Диссертация (1143334), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Соотношение мощности компонентов системы зависит от схемы генерирования нагрузки и ресурсов ветра.Режим одновременной параллельной работы ВЭУ и ДЭС оценивается как недостаточно эффективный способ использования ВЭУ, поскольку доля участия ветроагрегата в системе по мощности не должна превышать 15-20 % от мощности дизель-генератора. Такие режимы можно использовать для экономии топливав гибридных установках большой мощности.При использовании раздельной работы ВЭУ и ДЭС становится возможноподнять долю участия ветроустановки до 50–60% и более. Однако, в этом случаенеизбежно усложнение системы за счет необходимости введения системы управления, инверторного оборудования и аккумуляторных батарей (АБ), которые аккумулируют энергию, вырабатываемую ветроагрегатом при рабочих скоростях ветрадля питания нагрузки в безветренную погоду или при небольших скоростях ветра.Всякий раз, когда это возможно, энергия получается за счет ВЭУ, аАБ непрерывно подзаряжаются.
В периоды ветрового затишья, когда заряд АБ падает ниже определенного уровня, для обеспечения потребителей энергией автоматически (или вручную) запускается дизель-генератор. Такой режим значительноснижаетколичествозапусковдизель-генератораи,следовательно,ведетк сокращению затрат на обслуживание и топливные расходы.Ветро-дизельные системы рассматриваемого типа в настоящее время используются в Архангельской и Мурманской областях России.Гибридные ветро-дизельные системы мощностью от 2 до 500 кВт различныхконструкций и назначения в настоящее время испытываются, разрабатываются илипланируются к реализации в рамках Федеральной программы «Энергоснабжениеудаленных территорий Крайнего Севера РФ».
Как правило, эти гибридные системыпредназначены для надежного электроснабжения автономных потребителей с одновременной экономией жидкого топлива.Крупные гибридные электростанции должны работать на локальную сетьудаленных поселков.115Использование современной ветро-дизельной системы (рис. 33) при должномвнимании к проведению текущего обслуживания, может быть экономически оченьэффективным при наличии достаточных ветровых ресурсов в местности, где установлен ветроагрегат.Рис. 33. Структурная схема ветро-дизельной установки(ВЭУ – Ветроэнергетическая установка; ДЭС – Дизельная электростанцияТЭН - Тепловой электронагреватель; АБ – Аккумуляторная батарея)В таблице 22 приведены примеры использования действующих ветро-дизельных установок в мире.Таблица 22Параметры действующих ветро-дизельных установок в миреСтранаМесторасположенияМощностьВЭУ, кВтМощностьДЭС, кВтМощностьнагрузки,кВт20, 50, 55110090–460АвстралияОстров РоттнестБразилияФернанд деНоронха2×550200 макс.КанадаОстров Келверт2×3120,5–3,5КанадаКембридж Бэй4×254: 380-7602375 максКанадаФорт Северн6085,125,19550–150ДанияРизо5512530–90Францияместо де Лас Турс10×12152100 максГерманияХелоголенд120022–12001000–3000ГерманияШнитлинген11251–15116СтранаМесторасположенияМощностьВЭУ, кВтМощностьДЭС, кВтМощностьнагрузки,кВтГрецияОстров Китнос5×2231.4ИрландияКейп Клиер2×306015–100ИрландияАйнис Ойр1×631×12, 1×26,1×44–ИталияКелбриа202×20–ГолландияECN2×305050НорвегияФроуа555015–50ИспанияБуджерелоз2516–ШвецияАскескар18,58,1–ШвецияКелмерскийуниверситет2220–ШвейцарияМартинджи16013060–80ВеликобританияОстров Файр551×20, 1×50–ВеликобританияФолклендские1010––ОстроваВеликобританияОстров Ланди553×6, 1×27ВеликобританияМашинилес1510ВеликобританияRAL167СШАОстрова Блок1501×225, 400, 5001800 максСШАКлейтон2001×400, 17002×1000; 3×12501000–3500Россияо.
Беринга(Камчатский край)пос. Усть-Камчатскпос.Андерма (Ненецкий автономный округ)550 кВт(2 х 275)275 кВт3 х 300 кВт1168 кВт-8 МВт-4х 50 кВт800 кВт-РоссияРоссия4.1.3.2. Ветро-солнечная станция – (дуплекс) d-мКС ВИЭЭлектрическая энергия может быть получена за счет преобразования солнечного излучения фотоэлектрическими батареями (ФЭП). Несмотря на довольно высокую в настоящее время стоимость ФЭП, их использование совместно с ВЭУ внекоторых случаях может быть эффективным.117В большинстве районов приход солнечной радиации и наличие ветра находятся в противофазе (т.е., когда светит яркое солнце, обычно, нет ветра, а если дуетсильный ветер, то солнца нет).
Поэтому, для обеспечения бесперебойного электроснабжения автономного объекта, уменьшения необходимой мощности ветротурбины, солнечной батареи и емкости аккумуляторной батареи, улучшения режимовработы станции, во многих случаях, целесообразно использование гибридной ветросолнечной электростанции. Особенно ощущаются преимущества гибридныхстанций при круглогодичном использовании.При этом, в зимнее время, основная выработка электроэнергии приходитсяна ветроэлектрическую установку, а летом – на солнечные фотоэлектрические модули (рис.
34).Рис. 34. Структурная схема ветро-солнечной установки(ФЭП – Фотоэлектрический преобразователь; ДЭС – Дизельная электростанция;ТЭН – Тепловой электронагреватель; АБ – Аккумуляторная батарея)4.1.3.3. Ветро-гидроэнергетическая (дуплекс) d – мКС ВИЭВЭУ могут использоваться в комбинации с микро- и мини ГЭС, имеющимирезервуар для воды. В таких системах при наличии ветра ветроагрегат питаетнагрузку, а излишки энергии используются для закачивания воды с нижнего бьефа118на верхний. В периоды ветрового затишья энергия вырабатывается ГЭС.
Подобныесхемы (рис. 35) особенно эффективны при малых ресурсах гидроэнергии.Рис. 35. Структурная схема энергокомплекса ветро-гидроэлектростанции(ВЭУ – Ветроэнергетическая установка; МиниГЭС – Мини гидро- электростанция; АБ – Аккумуляторная батарея)4.1.4.
Опыт эксплуатации ветроустановок на объекте«Энергоэффективный дом»На объекте «Энергоэффективный дом» смонтированы 2 ВЭУ мощностью 4кВт каждая и одна ВЭУ 300 Вт [70].Задачами исследований ВЭУ на объекте являлись: определение мощностных характеристик ВЭУ 5–4; исследование инерционности ВЭУ; исследование влияния нагрузки; исследование влияния выходных параметров (тип генератора) [71]; исследование эффективности ВЭУ в составе мКС ВИЭ.Результаты исследований показали, что обеспеченность скорости ветра для тихоходных ВЭУ (z<2) составляет в районе расположения «Энергоэффективногодома» (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 (рис.36).119Рис.
36. Номограмма обеспеченности ветром района расположения «Энергоэффективного дома» впос. Растущий в течение года.Это позволяет говорить, не смотря на наличие известных Атласов ветра РФ,о необходимости введения термина «месторождение ветра» и поиска таких «месторождений» при выборе типа ветроустановок (I или II класса) и принимать соответствующие решения для проектирования отдельных ВЭУ или ветропарков.Изграфика(рис.37)видно, что существенноеизменениеинсоляцииво времени года по месяцам сопровождается в районе расположения «Энергоэффективного дома» относительно незначительным (до 10–12 %) изменением ветрового потенциала (средней скорости ветра) с отрицательным коэффициентом зависимости между параметрами ветра и инсоляции.120Рис.
37. Показатели скорости ветра и солнечной инсоляциив районе «Энергоэффективного дома» по месяцам годаДля определения оптимального сочетания доли мощности в составе дуплексмКС ВИЭ «ДГ+ВЭУ» были исследованы значения дисперсий стоимости выработки энергии ДГ и ВЭУ за единицу времени в соответствие с (2.8):Определяя выбор сочетания мощностей ДГ и ВЭУ, вновь обращаемся к методу оптимизации с поиском экстремума выпуклой функции и используем программу расчета оптимальной мКС «АРК-ВИЭ», описанную в гл. 2.
При этом, ограничения будут характеризоваться следующим образом:хДГ + хВЭУ =1, хДГ r ДГ+ хВЭУ mВЭУ =А, A < rДГгде xВЭУ – доля, вырабатываемая ВЭУ( рисковым) источником ВИЭ;rВЭУ – стоимость эксплуатации ВЭУ в течение часа;mВЭУ – средняя стоимость энергии, вырабатываемой ВЭУ за единицу времени(выборочное среднее по YВЭУ );при этом хДГ >0; хВЭУ > 0A – допустимый уровень средней стоимости 1 кВт×ч, вырабатываемого КСВИЭ; rДГ – стоимость выработки эл.энергии ДГ.121Для различных мест расположения объекта искомые оптимальные значениядолей установленных мощностей хДГ и хВЭУ будут зависеть от условий окружающей среды (скорость ветра, распределение Вэйбулла для скорости ветра) и от правильного выбора класса и типа и установки.Средняя мощность ВЭУ N (кВт) определялась по соотношению:N = /8 СрD2 v3(v) t(4.1.)Удельная стоимость вырабатываемой электроэнергии (руб./кВт-ч) определяется соотношением:ССВЭУ = (N С + Иэк Тсл ) / E Тсл(4.2)где С – удельная стоимость установленной мощности, руб./кВт;N С – общая стоимость установки;Иэк – издержки эксплуатации (руб./год);Тсл – срок службы, год;Ср – коэффициент использования ветра (0,4–0,44 для крыльчатых ВЭУи 0,18–0,25 –для роторных);Е – электроэнергия, выработанная установкой в год.Исследование эффективности ВЭУ для удаленного децентрализованногообъекта (на примере «Энергоэффективного дома») осуществлялись на двух разныхтипах ВЭУ: первого класса (крыльчатые с горизонтальной осью) и 2-го класса (роторные с вертикальной осью).Две ВЭУ 4–5–18 крыльчатого типа функционируют на объекте с 2003 г.
(рисунок 25). В Акте внедрения от НПО «Ветростар» (Москва) подтверждена расчетная окупаемость ВЭУ 4–5: 8 лет (приложение).Инновационная ВЭУ роторно-лепесткового типа была испытана в 2010 г.в НТЦ «Кардэя» (Екатеринбург) и предложена к монтажу на площадке «Энергоэффективном доме»[72]. Испытания прототипа ВЭУ «Кардэя» проводились в Екатеринбурге на здании промышленного предприятия высотой 20 м (рис. 38). Ветроколесо с вертикальной осью вращения и небольшим относительно высоты диаметром,внешне(рис. 38 а, б).напоминает«вращающуюсяновогоднююелку»122а) июнь 2010 г.б) ноябрь 2010 г.(шесть лепестковых пар)(восемь лепестковых пар)Рис.38.
Ветроэнергетическая установка роторно-лепесткового типа «Кардэя»Конструктивное исполнение ветроколеса обеспечивает ему следующие технические преимущества: открывается возможность практически неограниченного увеличения количества лопастей в ветроколесе без создания помех для взаимодействия смежныхлопастей с ветровым потоком; существенно увеличивается коэффициент заполнения (Кз) и, следовательно,возрастает коэффициент использования энергии ветра, а также повышается удельнаяпарусность ВЭУ (отношение площади миделева сечения на парусной стороне ветроколеса к общей массе ВЭУ); исключается необходимость принудительной ориентации ветроколеса наветер.С увеличением количества лопастей увеличивается высота силовой колонныи ее масса, что увеличивает нагрузку на опорный узел, имеющий свой предел прочности.
Однако, можно «разделить» силовую колонну на равные части (модули) с123равным количеством лопастей N на каждой из них, а на концах фрагментов установить элементы зубчатых муфт для последующего их соединения между собой впроцессе монтажа ВЭУМонтаж ВЭУ сведен к установке одного модуля на другой с последующимсоединением элементов зубчатых муфт и жестким креплением каркасов между собой.
Мощность ВЭУ определяется количеством модулей.ВЭУ «Кардэя» напоминает высоковольтную опору с горизонтальными промежуточными площадками, несущими модули ветроколеса, связанными между собой лестничными маршами (рис. 39).Рис. 39. Схема конструкции роторно-лепестковой ВЭУ «Кардея»Основным достоинством этой установки для потребителя является нижнее расположение электрогенератора, что создает возможность для оперативного технического обслуживания и быстрой замены генератора в случае необходимости [73].1244.1.5. Выводы и рекомендации по использованию ВЭУ в составеэнергокомплекса на основе ВИЭ1. Ветровой потенциал для объекта на территориях с резко-континентальным климатом может использоваться в течение всего года, однако носитнерегулярный характер и позволяет говорить об эффективности использования тихоходных ветроустановок с КИУМ не более 15 %.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
