Автореферат (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии), страница 6

11 представлена геометрическая интерпретация поиска оптимальной мКС ВИЭ.Оптимальная мКС ВИЭ,в отсутствие безрисковогоисточника, находится вточкекасательной,исходящей от уровня относительнойстоимостивыработки 1 кВт×ч на безрисковом источнике энерРисунок 11. График для определения оптимальных мКС ВИЭгии (ДГ) (точки А; В; С), кв зависимости от относительной стоимости выработки кВт×ч,как функции расстояния до централизованных источников энер- соответствующей гипербогии (ЛЭП), актинометрических и ветровых характеристик нале (1–5). При этом, каждаятерритории потребителяиз трех шкал оси ординатотносится к соответствующему уровню относительной стоимости выработки 1 кВт×ч иможет быть (в принципе) оценена в абсолютных единицах для конкретного региона расположения мКС ВИЭ.В случае одновременного использования безрискового (ДГ) и рисковых источниковоптимальная мКС ВИЭ определяется линией луча из точекА, В, С к соответствующим гиперболам до точки касания споследними.Рекомендованные участки территорий Свердловской области с рассчитанными оптимальными по составу оборудования мКС ВИЭ (А – Восточное предгорье Уральских гор;В, С – разноудаленные районы Уральского хребта, Д – равнинные участки северной части области) показаны на рис.12.Возможность определения оптимального состава КСВИЭ для конкретной территории и с учетом потребностейзаказчика является важным стимулирующим фактором дляповышения интереса потребителей к возобновляемым источникам энергии, ускорения их внедрения и реализациинамеченных индикаторов в развитии ВИЭ в Свердловскойобласти и России.Рисунок 12.

КартаРазвитием данной работы стало создание отечественнойСвердловскойобластипрограммы расчета комплексной системы ВИЭ - программас участками территорийЭВМ «VizProRES». Достоинствами программы являются ис(А, В, С, Д), соответпользование блока визуализации вырабатываемой каждым изствующими оптимальвидов ВИЭ энергии, определение конкретной номенклатурыным КС ВИЭоборудования и себестоимости выработки 1 кВт×ч.На рисунке 13 представлен итоговый скрин-шот программы.Как и «АРК-ВИЭ», «VizProRES» прошла регистрацию в Федеральной службе по интеллектуальной собственности и апробацию при проектировании и эксплуатации реальных объектов с применением микрогенерирующих комплексных систем ВИЭ.20Рисунок 13.

Скрин-шот программы расчета мКС ВИЭ «VizProRES»В главе 4 представлены результаты исследований ресурсного потенциала Свердловской области по различным видам возобновляемых источников энергии и рассмотрены возможности использования различных мКС ВИЭ.В ходе многолетних исследований, выполняемых с участием диссертанта, былопределен экономический потенциал возобновляемых источников энергии Свердловской области, который представлен в таблице 5.Ресурсный энергетический потенциал ВИЭ Свердловской областиТабл. 5.№1233а3б4567Параметрымлн. т у.

т. / год%Общее ежегодное потребление ТЭР по Свердловской областиВетроэнергетикаСолнечная энергетикаСолнечные коллекторы (т)Солнечные ФЭП (э)Гидроэнергетика (малая)Сбросное тепло (предприятия и ЖКХ)Биомасса (отходы животноводческих предприятий)Всего потенциал ВИЭ (экономический)50–520,3100 %0,6 %0,80,0050,24,00,35,651,6 %0,01 %0,4 %8%0,6 %11,3 %Министерством Энергетики и ЖКХ Свердловской области в 2011 году утверждена«Стратегия развития топливно-энергетического комплекса Свердловской области напериод до 2020 года» (Приказ Министра № 50 от 15.06.2011).Разработка основных направлений и мероприятий «Стратегии» по разделу возобновляемой энергетики Свердловской области осуществлялась при непосредственном участиикафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» УрФУ.

Основнойвклад при разработке раздела 4.6 «Возобновляемые источники энергии» «Стратегии…»внесли заведующий кафедрой АС и ВИЭ, доктор технических наук, профессор С. Е. Щеклеин и автор данной работы.В разделе 1 главы 4 рассмотрен ветропотенциал в районе объекта «Энергоэффективный дом» и проведен анализ эффективности использования ветроэнергетических установок в составе КС ВИЭ для нужд удаленного дома в сельской местности на территориях с21резко-континентальным климатом. В основу расчетов легли теоретические и практические разработки известных специалистов в области ветроэнергетики Безруких П.П.,Харитонова В.П., Николаева В.Г. и др.Результаты исследований показали, что обеспеченность скорости ветра для тихоходных ВЭУ (z<2) составляет в районе расположения «Энергоэффективного дома» (для 3–5 м/с) 0,15-0,2, а в зонах вершин Уральского хребта (для ветров 5–6 м/с) – 0,5–0,6.Это позволяет говорить о необходимости поиска, не смотря на наличие Атласа ветров, «месторождений» ветра, выборе типа ветроустановок (I или II класса) и принимать соответствующие решения для проектирования отдельных ВЭУ или ветропарков.

Для различных мест расположения объекта искомые оптимальные значения долей установленных мощностей хДГ и хВЭУ будут зависеть от условий окружающейсреды (скорость ветра, распределение Вэйбулла для скорости ветра, класса открытости местности (по Милевскому) и от правильного выбора типа ветроустановки.Исследование эффективности ВЭУ для удаленного децентрализованного объекта(на примере «Энергоэффективного дома») осуществлялись на двух разных типахВЭУ: первого класса (крыльчатые с быстроходностью Z< 2 и горизонтальной осью)и 2-го класса (роторные с вертикальной осью, Z< 2).Две ВЭУ 4–5–18 крыльчатого типа функционируют на объекте с 2003 г. (рис. 5.)Инновационная ВЭУ роторно-лепесткового типа была испытана в 2010–2012 гг.в НТЦ «Кардэя» (Екатеринбург) при участии УрФУ.Ряд выводов по использованию ВЭУ на территориях с резко-континентальнымклиматом:-ветровой потенциал для объекта может использоваться в течение всего года, однако носит нерегулярный характер и позволяет говорить об эффективности использования тихоходных ветроустановок с КИУМ не более 13–15 %.-ВЭУ в составе мКС ВИЭ уже при скорости ветра 4–5 м/с и выше выполняет однуиз ключевых функций, осуществляя работу по выработке электроэнергии в любоевремя суток в течение года.-быстроходные ВЭУ с Z>3 (одно, двух и трехлопастные) при данных характеристиках ветра (3–5 м/с) непригодны.В разделе 2 главы 4 представлены результаты исследований использования солнечных установок в составе мКС ВИЭ для выработки тепловой и электрической энергии в «Энергоэффективном доме».

Для выработки электроэнергии использованы панели ФЭП производства Всероссийского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ, г. Москва), суммарной пиковой мощностью 2,4 кВт (80 солнечных панелей). В основу расчетов по ФЭП легли теоретические работы Стребкова Д.С., Харченко В.В., Арбузова Ю.Д., Евдокимова В.М., Безруких П.П., Попеля О.С.

и др..На объекте «Энергоэффективный дом» была проведена серия исследований по влиянию уровня (высоты) снежного покрова на эффективность ФЭП.Исследования подтвердили, что использование вертикальной (рис. 14) ориентациисолнечных ФЭП для районов со снежными осадками в период вероятного выпадения снега существенно эффективнее заснеженных ФЭП, отслеживающих движение солнца по горизонту, и темболее, чем классическая строгая ориентация, учитывающая широту местности.Было продемонстрировано, что строго вертикальное расположение гарантирует зимой функРисунок 14. Монтаж ФЭПционирование ФЭП при любом уровне снежныхс вертикальным расположениемосадков на территории.

На рис.15 представленана объекте «Энергоэффективный дом»22ФЭС с углом наклона 15 % и схема коммутации ее ФЭП на крыше объекта«Энергоэффективный дом».Подобное расположение ФЭП в районахс высоким значениемГСОП практически исключает в зимний период зарядку АКБ ввидуустойчивого снежногопокрова.Рисунок 15. Фото ФЭС Nпик 420 Вт и схема коммутации ФЭПВ ходе экспериментов было показано, что при вертикальном расположении в случае использования ФЭС Nпик=150 Вт в зимнее время автоматика газового котлана второй день автономной работы энергокомплекса ФЭП+АКБ начинала «испытывать проблемы» из-за недостаточного напряжения АКБ (инвертор не сможет поддерживать стандартное напряжение (220В, 50 Гц) при напряжении на аккумулятоременее 24 В). На рис.

16 представлен пример графика подзарядки АКБ.Из графика очевидно: в летнее время прифункционировании автоматики газового котлаот системы «ФЭП-инвертор» аккумуляторнаябатарея 45Ач в течение дневного времени«успевает» с уровня 65–70 % полностью подзарядиться.Взимнийпериод,из-засокращениясветовогодня,АКБемкостью 45 А×ч «не успевает» полностью зарядиться от станции ФЭП пиковой мощностью150 Вт. При этом необходимое расположение панелей ФЭП в зимний период воРисунок 16. Влияние времени года на эффективностьвсехрайонахсрезкозаряда АКБ емкостью 45 Ач от солнечной станцииконтинентальнымклиматомРоссии–ФЭП N(пик) 150 Втстрого вертикальное. Пример эффективности применения программы расчета «АРК-ВИЭ» демонстрирует геометрическаяинтерпретация оптимальной (расчетной) мКС ВИЭ и поставляемой в составе оборудования, импортируемого из КНР (рис.

17).Рисунок 17. Графическая визуализация эффективности штатного комплекта d-мКС ВИЭ КНР (1)и оптимизированной по программе «АРК-ВИЭ» мКС ВИЭ (2) того же производителя.23Результаты сравнения выработки электроэнергии мКС ВИЭ Китая и «оптимизированной»мКС ВИЭ России, представлены в таблице 6.Табл. 6Показатель (рассчитан для условий Уральского региона)КНРАРК-ВИЭВыработка эл. энергии в зимний период (декабрь), кВт×ч/ мес.4092Выработка эл. энергии в летний период (апрель-сентябрь) кВт×ч/мес.159,9101,0Общая стоимость d-комплексной системы ВИЭ (тыс. руб.) (ВЭУ+ФЭП)390224Из таблицы видно, что комплект поставляемого из КНР оборудования без оптимизации ВЭУ и ФЭП по мощности – в два раза дороже, а выработка им электроэнергии(в зимний период) в условиях Уральского региона более чем в два раза ниже оптимизированного с помощью предложенного алгоритма расчета мКС ВИЭ.Солнечная энергия, помимо прямого преобразованияна ФЭП, использовалась на объекте для выработки тепла солнечными коллекторами производства КаменскУральского металлургического завода (Свердловскаяобл.) (рис.