Off-shore Wind Farm (OWF) is the largest renewable energy resource. The cost of
electrical interconnection and transmission systems of OWFs is a considerable
fraction of the overall design cost of the farm. In order to minimize the investment
and operational costs, this thesis proposes an optimization formulation to find the
optimal electrical interconnection configuration of Wind Turbines (WTs) and the
optimal size of cables cross section (cable sizing) simultaneously, while the
transmission system and other relevant components are optimized as well (e.g. the
offshore platforms, offshore substation transformers, switchgears). This simultaneous
minimization of total trenching length and cable cross sections creates a complex
optimization problem that is solved by the Harmony Search (HS) algorithm. The
optimization performance of HS has been compared with the genetic algorithm. The
proposed simulations can be applied to a symmetric or asymmetric topology of
OWF, which are applied in two case studies.
In the first case study, two distinct methods of full and partial optimal cable sizing
have been considered to comprehensively assess the optimal interconnection layout
of OWFs. Furthermore, various shipping and burying costs as well as various WTs
power rating have been considered to investigate their impact on the layout of
optimal electrical interconnection system.
In the second case study, the optimal layout of electrical interconnection,
transmission system and other relevant components of a real OWF have been found
simultaneously. In order to demonstrate higher performance of the proposed
optimization method and formulation, the results have been compared with another
study, where a real OWF has identically been assumed to have a fair comparison,
under identical conditions and constraints. The comparison results reveal that, our
proposed optimal interconnection system reduces the interconnection cost, cable
length and power loss of OWF.
Keywords: Off-shore Wind Farm (OWF), optimal interconnection configuration,
cables cross section, transmission system, Harmony Search (HS) algorithm, and
simultaneous optimization.
ÖZ:
Kıyı ötesi rüzgar çiftliği en büyük yenilenebilir enerji kaynağıdır. Bir rüzgar
çiftliğinin elektriksel bağlantı ve iletim maliyeti, çiftliğin toplam tasarım maliyetinin
önemli bir oranıdır. Bu çalışma, yatırım ve işletme maliyetlerini en aza indirgeme
amacıyla, eniyi elektriksel bağlantı yapılandırması ve eniyi kablo boyutlarını, iletim
sistemini ve diğer ilgili elektriksel bileşenleri de eniyileştirme hedefli bir
eniyileştirme formülasyonu önermektedir. Toplam hendek uzunluğu ve kablo
boyutlarının eşzamanlı enaza indirgenmesi, “Uyumluluk Arayışı” algoritması
kullanılarak çözülen karmaşık bir eniyileştirme problem yaratmaktadır. Uyumluluk
Arayışı algoritmasının eniyileştirme başarımı genetik algoritması ile
karşılaştırılmıştır. Benzetimler simetrik ve simetrik olmayan rüzgar çiftliği
topolojilerine uygulanabilir. Bu topolojilerin iki farklı durumu üzerine çalışma
yapılmıştır. Birinci durum çalışmasında, kıyı ötesi rüzgar çiftliğinin eniyi bağlantı
düzeninin kapsamlı bir değerlendirmesini yapmak amacıyla, tam ve kısmi kablo
boyutlandırmasından oluşan iki farklı yöntem üzerinde durulmuştur. Buna ek olarak,
farklı taşıma ve gömme maliyetleri ile rüzgar türbinlerinin güç kapasiteleri de, eniyi
elektriksel bağlantı sistemi üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla ele alınmıştır.
İkinci durum çalışmasında, gerçek bir kıyı ötesi rüzgar çiftliğine ait elektriksel
bağlantının eniyi düzeni, iletim sistemi ve diğer ilgili elektriksel bileşenleri de
eşzamanlı bulunmuştur. Önerilen eniyileştirme yöntemi ve formülasyonunun daha
üstün başarımını gösterme amacıyla, gerçek bir kıyı ötesi rüzgar çiftliğini esas alan
başka bir çalışma ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçları önerilen
eniyi bağlantı sisteminin, bağlantı maliyetini, kablo uzunluğunu ve rüzgar çiftliğinin
güç kayıplarını azalttığını ortaya çıkarmıştır.
Anahtar Kelimeler: Kıyı ötesi rüzgar çiftliği, eniyi bağlantı yapılandırması, kablo
boyutlandırma, iletim sistemi, Uyumluluk Arayışı algoritması, Eşzamanlı
eniyileştirme.
