Saib, Samia;Gherbi, Ahmed;Kaabeche, Abdelhamid;Bayindir, Ramazan
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.13
no.2
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pp.659-668
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2018
This paper proposes an optimization approach of a grid-connected photovoltaic and wind hybrid energy system including energy storage considering voltage fluctuation in the electricity grid. A techno-economic analysis is carried out in order to minimize the size of hybrid system by considering the benefit-cost. Lithium-ion battery type is used for both managing the electricity selling to the grid and reducing voltage fluctuation. A new technique is developed to limit the voltage perturbation caused by the solar irradiance and the wind speed through determining the state-of-charge of battery for every hour of a day. Improved particle swarm optimization (PSO) methods, referred to as FC-VACPSO which combines Fast Convergence Particle Swarm Optimization (FCPSO) method and Variable Acceleration Coefficient Based Particle Swarm Optimization (VACPSO) method are used to solve the optimization problem. A comparative study has been performed between standard PSO method and PSO based methods to extract the best size with the benefit cost. A sensitivity analysis has been studied for different kinds and costs of batteries, by considering variable and constant state-ofcharge of battery. The simulations, performed under Matlab environment, yield good results using the FC-VACPSO method regarding the convergence and the benefit cost of the hybrid system.
This paper proposes the components of the energy management system (EMS) for optimum operation of renewable energy and associated energy storage system (ESS), the functions to be considered in designing, the analysis of operational effects, and finally the reduction of electricity costs. To accomplish the objectives, a lithium-ion battery system and an energy management system have installed in a PV system, and it presents the results analyzed with operation data for a year. To increase the system operation efficiency, we propose the effect that EMS is used to replace the demand power at the peak time with the charge power at the light load time, which suggests the influence of contributing to the charge benefit and load leveling according to the ESS tariff.
This paper provides quantitative data that describes the evolution of the air quality in the Whale and Sea Museum, located in the Iwate prefecture, collected after the 2011 Great East Japan Earthquake and tsunami. The museum was damaged significantly by the disaster, and restoration works continued for over six years. The air quality in the temporary storage facility and museum was monitored during the rehabilitation process. Evaluation of air quality is carried out by gas chromatography- mass spectrometry, ion chromatography and high-performance liquid chromatography. The results showed that the characteristics of the chemical components differed depending on the measurement locations inside the building. The museum atmosphere tended to be alkaline as the airtightness increased because of the maintenance works at the entrance. It was also determined that it was necessary to study the intake/exhaust routes and to clean them according to the contamination degree. In Japan, there are recommended museum air quality standards for acetic acid, formic acid, alkali, and aldehydes. The results indicated that these standards should not be used as a reference for damaged museums. Furthermore, at the temporary storage facilities for to store the collections during the rehabilitation of the museum, solvents such as ethyl benzene, toluene, and xylene are initially abundant, although they can be reduced by ventilation, while other components such as 2E1H was confirmed in this case are likely to remain.
With the widespread use of modern clean energy, lithium-ion batteries have become essential as a more reliable energy storage component in the energy Internet. However, due to the difference in monomers, some of the battery over-charge or over-discharge in battery packs restrict their use. Therefore, a novel multiphase interleaved converter for reducing the inconsistencies of the individual cells in a battery pack is proposed in this paper. Based on the multiphase converter branches connected to each lithium battery, this circuit realizes energy transferred from any cell(s) to any other cell(s) complementarily. This flexible interlaced converter is composed of an improved bi-directional Buck-Boost circuit that is presented with its own available control method. A simulation model based on the PNGV model of fundamental equalization is built with four cells in PSIM. Simulation and experimental results demonstrate that converter and its control achieve simple and fast equalization. Furthermore, a comparison of traditional methods and the HNFABC equalization is provided to show the performance of the converter and the control of lithium-based battery stacks.
As a solution to the growing concern on the global warming, researches are being actively carried out to apply carbon dioxide capture and storage technology to power generation systems. In this study, the integrated gasification combined cycle (IGCC) adopting oxy-combustion carbon capture was modeled and the effect of replacing the conventional air separation unit (ASU) with the ion transport membrane (ITM) on the net system efficiency was analyzed. The ITM-based system was predicted to consume less net auxiliary power owing to an additional nitrogen expander. Even with a regular pressure ratio which is 21, the ITM-based system would provide a higher net efficiency than the optimized ASU-based system which should be designed with a very high pressure ratio around 90. The optimal net efficiency of the ITM-based system is more than 3% higher than that of the ASU-based system. The influence of the operating pressure and temperature of the ITM on system efficiency was predicted to be marginal.
Intermediate-level radioactive waste (ILW) is not subject to legal approval for cave disposal in Korea. To solve this problem, a spent resin treatment device that separates 14C-containing resin from zeolite/activated carbon and desorbs 14C through a microwave device has been developed. In this study, we evaluated the radiological safety of the operators performing repair work in the event of a failure in such a device treating 1 ton of spent resin mixture per day. Based on the safety evaluation results, it is possible to formulate a design plan that can ensure the safety of workers while developing a commercialized device. When each component of the resin treatment device can be repaired from the outside, the maximum and minimum allowable repair times are calculated as 263.2 h and 27.7 h for the 14C-detached resin storage tank and zeolite/activated carbon storage tank, respectively. For at least 6 h per quarter, the worker's annual dose limit remains within 50 mSv/year; further, over 5 years, it remained within 100 mSv. At least 6 h of repair time per quarter is considered, under conservative conditions, to verify the radiological safety of the worker during repair work within that time.
This study relates to a polymer electrolyte membrane for improved performance fuel cell, were researched with respect to properties required for driving a fuel cell. The bis(4-fluorophenyl)phenyl phosphine oxide was sulfonated using fuming sulfuric acid. Synthetic hydrophilic oligomer and the hydrophobic oligomer and the block copolymers were prepared via aromatic nucleophilic substitution polycondensation. A block copolymer structure and degree of sulfonation was analyzed by $^1H$-NMR and gel permeation chromatography(GPC) analysis. Thermal stability was confirmed by thermogravimetric analysis(TGA), block copolymer was stable at high temperature(>$200^{\circ}C$), The ion conductivity was measured in order to demonstrate the performance of fuel cell. Synthesis membrane was the increase of temperature was improved conductivity up to 58 mS/cm due to the influence of the developed ion clusters. The phase separation of the polymer was observed to make AFM analysis.
This study was conducted to investigate the application of a model system using an MS-electronic nose based on the discriminative function analysis on volatile flavors, to prediction of the shelf-life of market milk by preservation temperature and differently-loaded heat treatment. On mass spectrum, the ion fragments of volatile flavors of milk obtained from MS-electronic nose could be distinguished at amu 60, 91, 92, and 93. The response levels of volatile flavors at each amu increased in proportion to the heat treatment loaded to the milk, in the order of LTLT, HTST, and UHT. This study indicated that the discriminative function scores of the volatile flavors seemed to correlate with the preservation temperature, storage period, and heat treatment conditions; DF1 (discriminative function first score) showed a strong relationship to storage periods, with $r^2$ of 0.9965, 0.9965, and 0.9911 at temperatures of 4, 7, and $10^{\circ}C$, respectively, while DF2 was influenced by heat treatment conditions with an $r^2$ of 0.9861 at $4^{\circ}C$. It is suggested that the discriminative function analysis given by an MS-electronic nose could be used to construct a new quality control model system for the evaluation of heat treatment loaded during the processing of milk, and for predicting storage periods of market milk.
Lithium ion batteries (LIBs) are the state-of-the-art technology among electrochemical energy storage and conversion cells, and are still considered the most attractive class of battery in the future due to their high specific energy density, high efficiency, and long cycle life. Rapid development of power-hungry commercial electronics and large-scale energy storage applications (e.g. off-peak electrical energy storage), however, requires novel anode materials that have higher energy densities to replace conventional graphite electrodes. Germanium (Ge) and silicon (Si) are thought to be ideal prospect candidates for next generation LIB anodes due to their extremely high theoretical energy capacities. For instance, Ge offers relatively lower volume change during cycling, better Li insertion/extraction kinetics, and higher electronic conductivity than Si. In this focused review, we briefly describe the basic concepts of LIBs and then look at the characteristics of ideal anode materials that can provide greatly improved electrochemical performance, including high capacity, better cycling behavior, and rate capability. We then discuss how, in the future, Ge anode materials (Ge and Ge oxides, Ge-carbon composites, and other Ge-based composites) could increase the capacity of today's Li batteries. In recent years, considerable efforts have been made to fulfill the requirements of excellent anode materials, especially using these materials at the nanoscale. This article shall serve as a handy reference, as well as starting point, for future research related to high capacity LIB anodes, especially based on semiconductor Ge and Si.
Hye Jeong Son;Bong Seok Kim;Ji Min Kwon;Yu Bin Kang;Chang Soo Lee
Membrane Journal
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v.33
no.4
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pp.211-221
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2023
This study presents a comprehensive study on the synthesis and characterization of PVI-PGMA/LiTFSI polymeric membrane electrolytes and CxNy-C flexible electrodes for energy storage applications. The dual-functional PVI-PGMA copolymer exhibited excellent ionic conductivity, with the PVI-PGMA73/LiTFSI200 membrane electrolyte achieving the highest conductivity of 1.0 × 10-3 S cm-1. The electrochemical performance of the CxNy-C electrodes was systematically investigated, with C3N2-C demonstrating superior performance, achieving the highest specific capacitance of 958 F g-1 and lowest charge transfer resistance (Rct) due to its highly interconnected hybrid structure comprising nanowires and polyhedrons, along with binary Co/Ni oxides, which provided abundant redox-active sites and facilitated ion diffusion. The presence of a graphitic carbon shell further contributed to the enhanced electrochemical stability during charge-discharge cycles. These results highlight the potential of PVI-PGMA/LiTFSI polymeric membrane electrolytes and CxNy-C electrodes for advanced energy storage devices, such as supercapacitors and lithium-ion batteries, paving the way for further advancements in sustainable and high-performance energy storage technologies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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