Диссертация (1143334), страница 10
Текст из файла (страница 10)
был введен в эксплуатацию «Энергоэффективный дом» (п. Растущий), особенностью которого явилось использование широкого ряда возобновляемых источников энергии – энергокомплекса на основе ВИЭ. В рассматриваемом комплексном подходе примененная на объектесхема обозначится, как sp-мКС ВИЭ, (тип А):ДГ(1)+ВЭУ(2)+ВН(3)+СК(4)+ФЭП(5)+ТН(6)+БГУ(7)Кроме указанных ВИЭ, на близлежащей к «Энергоэффективному дому» плотине Верхне-Бобровского пруда была установлена переносная микро-ГЭС, успешные испытания которой прошли в сентябре 2011 г..
Таким образом, мГЭС такжеположительно зарекомендовала себя, как составляющая мКС ВИЭ.Для оптимизации состава оборудования по мощностям требовалось проведение исследований для различных сочетаний оборудования мКС ВИЭ.Такие исследования были проведены в период с 2006 по 2017 г. Принципиальная схема функционирования sp-мКС ВИЭ, тип «А» «Энергоэффективногодома» в п. Растущий представлена на рис. 9.55АДФВККмКБГаС2АКБ2Ин-2ТГрунтовыйзонд ТННаружное LED-освещениеГВС Отопление ТеплыйполГ Х П ТНаружное LED-освещениеРис. 9.
Схема sp-мКС ВИЭ в энергообеспечении «Энергоэффективного дома»(ДГ-дизельгенератор; ВЭУ-ветроэнергетические установки;ФЭП – фотоэлектрическиепреобразователи; мГЭС-микро гидроэлектрическая станция;БГУ – биогазовая установкана отходах жизнедеятельности; СК-солнечные коллекторы; К-контроллеры;Газо-Г – низконапорный газогенератор на очищенном биогазе; АКБ-аккумуляторные батареи;ТН – тепловой насос с грунтовым зондом (источник низкопотенциальной энергии);ГК – газовый котел «Vаillant»; Х – абсорбционный холодильник; ПК – персональныйкомпьютер; ТВ – телевизор, радио; LED-освещение – освещение на базе светодиодов;АЦП – аналого-цифровой преобразователь)2.2. Математическая модель микрогенерирщего энергокомплексана основе возобновляемых источников энергии – мКС ВИЭТочные, экономически оправданные соотношения установленных мощностей оборудования для разных типов мКС ВИЭ в различных регионах, требуютсложных математических расчетов, как и в случае определения оптимального финансового портфеля, насчитывающего множество акций, доходность которых меняется стохастично [44].
мДля решения этой задачи автором предложена математическая модель, учитывающая ряд значимых факторов и ограничений.Эффективность математической модели энергокомплекса на основе возобновляемых источников энергии в общем виде может быть представлена уравнением :Gкл = f [ vR1; vR2; CCi; Uj]где Gкл – показатель эффективности энергокомплекса (мКС ВИЭ);v – совокупность факторов воздействия внешней среды:(скорость ветра (ВЭУ), инсоляция (ФЭП, СК), напор, расход (мГЭС),температура НПИ (ТН), режим метангенерации (БГУ);(2.1)56R1: Э, А, S, M, F – тип мКС ВИЭ в зависимости от доли замещаемой мощности (КС ВИЭ: Э – микро; А – мини; S – малая; М – средняя; F – полная);R2: d, h, k, p, s, sp – тип мКС в зависимости от видов ВИЭ в системе:d – дуплекс мКС ВИЭ (ДГ + ВЭУ или ДГ + ФЭП или ДГ + мГЭС и т.
п.);h – трио- мКС ВИЭ (ДГ+ВЭУ+ФЭП) или (ДГ+ ВЭУ+мГЭС);k – кватро- мКС ВИЭ (ДГ+ ВЭУ+ФЭП+мГЭС);p – пента-мКС ВИЭ (ДГ+ ВЭУ+ФЭП+мГЭС+ТН+БГУ);s – сикстет-мКС ВИЭ (ДГ+ ВЭУ+ФЭП+мГЭС+ТН+БГУ);sp – септ-мКС ВИЭ (ДГ+ ВЭУ+ФЭП+мГЭС+ТН+БГУ+СК);ССi – себестоимость производства 1кВт-ч разными видами ВИЭ;Uj – стоимость кВт установленной мощности разных видов ВИЭ.По мере повышения «ранга» системы энергообеспечения с «дуплекс КСВИЭ»до «септ-мКС ВИЭ» возникает новое качество энергопотребляющей си-стемы:– возрастает надежность энергообеспечения потребителя за счет резервирования другими системами ВИЭ;– появляется возможность снижения установленной мощности дизель генератора, а следовательно – понижается топливная составляющая;– снижаются затраты на поставку органического топлива и объемы выбросов.Существенное слабое место при повышении ранга мКС ВИЭ – значительныйрост её стоимости.
Именно по этой причине и необходима математическая оптимизация состава оборудования для любого из типов мКС ВИЭ.57В общем случае для математического анализа объект исследования можнопредставить в виде структурной схемы, показанной на рис. 10.Рис. 10. Алгоритм многофакторной математической моделидля микрогенерирующего энергокомплекса на базе ВИЭПредставление объекта в виде такой схемы основано на известном в математической оптимизации принципе «черного ящика», в котором имеем следующиегруппы параметров:1) Хi – управляющие (входные), которые называются факторами;2) Yi – выходные параметры, которые называются параметрами состояния;3) Wi – возмущающие воздействия.Предполагается, что возмущающие воздействия Wi не поддаются контролюи либо являются случайными, либо меняются во времени (скорость ветра, инсоляция, температура).Каждый фактор Хi имеет область определения, которая должна быть установлена до проведения эксперимента (себестоимость выработки кВт×ч энергии илиудельная стоимость оборудовании (1 кВт установленной мощности).Комбинацию факторов можно представить как точку в многомерном пространстве, характеризующую состояние системы.На практике целью многофакторного эксперимента является установлениезависимости:58yi = f [х1 (W1), х2 (W2), …., хn(Wn)](2.2)описывающей поведение объекта.
Чаще всего функция (2.2) строится в видеполинома:yi= а0 + а1х1(W1) + а2х2(W2)(2.3)илиy = а0 + а1х1 + а2х2 + а11х21 + а22х22 + а12х1х2(2.4)Целью эксперимента было построение зависимости (2.3) при минимальномколичестве измерений значений управляющих параметров хi.Функция отклика объекта и планирование эксперимента в случае, еслиy = f (х1, х2, …., хk), – в данном уравнении характеристики объекта не зависятот времени.Оборудование ВИЭ на объекте «Энергоэффективный дом» имеет не статические, а динамические характеристики, т.
е. входные факторы и параметры объектазависят от времени. Для большинства сложных объектов характерно наличие случайных возмущений и задача идентификации требует статистических методов дляопределения динамических характеристик.Нахождение оптимальных условий для исследуемого объекта – важнейшаяпрактическая задача. При многофакторном эксперименте требуется найти значенияфакторов xi такие, при которых отклик системы yi принимает значения ymax илиymin.
Таким образом, строится целевая функция откликаy = y (x1, x2, …xk)(2.5)и задача оптимизации сводится к нахождению x1опт,х2опт,…,хkопт обеспечивающих экстремум функции цели:yi = y (x1опт, x2опт, …xk опт) = ymin (ymax )(2.6)Кроме того, на значения факторов накладываются дополнительные ограничения:59yi = y (x1, x2, …xk) {< , = , >} Ri, где r = 1…r(2.7)Таким образом, задачей оптимизации является нахождение экстремумафункции отклика при том условии, что сама функция априори неизвестна.
Такаязадача может быть решена многими способами:1. Путем полного факторного эксперимента строится нелинейная модельфункции отклика и затем у этой функции находится экстремум. Такая модель может оказаться сложной и потребовать большого числа опытов, так как требованиянахождения ее экстремума могут заставить проводить полный факторный эксперимент в широком диапазоне варьирования и при большом числе опытов.2. Более практически приемлемым оказывается «пошаговый» подход к решению задачи нахождения экстремума. В этом случае эксперимент проводитсяв ограниченной области.
Находитсянаправлениероста функции отклика(при нахождении максимума) или направление падения функции отклика (принахождении минимума). Затем эксперимент проводится в следующей областии т. д. Таким образом, осуществляется последовательный поиск экстремума функции отклика. В этом случае задача оптимизации может быть решена без полногоописания функции отклика во всей области варьирования факторов. Пошаговоедвижение осуществляется до попадания функции в частный оптимум (экстремумфункции) в выбранном направлении – кривая 1 на рис.
11.Рис. 11. Графическая интерпретация алгоритма многофакторной моделипри определении оптимальной конфигурации управляющих факторов Хi60В результате пошагового движения обоими методами определяем стационарную область, близкую к точке оптимума. Эта область не может быть описана гиперплоскостью и требует описания в виде нелинейной модели (гиперболоида, параболоида и т. д.).Использование многофакторной модели позволяет определить оптимальную«конфигурацию» мКС ВИЭ по составу и установленной мощности оборудования.В нашем случае при определении оптимального состава оборудованияв мКС ВИЭ потребуется найти соотношения между установленными мощностямикаждого из видов ВИЭ или показать, что использование какого-то вида ВИЭ нецелесообразно в принципе по причине, например, отсутствия в данном регионе «энергетических» ветров или гидропотенциала и т.
д.).2.3. Безрисковый и рисковые источники энергии мКС ВИЭВ качестве критерия эффективности энергокомплекса на основе возобновляемых источников энергии был принят критерий минимальной стоимости одногокВт-ч отпускаемой мКС ВИЭ электроэнергии, при заданном простом сроке окупаемости.Пусть имеем n+1 источник энергии;работу одного из них будем считать независящей от случайных возмущений(дизельгенератор). Такой источник называется безрисковым. В качестве таковогоможет применятся, например, биогазовая установка, топливом для которой можетслужить помет животноводческой фермы.Работа других n источников ВИЭ подвержена случайным возмущениям(например: использованиеветровой и солнечной энергии ВЭУ+ФЭП).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
