Techno-Economic Optimization Of The Electrical Design Of A Wind Power Plant / by Hagar Hisham Moguib Sayed Nagy ; Under the Supervision of Prof. Mohamed Salah El-Sobki, Assoc. Prof. Amgad Amin El-Deib.

Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 48-51.

Wind power is a leading source of renewable energy, as it, along with solar power, are the most
common after hydropower, while they have overtaken hydropower in the US. However, wind power
has yet to overcome many of the obstacles surrounding the replacement of fossil fuels as the main
source of energy. These obstacles include availability, reliability, stability, technology maturity and
investment competitiveness. In addition to these obstacles renewable energy resources have yet to
gain the public trust in regard to the robustness of the technology and the public acceptance,
especially when compared to fossil fuels. The most effective incentive to increase the public interest
in the transfer to renewable energy is financial. Thus, this work investigates one of several avenues
for decreasing expenditures and the levelized cost of electricity generation using wind power, that
avenue is the collector cable layout in wind power plants. The optimization of the collector cable
layout system of a wind power plant is investigated thoroughly in this work. Cable connection layout
optimization problem was looked into and approached using various methodologies and algorithms
in different literature. This work utilized the mathematical formulation of one of these researchers
to establish a simple and flexible program that can yield accurate results. The program was validated
by comparing its results with other research. The developed program produced identical results to
the published research where the mathematical formulation was developed. In this thesis the effect
of interest was added into the formulation, to investigate its effect on the result. It was found that
with higher interest rates the significance of the cost of power losses through the lifetime of the
project decreases while the weight of the investment costs increases. The voltage drop in the plant
was also investigated. In addition to the referenced formulation, the voltage drop is added as a
constraint in a larger optimization problem where it changes the maximum number of downstream
wind turbines allowed for each cable size. The developed tool is versatile and efficient with regards
to computing time and memory, compared to other case specific tools. Yet, it still has room to grow
to account for more constraints, in order to represent the wind power plant more accurately. It is also
important to note that solving the cable connection layout problem can save within the range of 10
% of the total cost of the cable connections in the case of onshore wind farms.

أصبحت موارد الطاقة المتجددة ضرورة لظروف معيشية مستدامة، لأن الوقود الأحفوري لا يواجه فقط النضوب بسبب التزايد السريع على احتياج الطاقة في جميع أنحاء العالم، ولكن أيضًا تأثيره البيئي أصبح أكثر وضوحًا وتدميرًا. ومن ثم، فإن هناك حاجة لزيادة جاذبية الطاقة المتجددة في السوق، من خلال منحها القدرة على المنافسة على نفس المستوى. تعتبر طاقة الرياح مصدرًا رئيسيًا للطاقة المتجددة، حيث إنها الأكثر شيوعًا بعد الطاقة الكهرومائية، بينما تجاوزت الطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة [1، 2]. ومع ذلك، لا يزال يتعين عليها التغلب على العديد من العقبات المحيطة باستبدال الوقود الأحفوري كمصدر رئيسي للطاقة. وتشمل هذه العقبات التوافر والموثوقية والاستقرار ونضج التكنولوجيا والقدرة التنافسية للاستثمار. بالإضافة إلى هذه العقبات، لا يزال يتعين على موارد الطاقة المتجددة أن تكتسب ثقة الجمهور فيما يتعلق بقوة التكنولوجيا وقبول الجمهور، خاصة عند مقارنتها بالوقود الأحفوري. الحافز الأكثر فعالية لزيادة الاهتمام العام بالتحول إلى الطاقة المتجددة هو الحافز المالي. وبالتالي، تبحث هذه الرسالة في أحد سبل تخفيض النفقات والتكلفة المتساوية لتوليد الكهرباء باستخدام طاقة الرياح، وهذا السبيل هو التخطيط الأمثل لكابلات شبكة التجميع في محطات طاقة الرياح. تمت دراسة تحسين نظام تخطيط لكابلات شبكة التجميع لمحطة طاقة الرياح بدقة في هذا البحث. تم النظر في مشكلة تحسين تخطيط اتصال الكابل والتعامل معها باستخدام منهجيات وخوارزميات مختلفة في أبحاث مختلفة. تعتمد هذه الرسالة على صياغة رياضية توصل إليها بحث سابق لإنشاء برنامج بسيط ومرن يمكن أن يسفر عن نتائج دقيقة. تمت إضافة خوارزمية تتضمن انخفاض الجهد كمتغير تصميم إلى الصيغة المتاحة لمراعاة القيود التي تفرضها الشبكة، حيث تضمن ألا يتجاوز انخفاض الجهد الأقصى الحدود المطلوبة. تم التحقق من صحة البرنامج من خلال مقارنة نتائجه مع البحوث الأخرى. أنتج البرنامج المطور نتائج مماثلة للبحث المنشور حيث تم تطوير الصياغة الرياضية. الأداة المطورة متعددة الاستخدامات مقارنة بالأدوات الأخرى الخاصة بالحالة؛ ومع ذلك، لا يزال لديها مجال للنمو لمراعاة المزيد من القيود، من أجل تمثيل محطة طاقة الرياح بشكل أكثر دقة. أحد العقبات الرئيسية في تشغيل البرنامج هو التخمين الأولي لبدء عملية التحسين. من المهم أيضًا ملاحظة أن حل مشكلة تخطيط توصيل الكابلات يمكن أن يوفر في حدود 10٪ من التكلفة الإجمالية لتوصيلات الكابلات في حالة مزارع الرياح.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.