Файл: I анализ современного состояния ветровой, энергетики и энергетических комплексов на ee основе.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.04.2024
Просмотров: 22
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Основная часть пригодного для освоения ветроэнергетического потенциала приходится на те территории России, где плотность населения ниже 1 чел/ км2.В этих условиях наибольшие перспективы имеют автономные маломощные (до 50 кВт) ВЭУ, а также гибридные ветро-дизельные системы для электро- и теплоснабжения в условиях севера. В России около 25 млн. человек живут в отдаленных районах, не связанных с центральной энергетической системой, или в местах, где центральное электроснабжение дорого и ненадежно. Некоторые из территорий, которые не обслуживаются централизованной энергосистемой, подключены к небольшим автономным системам. [19]
Около 10 млн. человек обслуживается отдельными генерирующими системами, работающими на дизельном топливе или на бензине. Большинство таких систем находится в районах Крайнего Севера России, на Дальнем Востоке и в Сибири. На территориях, не охваченных централизованной системой электроснабжения, около 10% людей живут в отдалении от коллективных поселений. Значительная часть проживает в селах и деревнях. В 2001 году около 10 тыс. дизельных генераторов мощностью до 1000 кВт и около 60 тыс. бензиновых генераторов мощностью 0,5 – 5 кВт обслуживали деревни, поселки и отдельных потребителей. Почти половина из этих установок простаивала от нескольких дней до нескольких месяцев в году из-за проблем с доставкой топлива и высоких цен на горюче-смазочные материалы. Во многих случаях дизельные и бензиновые двигатели функционируют лишь несколько часов в день в целях экономии топлива [20].
Развитие ветроэнергетики России позволит установить гарантированное устойчивое энергообеспечение населения и даже производственных предприятий в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь, в районах крайнего Севера и приравненных к ним территорий. Объемы ежегодного завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. т нефтепродуктов и свыше 23 млн. т угля, при этом не редко возникают ситуации с перебоями в поставках топлива.[21]
Ситуация с применением крупной ветроэнергетики в России далеко не однозначна. В 1990-х годах Министерство топлива и энергетики России оценивало перспективный спрос на подключение к энергосистеме ВЭС с турбинами мощностью от 100 до 1000 кВт (промышленного и полупромышленного назначения) в размере 470 МВт. В отличие от малой ветроэнергетики, крупномасштабное применение ветровой энергии возможно только на территориях, где благоприятные природные условия соседствуют с существующей развитой инфраструктурой обычных электростанций и крупными промышленными потребителями.[15]
Такие территории включают в себя восточное побережье Сахалина, южную оконечность Камчатки, окрестности поселка Певек и Билибино на Чукотке, побережье Магаданской области, зону высоковольтной сети Магаданэнерго, южное побережье Дальнего Востока, степные районы рядом с высоковольтными линиями волжских электростанций, степи и горы Северного Кавказа.[22]
1.2Ветродизельные энергетические комплексы
Мировой опыт освоения ресурсов ВИЭ показывает, что использование только одного вида ВИЭ в системах энергоснабжения автономных потребителей не всегда позволяет обеспечить надежное и бесперебойное энергоснабжение из-за физических особенностей самих ВИЭ. В связи с этим энергоснабжение автономного потребителя стараются обеспечить путем комбинации ВИЭ и других видов энергий в едином ЭК.
На сегодняшний день наиболее изученными и надежными комплексами являются ветродизельные энергетические комплексы (ВДЭК). Подобные комплексы эксплуатируются во многих странах мира и являются надежным источником электрической энергии для тысяч автономных потребителей.
Исследования проводились в национальной лаборатории RISO (Дания) с 1984 по 1990 годы). Исследованные ветродизельные установки (ВДУ) были разделены на 4 класса:
- Класс 1 (простейший) (рисунок 1.1 а). Исследовался стандартный ветровой агрегат (ВА) сетевого использования с асинхронным генератором (АГ), который работает с постоянным включением на сборные шины (СШ) потребителя. В комплект оборудования введена автоматически регулируемая нагрузка (РН) предотвращающая перегрузку ВА при высоких скоростях ветра за счет снижения частоты вращения до заданного расчетного уровня. Стандартная дизель-генераторная станция работает постоянно, обеспечивая реактивной энергией асинхронный генератор (АГ). Полная (100%) доля участия в графике нагрузки ВА считается допустимой. Экономия топлива будет небольшой, но система оказывается предельно простой и приемлемой в тех случаях, когда фактор надежности более важен, чем максимум экономии топлива.
- ВДУ класса 2 (рисунок 1.1 б). В конструкцию ДЭС внесены изменения: между дизельным двигателем (ДД) и синхронным генератором установлены соединительная муфта и небольшой инерционный аккумулятор. ВДУ класса 2 достаточно проста и требует минимума электронного оборудования. Экономия топлива в данном варианте существенно возрастает благодаря тому, что при благоприятных ветровых условиях дизельный двигатель не работает и не расходует топливо.
Рисунок 1.1 Блок схема ВДУ класса 1(а) и класса 2(б)
ВА – ветроагрегат; АГ – асинхронный генератор; РН – регулирующая нагрузка; СШ – сборные шины; ДД – дизельный двигатель; СГ – синхронный генератор; СМ – соединительная муфта; ИА – инерционный аккумулятор.
- Схема ВДУ класса 3 (рисунок 1.2 а).отличается от предыдущего варианта введением в состав ВДУ аккумулятора энергии, в качестве которого может служить аккумуляторная батарея, гидравлический аккумулятор и другие источники энергии. Экономия топлива при использовании ВДУ класса 3 в районах с благоприятными условиями достигает высокого уровня.
Национальная лаборатория RISO указывает на то, что благодаря относительно простому устройству и возможности получения значительной экономии топлива ВДУ класса 3 имеет перспективы широкого применения.
ВДУ класса 4 (рисунок 1.2 б) имеет в своем составе ВА стандартного типа с синхронным или асинхронным генератором, и стандартной конструкцией ДЭС соизмеримой с ВА мощности, без использования инерционного аккумулятора. ВА работает через выпрямитель на инвертор, выход которого соединен со сборными шинами потребителя. В случае недостатка энергии для обеспечения нужд потребителя недостающая часть поступает от АБ. В случае избытка энергии производится питание нагрузок потребителя и подзарядка АБ. При штилевой погоде и при слабом ветре работает ДЭС в режиме обеспечения нагрузок потребителей и подзаряда АБ.
Рисунок 1.2 Блок схема ВДУ класса 3(а) и класса4(б)
ВА – ветроагрегат; АГ – асинхронный генератор; РН – регулирующая нагрузка; СШ – сборные шины; ДД – дизельный двигатель; СГ – синхронный генератор; СМ – соединительная муфта; ИА – инерционный аккумулятор; АЭ – аккумулятор энергии; В – выпрямитель; ИН – инвертор.
ВДУ класса 4 имеет возможности для достижения максимальной экономии топлива. Система контроля и управления работой комплекса должна быть компьютерной, чтобы обеспечить выполнение всех необходимых операций.
Эффективное использование ветродизельного энергетического комплекса (ВДЭК) можно проиллюстрировать опытом острова Фэр (Шотландия). Там, для поселка численностью 70 жителей была построена электростанция с двумя ДЭС, одна из которых мощностью 20 кВт была достаточна для электроснабжения летом, а другая – 50 кВт – предназначена для электроснабжения зимой.
Ветровые условия острова весьма благоприятны. Средняя скорость ветра – 9,6 м/с. В июне 1982 г. там была установлена ВЭС мощностью 50 кВт. С тех пор производство энергии возросло в 3,7 раза. Блок схема ВДУ на ост. Фэр приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3. Блок схема ВДУ на о.Фэр.
Эксплуатация ВДУ на острове Фэр показала, что себестоимость электрической энергии получаемой от ДЭС составляла 8 центов/кВт*ч, а от ВЭС – 3,5 цента/кВт*ч. На этой станции было разработано специальное устройство, позволяющее потребителям различать вид потребления, чтобы потребитель в каждом доме знал, когда счетчик энергии включается на более высокий тариф. Результаты работы на о. Фэр приводятся в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Результаты работы на о. Фэр
| Показатели | Выработка энергии кВт*ч | Доля,% |
| Суммарная выработка энергии ВДУ за год работы | 185024 | 100 |
| Выработка энергии ВЭС за год работы | 168895 | 91,28 |
| Выработка энергии ДЭС за год работы | 16147 | 8,72 |
Из приведенной таблицы видно, что на долю ДЭС приходится только 8,72% выработанной энергии. Остальная энергия обеспечивалась ВЭС.
В 1987 году фирма SMA построила и испытала первую в мире ВДУ с новой системой управления на острове CapeClear. За ней последовали ВДУ в Греции, Иордане и Китае.
В состав ВДУ о. Раслин (Ирландия) входили три ветроэлектрических агрегата «Aeroman» мощностью по 33кВт каждый, три ДЭС мощностью: 48, 80 и 132 кВт, АБ напряжением 220В энергоемкостью до 100кВт*ч и трехфазный инвертор выходной мощностью 140 кВт (класс 4 по датской классификации). Ветровые условия о. Раслин весьма благоприятны для использования энергии ветра (Vср=10м/с). Благодаря этому и использованию системы IPS электроснабжение острова было обеспечено с минимальным участием ДЭС: суммарное время их работы на протяжении года эксплуатации не превышало 10-20%.
В 1997 г. фирма SMARegelsystemsGmbh обратилась в министерство топлива и энергетики РФ с предложением поставки в поселок Койда Мезенского района Архангельской области ДЭУ IPS. Из приводимых фирмой расчетов следовало, что предложенная система способна обеспечить среднегодовую выработку энергии 3000МВт*ч, причем 50% энергии в условиях пос. Койда может производится за счет двух ветроагрегатов общей мощностью 1000 кВт, а себестоимость электроэнергии по сравнению с применением обычной ДЭС в 1,5 раза. [23]
В 2001-2002 гг. на мысе Обсервация (Чукотский автономный округ) предприятием «Ветроэн» совместно с ООО Фирма «ВИЭН» и с ГКБ «Южный» была построена первая на крайнем северо-востоке России ветродизельная станция, в состав которой вошли 10 ветроагрегатов АВЭ-250СН. ВЭС предназначена для работы параллельно с ДЭС поселков Шахтерский и Угольные Копи.[24]
Первый положительный опыт промышленной эксплуатации ветродизельной станции в России наглядно показывает преимущества такой системы электроснабжения: существенную (до 50%) экономию дизельного топлива, и что особенно важно, быструю окупаемость капитальных вложений (3 – 4года). [25]
В настоящее время компания «Ветропарк Инжиринг» (Россия) предлагает решение для обеспечения независимым электроснабжением самых различных объектов – коттеджных поселков, удаленных сельскохозяйственных, рыбоводческих, рудных предприятий и т.п.
Основа этой технологии использование ветроэнергетических и гибридных ветродизельных комплексов мегаватной мощности в качестве источника автономной энергии. Данная технология уже много лет успешно применяется в Канаде, США, Норвегии, Австралии в Филиппинах и еще в 70 странах.
Себестоимость энергии комплекса зависит главным образом от ветрового потенциала и может колебаться от 2,5руб/кВт*ч до 1 руб/кВт*ч.
Ввод ВДЭК под ключ осуществляется за 1,5-2 года (в том числе ветромониторинг 1год). Удельные капитальные вложения на 1 кВт установленной мощности составляют 1,9 тыс. Евро. [26]
IIОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ ЗАДАЧИ
2.1 Общая постановка задачи
В работе исследуется энергетический комплекс для энергообеспечения автономного потребителя основанный на ветровой, дизельной энергетических установках и системы аккумуляторных батарей принципиальная схема которого показана на рисунке 2.1.
Основным критерием оптимальности в работе принят минимум приведенных затрат при условии полного финансирования строительства ЭК за счет заказчика (имеется в виду, что при создании ЭК не происходит заимствований в банках или других финансовых организациях). Сооружение ЭК идет за счет местной рабочей силы, а также специалистов по монтажу основных энергетических сооружений.
Рассматривается автономный потребитель в расчетной точке А с координатами φо - по широте и ψо- по долготе. Для него заданы графики почасового потребления тепловой и электрической энергии во времени, т.е.
