Автореферат (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии), страница 5

В результате получим вектор (x0, x1,…, xn), задающийоптимальную по составу оборудования мКС ВИЭ. Применительно к мКС ВИЭ это нечто иное, как нахождение оптимальных соотношений долей мощности х ДГ, хВЭУ, хФЭП,…хn.Визуализация алгоритма поискаОтносительнаяоптимальноймКС ВИЭ представстоимостьвыработкилена на рисунке 4.1 кВт-чВеличина  является оценкойриска, т.

е. разброса стоимостиэлектроэнергии, вырабатываемоймКС ВИЭ за единицу времени. Задача такого типа известна в инвестиционном анализе, где соответствующая модель, содержащая какрисковые, так и безрисковые финансовые инструменты, называетсяпортфелем Дж. Тобина.На основе решения (7) определяРисунок 4. График области определения мКС ВИЭется область значений целевойи оценки риска обеспечения энергией (%)функции и находятся оптимальныесочетания долей установленной мощности оборудования в составе разных мКС ВИЭ.В третьей главе представлен экспериментальный объект – жилой дом-таунхаус, построенный в период 2001-2006 г.

в 20 км от Екатеринбурга и оснащённый комплексом возобновляемых источников энергии с целью проведения натурных экспериментов на различных мКС ВИЭ (рис. 5), проанализирован состав оборудования и дано описание алгоритма ипрограммы расчеты оптимальной мКС ВИЭ. В основу решений самого объекта леглитеоретические и практические разработки известных специалистов в области энергосбережения Данилова Н.И., Низовцева М.И. и др.Рисунок 5.

Фото «Энергоэффективного дома» с мКС ВИЭ (2006 г.)15На первом этапе исследований (2001–2005 гг.) обеспечение энергией «Энергоэффективного дома» реализовывалось через две централизованные системы: линия электропередач 10/0,4 кВ и низконапорный газопровод D 88 с наземным (150 м) и подземным(180 м) участками, а также системой катодной защиты. На каждую из восьми квартирдома предусматривалось по 10 кВт мощности. Кроме квартир потребителями электроэнергии на объекте являлись: скважный насос (3 кВт); освещение территории(4 кВт); дренажный насос очистной системы (1,5 кВт); катодная защита газопровода(3 кВт); электропривод ворот (1 кВт); эл.

обеспечение гаражного комплекса (2,5 кВт);дежурное освещение технического блока (0,5 кВт). «Энергоэффективный дом» былсдан Государственной приемочной комиссии в декабре 2005 года и соответствовалклассу энергоэффективности «С+» по СНИП 23-02-2003 и СП 50.13300.2012.На втором этапе исследований решался вопрос замещения централизованногоэнергоснабжения объекта в целом и каждой из восьми квартир дома в отдельности,энергией от возобновляемых источников.Таким образом, главной отличительной особенностью «Энергоэффективного дома»явилось создание, наряду со штатной системой энергоснабжения, расширенного комплекса возобновляемых источников энергии.

В составе комплекса ВИЭ в «Энергоэффективном доме» были последовательно внедрены системы, использующие ветровую,солнечную, гидро-, геотермальную и биоэнергию, представленные в табл. 3.Состав оборудования ВИЭ на объекте№Оборудование ВИЭТабл. 3.МощностьКолво4 кВт1Год вводав эксплуатацию2002300 л/сут120022,4 кВт (Nпик)80200424 кВт (т)1620054 кВт120061Ветроустановка ВЭУ 4-52Ветронасос ВН-300 (подача)3Солнечные фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)4Солнечные коллекторы (СК)5Ветроустановка ВЭУ 4-56Биогазовая установка (V=8м3) с 4-х стадийной очисткойи полем фильтрации2 м3/сут.120067Ветроустановка ВЭУ-0,30,3 кВт120078Крышная станция солнечных ФЭП0,45кВт (Nпик)120079Станция солнечных ФЭП0,15кВт (Nпик)3200810Механический гелиотроп0,15кВт (Nпик)1200811Усовершенствованные СК КУМЗ3,0 кВт (т)2200912Солнечный концентратор2 кВт (т)1201013Тепловой насос «Vaillant-5,5»5,5 кВт (т)1201114Микро ГЭС с турбиной «Банки»1,5 кВт1201215Солнечный вакуумный коллектор1,7 кВт1201316Солнечный вакуумный коллектор3,4 кВт1201417Аккумуляторы батареи (суммарно Ач)400*-7000**Компл.

2005*-2017**Различные (поквартирные) системы ВИЭ на объекте в период 2002 по 2017годыпозволили провести исследования, накопить практический опыт использования иоценить экономическую целесообразность применения различных сочетаний системнетрадиционных и возобновляемых источников энергии.По установленной мощности системы ВИЭ «Энергоэффективного дома» обеспечивали от 5 до 15% от максимума потребностей и гарантировали 100%-е покрытие минимально необходимых (по классификации – А (аварийных)) потребностей.16Принципиальная схема функционирования sp-мКС ВИЭ «Энергоэффективного дома» представлена на рис. 6.Рисунок 6. Функциональная схема мКС ВИЭ «Энергоэффективного дома»(ДГ – дизельгенератор; ВЭУ – ветроэнергетические установки;ФЭП – фотоэлектрическиепреобразователи; мГЭС – микро-ГЭС;К – контроллеры; Газо-Г – низконапорный газогенератор наочищенном биогазе; АКБ – аккумуляторные батареи; ТН – тепловой насос с грунтовым зондом(источник низкопотенциальной энергии); ГК– газовый котел «Vаillant»; Х –абсорбционный холодильник;ПК – персональный компьютер; ТВ – телевизор, радио; LED-освещение – освещение на базесветодиодов; АЦП – аналого-цифровой преобразователь)«Энергоэффективный дом» представляет собой жилой объект в составе 8 квартир втаун-хаусе.

В каждой «квартире-коттедже» была смонтирована своя мКС ВИЭ(рис.7). Состав мКС ВИЭ по квартирам следующий:1 – sp-мКС ВИЭ (ДГ + ВЭУ + ФЭП + мГЭС + СК + ТН + АКБ);2 – p-мКС ВИЭ (ДГ + ВЭУ + ФЭП +СК + АКБ);3, 4, 5 – d-мКС ВИЭ (ДГ + АКБ);6 – h-мКС ВИЭ (ДГ + ФЭП + АКБ);7 – s-мКС ВИЭ (ДГ + ФЭП + ВЭУ + СК + мГЭС + АКБ);8 – k-мКС ВИЭ (ДГ + ФЭП + СК + АКБ).Рисунок 7. Состав оборудования мКС ВИЭ по квартирам «Энергоэффективного дома»Высокий уровень подобия каждого из объектов, содержащих в себе различныемКС ВИЭ (высота потолков, площади и объем помещений, теплозащитные характеристики, расположение отопительных приборов, окон и т.

д.) способствовал хорошейсопоставимости полученных экспериментальных данных и достоверности сравненияс расчетными показателями.17На основе предложенного алгоритма расчета оптимальных долей мощности каждого из возобновляемых источников энергии, входящих в состав мКС ВИЭ, была разработана, апробирована и зарегистрирована автоматизированная программа «АРКВИЭ» для быстрого определения искомых параметров, алгоритм которой представленна рис. 8.Рисунок 8. Алгоритм расчета оптимальной мКС ВИЭВ «теле» программы заложена идеология оптимизации мКС ВИЭ, «прошиты» алгоритмы, приведённые в главе 2, характеризующие генетическую связь ресурсной базыВИЭ в любом регионе с процессом получения и себестоимостью выработки энергии.Расчетные формулы для определения параметров мКС ВИЭ представлены в табл.

4.Основные расчетные формулы для определения параметров мКС ВИЭ№ Источникэнергии1123Цена 1 лСкоростьветра V3ФЭПИнсоляция J4 СК плоск Инсоляция J5 СК (вак) Инсоляция J6а мГЭС 1, Скоростьрекатечения6б мГЭС 2, Разность ниж.плотина и верх.бьефов782ДГВЭУПараметрБГУТН (т)Размер- Коэфф.ностьполезного действия4Руб.м/сВт/м2Вт/м2Вт/м2м/сh мОпределяющаявеличина56э = 95%м = 86%Ф = 15%СК =40%в = 88%э = 76%м = 84%D – диаметр ВЭУ (м)V–скорость ветра (м/с)S-площадь ФЭП (м2)S - площадь СК (м2)S - площадь СК(м2)(воды) = 1000 кг/м3Q –расходQ= V (м/с) ×S (м2)Кол-во головед.КРС1Свиней1Птица (кура)1Температ. НПИ (4–25) оС  = 3–6 – коэфф. эффективности ТН18Табл. 4МощностьПримернаястоимость1кВт-ч(руб.)7815–503,5–81/8 эмD2CpV3ВтJ × S ×Ф(Вт)J × S ×СК (Вт)J × S ×в (Вт)1/8 эмD2V3 (Вт)20–405–76–122–5×g×Q×h (Вт)×g×V×S×h1,5–43–625 Вт2,5 Вт0,25 ВтN (кВт)2–8Скрин-шот экранного меню программы «АРК-ВИЭ»Рисунок 9.

Экранное меню программы автоматизированного поискаоптимальной мКС ВИЭ «АРК-ВИЭ»Виды возобновляемых источников энергии в меню, отмеченные оператором «галочкой», «открываются» и доступны для использования в последующих расчетахи поиске оптимального состава мКС ВИЭ и соотношений мощностных характеристикоборудования.Расчетные характеристики, полученные с помощью «АРК-ВИЭ», были сопоставлены с экспериментальными данными, накопленными за период эксплуатации объекта (2006–2016 гг.).Результаты сравнения экспериментальных данных и расчетных характеристик оптимальных мКС ВИЭ представлены на рис.

10.Рисунок 10. График сравнительной эффективности оптимальных расчетных и экспериментальных мКС ВИЭв квартирах 1–8: (1 – sp-мКС ВИЭ (кв. 1); 2 –p- мКСВИЭ (кв. 2); 5 – d-мКС ВИЭ (кв. 3, 4, 5);6 – h-мКС ВИЭ (кв. 6); 7 – s-мКС ВИЭ(кв. 7); 8 – k мКС ВИЭ (кв. 8))19Все мКС ВИЭ в «Энергоэффективном доме», смонтированные ранее без научно-обоснованной «конфигурации», былиблизки, но не соответствовалиоптимальному соотношению долей установленной мощностимежду видами оборудованияВИЭ, вследствие чего имеют резерв повышения эффективности.Этот резерв определяется 20–50% мощности установленногооборудования ВИЭ или (в абсолютных единицах) величиной 2–5 руб. за каждый вырабатываемый на объекте (засчет ВИЭ) 1 кВт×ч энергии. На рис.