Автореферат (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии), страница 3

2. Теоретический анализ, экспериментальные исследования, физическое и математическое моделирование энергоустановок, электростанций и энергетических комплексов на базе возобновляемыхвидов энергии с целью оптимизации их параметров и режимов использования.3.Совершенствование существующих и разработка принципиально новых технических схем комплексного использования возобновляемых видов энергии с целью экономии ископаемых видов топлива и решения проблем социально-экономического характера.Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов,списка литературы из 154 наименований, изложена на 253 страницах машинописноготекста, включает 40 таблиц, 135 иллюстраций и приложения.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы,формулируются цель и задачи исследований, отмечена научная новизна, практическая ценность и реализация диссертационной работы.7В главе 1 представлен уровень развития возобновляемой энергетики в мире и вРоссии, описаны комплексные системы ВИЭ в различных регионах, показаны подходы и методы расчета мКС ВИЭ различными исследователями. Подчеркнуто, что развитие ВИЭ в России имеет существенные особенности, связанные с удаленными отцентрализованных источников объектами, обширными территориями, различнымиклиматическими зонами.

Не смотря на наличие достаточных запасов органическихтоплив, внедрение ВИЭ для России имеет важное значение для настоящего и будущего страны.Значительный вклад в развитие нетрадиционной и возобновляемой энергетикивнесли российские ученые, такие как Алферов Ж.И., Алексеев В.А., Алексеенко С.В., Бальзанников М.И., Безруких П.П., Бреусов В.П., Бутузов В.А., ВасильевЮ.С., Виссарионов В.И., Дьяков А.Ф., Елистратов В.В., Евдокимов В. М., Заддэ В.В.,Зысин Л.В., Лидоренко А.П., Ковалев А.А., Коган М.Б., Кирпичникова И.М., Малинин Н.К., Накоряков В.Е., Николаев В.Г., Осипов М.И., Саплин Л.А, Соловьев А.А.,Стребков Д.С, Селезнев И.С., Соломин Е.В., Панцхава Е.С., Поваров О.А., ПопельО.С., Трофимов А. И., Тверьянович Э.В., Тарнижевский Б.В., Томаров Г.В., ТягуновМ.Г., Харченко В.В., Шакарян Ю.Г. и др.Вопросам комбинированного использования ВИЭ посвящены работы такихроссийских ученых как: Безруких П.П., Васильев Ю.С., Виссарионов В.И., Денисенко В.В., Елистратов В.В., Малинин Н.К., Стребков Д.С., Сидоренко Г.И., Тягунов М.Г.,Попель О.С., Шерьязов С.

К. и др.В работах указанных авторов применялись различные методы оптимизации комплексных систем, получены значимые для развития ВИЭ результаты, учитывающие стохастичность возобновляемых источников энергии.При оптимизации могут применяться различные методы, в том числе поэтапногоспуска, ветвей и границ, цепей Маркова и многие другие.Использование при расчетах первого момента распределения скорости ветра илиинсоляции у многих авторов объективно приводило к значительным потерям информации и снижению достоверности в расчетах.Особенностью, отличающей описываемый в диссертации подход, является синтезэлектро- и теплогенерирующих систем ВИЭ в составе математической модели. Вобщей сложности при решении целевой функции учитываются до сотни параметрови десятки тысяч значений актинометрических и ветровых характеристик сустанавливаемым шагом (от 3 сек до суток) для автоматизированного расчетавторого момента распределения (дисперсии), в отличие от средних значений иматематических распределений (например, Вэйбулла), используемых в подавляющембольшинстве расчетов многих авторов.Ввиду отсутствия Закона о возобновляемой энергетике и соответствующихподзаконных актов, никем из авторов не ставилась задача комплексной микрогенерации с использованием ВИЭ в России, что являлось основным сдерживающимфактором внедрения ВИЭ в стране.Рассматриваемый в данной работе подход комплексной микрогенерации иматематическая модель объекта предусматривают использование расширенного состава ВИЭ, производящих и электрическую, и тепловую энергию.Помимо рассматриваемого в работе основного объекта исследований «Энергоэффективного дома с комплексом возобновляемых источников энергии», в периодс 1997 по 2017 гг.

на кафедре «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» УрФУ при непосредственном участии автора были внедрены лабораторныестенды, экспериментальные установки, разработано соответствующее методическоеобеспечение по ВИЭ, используемые в учебном процессе, научных исследованияхи УИРС по профилю «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», раз8работаны на основе ФГОС-3 и ФГОС-3+ соответствующие ООП бакалавриата,магистратуры и аспирантуры.На рис. 1 представлена блок-схема, описывающая комплекс установок нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, используемых в ходе выполнения диссертационного исследования, в т.ч., на объекте «Энергоэффективный дом», на экспериментальных стендах ВИЭ в УрФУ и на других объектах Свердловской области в период с 1997 по 2017 гг.

включительно.Рисунок 1. Блок-схема областей ВИЭ и установок, используемых в исследованиях на различных объектах в рамках диссертационного исследованияВ завершение главы представлена постановка задач исследования.9Во второй главе рассмотрена методология применения мКС ВИЭ на базе расширенного ряда возобновляемых источников энергии. мКС ВИЭ – микрогенерирующийэнергокомплекс, содержащий несколько (два и более) ВИЭ для электро- и (или) теплоснабжения автономного объекта. Использование конкретного состава оборудования вмКС ВИЭ должно учитывать многолетние климатические особенности конкретнойгеографической территории, быть математически рассчитано и экономически обосновано, что рассмотрено в данной и приводится в следующих главах.Разработанная методология базируется на анализе математической стохастическоймодели объекта – мКС ВИЭ, разработанных классификации, модели и алгоритме расчета оптимальной мКС ВИЭ, методе оптимизации с определением достижимогои эффективного множеств выпуклой функции, поиска её экстремума (глобальногоминимума), а также сравнения с полученными экспериментальными данными на реальном объекте.В ходе исследований в натурных условиях при рассмотрении математических стохастических моделей и создании компьютерных программ расчета оптимального составаоборудования, понадобилась и была предложена классификация объектов по составуВИЭ, мощности комплексных энергосистем, а также отнесение их к соответствующемутипу мКС ВИЭ.

В связи с этим, проанализированы существующие подходы к описанию комплексных систем (КС), определяющих объект исследований, описываемый вданной работе.Место КС ВИЭ, как комплексной системы энергообеспечения в системе общейклассификации любых производственных систем, показано на рис. 2.Рисунок 2. Место энергокомплекса на основе возобновляемых источников энергии (КС ВИЭ)в системе общей классификации комплексных системТаким образом, КС ВИЭ – это технологическая, процессная комплексная система,относящейся по отраслевой специфике к энергетике, а по технологическим параметрам являющаяся инновационной, содержащей возобновляемые источники энергии.10Известны и описаны гибридные ветро-солнечные, ветро-дизельные и дизельветро-солнечные установки, использующие два и три ВИЭ (их можно обозначить, какдуплекс- и трио- мКС ВИЭ).

Теоретически возможно наращивание мКС ВИЭ с учетом местных, региональных или территориальных возможностей до кватро- (четырех), пента- (пяти), сикстет (шести), септ-(семи), окта-(восьми) видов ВИЭ в соответствующие КС. Указанные мКС ВИЭ могут стать востребованы лишь при определённых условиях (наличие соответствующих источников энергии), их рентабельность зависит от точного выбора типов ВИЭ, соотношений мощностей оборудования и, наконец, возможностей потребителя.Предложена следующая классификация мКС ВИЭ по доле покрытия энергетических потребностей:1. микро-мКС ВИЭ (эстетические функции);2.

мини-мКС ВИЭ (аварийные функции);3. малая мКС ВИЭ (минимальные постоянно-эксплуатационные);4. средняя мКС ВИЭ (развернутые постоянно-эксплуатационные);5. полная мКС ВИЭ.Каждый из пяти указанных типов мКС ВИЭ должен надежно обеспечить определённый уровень мощности (долю энергетических потребностей) от полной потребности в энергозатратах по объекту, независимо от отсутствия какого-либо одного илиболее источников энергии (табл. 1.).Табл. 1.Классификация мКС ВИЭ по доле замещаемой энергетической потребностиТип КС ВИЭ по мощностиДоля замещаемых энергетических потребностей (%)Полная мКС ВИЭF(Full)100 %Средняя мКС ВИЭM(Middle)25–50 %S(Smаll)15–25 %Мини-мКС ВИЭ (Аварийная)А5–15 %Микро-мКС ВИЭ (Эстет)Эдо 5 %Малая мКС ВИЭВажнейшим условием эффективности мКС ВИЭ становится оптимизация структуры по типам (количеству ВИЭ) и мощности оборудования каждого из видов ВИЭ.Оптимизация структуры по типам и мощностям означает выбор установленноймощности для каждого вида оборудования ВИЭ, входящего в состав мКС ВИЭ.Возможные сочетания по видам ВИЭ могут быть представлены следующими соотношениями (табл.