system (with and without battery) for evenly distributed 86 locations in Poland over the period 2010–2016 based on 15 min’ time step data. We analyze the impact of resources complementarity (on various time scales: 15 min, hourly and monthly) on the system reliability. To remove the capacity factor (resources availability depends on location) on the results, we select the installed capacity in wind and solar sources in such a way that on an annual scale they generate evenly 50% of the observed demand (which is assumed to be constant = 1 kW).

Los sistemas de energía híbrida a pequeña escala ganan popularidad en todo el mundo como una forma viable de reducir el impacto ambiental de la generación de energía, reducir el costo de energía y aumentar la confiabilidad del suministro de energía. Los sistemas híbridos que se basan en fuentes renovables variables suelen utilizar el efecto de los recursos temporales y, en menor medida, la complementariedad espacial. Aunque ya existe un extenso cuerpo de literatura que investiga el concepto de complementariedad de recursos, rara vez abordaron el impacto de la complementariedad en la confiabilidad de un sistema híbrido dado. En este documento, simulamos el funcionamiento del sistema de energía híbrido eólico y solar (con y sin batería) para 86 ubicaciones distribuidas uniformemente en Polonia durante el período 2010-2016, en base a los datos de los pasos de tiempo de 15 minutos. Analizamos el impacto de la complementariedad de los recursos (en varias escalas de tiempo: 15 minutos, por hora y por mes) en la confiabilidad del sistema. Para eliminar el factor de capacidad (la disponibilidad de recursos depende de la ubicación) de los resultados, seleccionamos la capacidad instalada en fuentes eólicas y solares de tal manera que en una escala anual generen uniformemente el 50% de la demanda observada (que se supone que es constante = 1 kW).