Автореферат (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии)

На правах рукописиВЕЛЬКИН Владимир ИвановичМЕТОДОЛОГИЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВМИКРОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСОВНА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИСпециальность 05.14.08 – Энергоустановки на основевозобновляемых видов энергииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукСанкт-Петербург– 2018Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Уральский федеральный университетимени первого Президента России Б.

Н. Ельцина»Научныйконсультант–Заслуженный энергетик РФ,доктор технических наук, профессорЩеклеин Сергей ЕвгеньевичОфициальныеоппоненты–доктор технических наук, профессорТягунов Михаил ГеоргиевичНациональный исследовательский университет-МЭИ (Московский энергетический институт-ТУ) (г.Москва)доктор технических наук,Низовцев Михаил ИвановичИнститута теплофизики им. С.С.КутателадзеСибирского отделения Российской академиинаук (г.Новосибирск)доктор технических наук, профессорКирпичникова Ирина Михайловна,Южно-Уральский государственный университет (г.Челябинск)Ведущаяорганизация–Московский государственный университетимени М.

В. ЛомоносоваЗащита состоится «18» сентября 2018 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.229.17 при Санкт-Петербургском политехническомуниверситете Петра Великого по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, Гидрокорпус -2, ауд.411.С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотекеФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» и сайте университета https://www.spbstu.ru/science/defences.html.Автореферат разослан «» ____________ 2018 г.Ученый секретарьДиссертационного советадоктор технических наукСидоренкоГеннадий Иванович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыРазвитие возобновляемой энергетики в мире приняло устойчивый характери достигает в ряде стран динамики ввода новых мощностей 10-15 % в год (Китай –до35%).

Россия, располагающая значительными запасами углеводородов, в 2017 г. достигла динамики ввода ВИЭ за год 4 %, а выработка составляет всего 1,5%.Большие пространства РФ, наличие удаленных поселений и автономных объектовтребуют надежных независимых энергоисточников, и сейчас эта задача решается,в основном, за счет дизель-генераторов, работающих на органическом топливе.Одним из решений задачи внедрения ВИЭ для удаленных объектов могло бы статьиспользование микрогенерирующих комплексных систем с расширенным составомВИЭ – (далее –мКС ВИЭ), использующих разнообразный имеющийся на данной территории энергетический потенциал, созданный Природой.До последнего времени не существовало механизма привлечения широких слоевнаселения для активного участия во внедрении ВИЭ.Сегодня такой механизм разрабатывается по поручению Правительства РФ от24.07.2017 «О механизме микрогенерации на основе ВИЭ».

Проект закона по стимулированию микрогенерации планируется рассмотреть в течение 2018 г. совместнос ФАС, Минэнерго и Минэкономразвития РФ. Под микрогенерацией в документеподразумевается выработка мощности до 15 кВт.Представленная работа рассматривает микрогенерирующие комплексные системына основе ВИЭ. Отличительным их качеством является использование нетрадиционныхи возобновляемых источников энергии в различном сочетании оборудования: ветроэлектрические установки (ВЭУ), фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), солнечные коллекторы (СК), малые гидроэлектростанции (мГЭС), биогазовые установкиБГУ), тепловые насосы (ТН).Роль использования микрогенерирующих энергетических комплексов с расширенным рядом ВИЭ для России, с учетом ее огромных пространств, отсутствием на70% территории страны централизованных источников энергии и усилением в последнее время климатических и политических угроз, возрастает.

Внедрение мКС ВИЭпредполагает повышение надежности энергоснабжения удаленных территорий, росткачества жизни децентрализованных потребителей, создание новых рабочих мест,формирование предпосылок к снижению потребления органических топлив и загрязнения окружающей среды.

Все это в целом, как никогда ранее, определяет актуальность разработки методологии использования мКС ВИЭ, необходимость их классификации и создание алгоритмов расчета энергетических систем с расширенным составом возобновляемых источников энергии.В диссертационной работе использовались результаты исследований, выполненныхавтором в рамках приоритетного направления развития фундаментальных и прикладных наук «Энергосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (х/д тема 1681 «Комплексная оптимизация энергопотребления удаленного жилого объекта с целью устойчивого энергообеспечения нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии» (2001 г.), бюджетная тема № 1671 «Разработка научныхоснов создания системы автономного энергообеспечения объектов специальногоназначения на основе возобновляемых источников энергии (2002 г.); х/д тема 1692«Энергоэффективный сельский дом с резервированием ответственных потребителейэнергии на основе комплекса возобновляемых источников» (2003, 2004 г.); в рамкахМежотраслевой научно-технической программы сотрудничества Министерства образования Российской Федерации и Министерства Российской Федерации по атомнойэнергии по направлению “Научно-инновационное сотрудничество” в рамках темыНИР «Исследование возможностей малых энергетических установок возобновляемой3энергетики для целей резервного электроснабжения потребителей собственных нуждАЭС»; в рамках программы «Энерго- и ресурсосбережение Свердловской области» потеме «Исследование гидроэнергетического потенциала рек и водохранилищ Свердловской области» (2001, 2009 гг.), в рамках работ по формированию Стратегии развития ТЭК Свердловской области на период до 2020 г.В связи с принятием Закона № 261 «Об энергосбережении, о повышении энергетической эффективности…», постановлений Правительства РФ № 449 от 28.05.2013 г.

«Омеханизме поддержки внедрения ВИЭ в России» и № 47 от 23.01.2015 г.«О стимулировании использования возобновляемых источников энергии», ПриказаФАС № 900/15 от 30.09.2015 «Об утверждении методических указаний по установлению цен (тарифов) на электрическую энергию, произведенную с помощью ВИЭ наквалифицированных генерирующих объектах…», актуализируется задача развитиятехнологий ВИЭ для территорий субъектов Российской Федерации, включенных в перечень технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем, и на территориях, технологически не связанных с Единой энергетической системой России.Цель работы – разработка методологии оптимизации параметров комплекснойэнергосистемы микрогенерации до 15 кВт и более (до 100 кВт) на основе оборудования ВИЭ (мКС ВИЭ).Основные задачи:- разработка классификации энергокомплексов для электро- и теплоснабжения автономных объектов с расширенным рядом ВИЭ;- разработка многофакторной дискретной стохастической математической моделимикрогенерирующей КС ВИЭ;- разработка методологии расчета эффективной мКС ВИЭ на основе метода выпуклой оптимизации;- разработка компьютерной программы автоматизированного расчета и программывизуализации построения энергокомплекса для определения оптимального составаоборудования микрогенерирующей КС ВИЭ;- создание экспериментального объекта с широким рядом возобновляемых источников энергии;- анализ расчетных и экспериментальных данных применения ВИЭ и их различныхсочетаний, полученных при использовании микро-генерирующей КС ВИЭ;- разработка и патентная защита устройств и способов повышения эффективностииспользования энергии солнца, ветра, гидропотенциала, биоотходов животноводстванизкопотенциального тепла в тепловых насосах для автономного энергоснабженияудаленных потребителей.Научная новизна.

В ходе выполнения диссертационной работы впервые предложены:-метод выпуклой оптимизации для выбора эффективной мКС с расширенным составом ВИЭ в зависимости от географических координат;- классификация мКС ВИЭ, необходимая для обоснования состава и установленноймощности каждого вида оборудования комплексной системы ВИЭ;- методология расчета мКС ВИЭ малой мощности (до 100 кВт) для тепло- и электроснабжения автономных объектов, базирующаяся на методе выпуклой оптимизации;- математическая модель, целевая функция, алгоритм и компьютерная программарасчета оптимального состава оборудования мКС ВИЭ для электро- и теплоснабжения автономного объекта «АРК–ВИЭ» (зарегистр.

в Федеральной службе по ИС);- графическая интерпретация, методика и компьютерная программа расчета оптимальной (по соотношениям долей мощностей и видов оборудования) мКС ВИЭ«VIZPRO-RES» (зарегистрирована в Федеральной службе по ИС);- способы и конструкции устройств для интенсификации процессов теплообмена воборудовании ВИЭ, повышающие эффективность теплоснабжения автономного объекта, защищенные патентами РФ.4Объект исследований –комплексные микрогенерирующие энергосистемы на базевозобновляемых источников энергии (мКС ВИЭ).Предмет исследований – эффективность комплексных систем электро- и теплоснабжения на базе возобновляемых источников энергии.Методы исследования.