Диссертация (1143334), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Оптимальной считается67мКС ВИЭ, находящаяся на луче, образованном касательной к «пуле Марковитца»,исходящей из показателя стоимости выработки кВт ×ч на безрисковом источникеэнергии (дизель-генераторе), в местности расположения объекта.Рис. 14. Сравнение оптимальных расчетных (область пули Марковица) и экспериментальных данныхмКС ВИЭ в квартирах (коттеджах) 1–8 «Энергоэффективного дома».(1 – sp-мКС ВИЭ (котт. 1); 2 – p-мКС ВИЭ (котт. 2);5 – d-мКС ВИЭ (котт. 3, 4, 5); 6 – h-мКС ВИЭ (котт. 6);7 – s-мКС ВИЭ (котт.
7); 8 – k- мКС ВИЭ (котт. 8))Оценка отклонения указанных значений составляет 5-7 %.Все мКС ВИЭ в «Энергоэффективном доме», сформированные до появлениянаучного обоснования эффективности на основе метода выпуклой оптимизации, несоответствовали оптимальному соотношению долей установленной мощностимежду видами оборудования ВИЭ, т. к. были подобраны имперически, вследствиечего имеют резерв повышения эффективности. Этот резерв определяется относительной величиной 20-50 % потенциальной мощности установленного оборудования ВИЭ или (в абсолютных величинах) – т.е. перерасходу в 2–5 руб.
за каждыйвырабатываемый мКС ВИЭ 1кВт×ч энергии (определяется по величине ординатыот значения точки соответствующей мКС ВИЭ до линии пули Марковитца).В то же время, даже при таких уровнях стоимости мКС ВИЭ, реализованныена объекте «Энергоэффективный дом», неоднократно демонстрировали надежность энергоснабжения в моменты отключений электроэнергии в населенном68пункте (п.
Растущий, Белоярского района) благодаря кратному резервированию систем энергообеспечения на основе ВИЭ.2.6. Анализ компьютерных программ расчета параметров энергосистемвозобновляемых источников энергииВ настоящее время в мире разработано около ста автоматизированных ЭВМпрограмм по расчету различных параметров энергосистем на базе ВИЭ, включаяэкономику. Многие программы ЭВМ основаны на технологии 3D проектированиядля наилучшего выбора расположения установок на местности. Некоторые программы не требуют установки и работают в режиме on-line. Это значительно сокращает время проектирования и не занимает места на жестком диске персональногокомпьютера.
Примерно половина всех программ находится в свободном доступе,соответственно ими могут воспользоваться все желающие.Каждая программа имеет свои особенности, например, одни показывают выработку электроэнергии, другие помогают правильно расположить установки наместности или объекте, третьи считают прибыль за счет генерации электроэнергиив сеть и срок окупаемости.
Для более масштабных проектов необходимо использование сразу нескольких программных комплексов. В разделе приведено описаниенекоторых наиболее функциональных программ, находящихся в свободном доступе.Программный пакет RETScreen – программа для анализа проектов с использованием возобновляемых источников энергии, реализованная Minister of NaturalResources Canada в пакете Microsoft Excel [47]. Данный комплекс включает в себябазы данных продуктов, проектов, гидрологических и климатических характеристик, данные для сравнительной оценки, а также подробное руководство пользователя.
Переведен на 35 языков, включая русский.Программа RETScreen позволяет моделировать и анализировать любой проект с использованием ВИЭ. Специалисты, ответственные за принятие решений, могут выполнять пятиэтапный стандартный анализ, включающий энерговыработку,69расчетсебестоимости,эмиссионныевыбросы,финансовыезатраты,а также анализ рисков и чувствительности системы.Из недостатков программы RETScreen для отечественного пользователястоит отметить статичность программы: она не использует временной модульв процессе моделирования, т.е.
не способна моделировать и просчитывать комплекс различных рисковых ситуаций. Отсутствует возможность комбинироватьразличные источники энергии в пределах одной системы.Модель оптимизации КС ВИЭ «HOMER» – компьютерная программа, разработанная американской Национальной Лабораторией возобновляемых источниковэнергии (NREL), предназначена для расчета энергосистем малой мощности и сравнения различных способов выработки энергии [48]. «HOMER» моделирует физическое поведение энергосистемы и ее стоимость за период эксплуатации, включающую стоимость установки и затраты на дальнейшую эксплуатацию.
«HOMER»позволяет сравнить множество различных вариантов конструкции энергосистемыи определить ее технические и экономические достоинства, помогает определитьриски, связанные с изменчивостью погодных условий. Программа не является статичной, она способна симулировать изменчивость погоды, например, учитываетвероятности штилей или наоборот, штормовых ветров, снижение инсоляции вследствие облачности.Программный комплекс «HOMER» может рассчитать как автономную, так исоединенную с сетью энергосистему, производящую тепловую и электрическуюэнергию и содержащую любую комбинацию источников энергии, состоящую изФЭП, ветрогенераторов, микро-ГЭС, биогазовых установок, ДВС, микротурбин,топливных элементов, АКБ и водородных источников.Структура программы содержит 3 основных модуля: моделирование, оптимизация и анализ чувствительности.
«HOMER» предоставляет результаты проектирования в виде таблиц и графиков, что облегчает сравнение различных конфигураций ипозволяет определить экономические и технические преимущества различных систем. Общий вид окна программы, демонстрирующий наглядность представлениярассчитанных видов ВИЭ, дан на рис. 15.70Рис. 15. Общий вид окна программы «HOMER»Для того, чтобы облегчить пользование программным комплексом и обеспечить достаточную быстроту вычислений, оптимизации и анализа чувствительности, в «HOMER» используется менее подробный процесс моделирования, чемв ряде других программ, содержащих временной модуль, таких как «Hybrid 2», «PVDesignPro» и «PV*SOL». В то же время, «HOMER» является более подробным программным комплексом, чем «статистические» программы, такие как «RETScreen», вкоторых не используют временной модуль в процессе моделирования.
Из всех приведенных программ «HOMER» является самым гибким с точки зрения универсальности и разнообразия систем, которые он может спроектировать.Представляет интерес программа «Skelion» – плагин, который дает программе «Google SketchUp» возможность добавлять солнечные батареи в архитектурные проекты [49].Плагин «Chronolux 1.0» предназначен для расчета продолжительности инсоляции и геометрического коэффициента естественной освещенности (этот коэффициент составляет процентное отношение площади светопропускания к площадинебосвода).Таким образом, используя программу «SketchUp» с плагинами «Skelion»и «Chronolux» и дополнительно подключив программу «PV Watts» для расчета прихода солнечной радиации, можно создать глобальный проект по разработке солнечной системы.Достоинстводанногокомплексапрограмм заключается71в том, что одна программная среда содержит сразу несколько направлений: расчетпадающего солнечного излучения, вычисление оптимального угла наклона ФЭП,правильная расстановка солнечных панелей на выбранной поверхности для исключения затенения, графическое представление результатов.Из недостатков стоит отметить, что программный комплекс не решает вопросов технического характера, т.
е. не производит расчет необходимого оборудованияи мощностей системы, не оперирует другими источниками энергии, кроме солнечных панелей, не решает вопросы экономического характера (капитальные затраты,срок окупаемости, затраты на обслуживание и ремонт). Бесплатная версия содержитмного ограничений по сравнению с платной, из-за чего невозможно сохранить проект в разных форматах и перевести работу из 3D формата в 2D.Одна из программ для расчета параметров ВИЭ– «Sunny Design»[50], предлагает возможный проект по использованию ФЭП в системе электроснабжения,подбирает необходимое количество панелей, параметры контроллера и инвертора,которые будут удовлетворять характеристикам системы. Кроме того, возможнооценить дальнейшее потребление солнечной системой электроэнергии на собственные нужды.
Результаты предоставляются в виде диаграммы.Интерфейс программы интуитивно понятен. Основное преимущество «SunnyDesign» – наглядность, все шаги имеют графическое представление, поэтому определить суть каждого окна достаточно просто. Важным качеством, которое отличаетэту программу от остальных, является способность легко сравнивать производительность различных типов солнечных панелей. Большинство производителей солнечных панелей уже содержатся в обширной базе данных программы, и есть возможность ввести параметры солнечной панели своей собственной разработки.Из недостатков стоит отметить, что программа применима только к расчетусолнечных систем, которые используют инверторы производства компании SMA.SMA – один из производителей инверторов солнечных систем и систем мониторинга состояния ФЭП.
«Sunny Design» разрабатывалась именно компанией SMA.Характеристики месторасположения солнечных панелей являются довольно обоб-72щенными. Учитываются лишь данные о приходе солнечной радиации для близлежащего крупного населенного пункта, что не совсем подходит для удаленных регионов.Хорошо известны оптимизационные комплексы HOGA – Hybrid optimization bygenesis algorithm (Испания). Разработчики-Rodolfo Dufo-Lopez, Jose L. BernalAgustin. Это программа моделирования и оптимизации систем электроснабжения,использующих ВИЭ и АБ. Оптимизация достигается путем минимизации суммарных затрат системы на протяжении всего периода эксплуатации.
Комплекс в качестве целевой функции использует объем выбросов СО 2 в атмосферу. При решенииоптимизационной задачи используется генетический алгоритм поиска наиболееприспособленной особи (компоновки системы), способной противостоять внешним и внутренним возмущениям. В состав математической модели входят ФЭП,ВЭУ, микро-ГЭС топливные элементы, электролизер АБ и ДГ.В настоящее время оптимизационный комплекс HOGA активно применяется натерритории Европы и Британских островов.Для решения задач структурной оптимизации КС ВИЭ с использованием энергииветра, биомассы, Солнца, с возможностью аккумулирования разработан расчетныйкомплекс HYPORA (Hybrid power optimized for rural/remote areas)- США (разработчики – Minna Ranjeva, Anil K.Kulkarni).
В качестве целевой функции выступаетстоимость произведенного кВт*ч. Характерным отличием оптимизационного комплекса HYPORA является открытый исходный код, выполненный на основе MSExcel. Открытый внутренний код позволяет инженерам-исследователям, научнымработникам модифицировать программу без каких-либо последствий.Оптимизационный комплекс HYPORA является менее распространённым инструментом оптимизации по сравнению с вышеописанными HOGA, HOMER.Все указанные программные комплексы имеют недостатки, среди которых:1. В расчетах используется среднемесячная солнечная радиация.2. Распределения скоростей ветра рассчитывается по среднегодовой (среднемесячной) скорости ветра при отсутствии учета стохастичного характера динамики этой73скорости (случайного характера продолжительности временных интервалов в течение которых скорость находится в пределах заданного диапазона).3. Применение постоянной среднегодовой нагрузки (HYPORA).4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
