Диссертация (1143334), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработка устройств для воздействия на гидродинамику двухфазногопотока в геотермальных системах ......................................................... 226ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................237ВЫВОДЫ .................................................................................................................239ЛИТЕРАТУРА .........................................................................................................241ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................................255ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.
Развитие возобновляемой энергетики в мире принимает все более устойчивый характер и достигает в развитых и развивающихся странах 10–15 % ежегодной выработки. Россия, располагающая значительными запасами углеводородов, вышла по этому показателю к 2017 г. на уровень 2,5 %. Большие пространства РФ, наличие удаленных поселений, требуют надежных автономных энергоисточников и сейчас эта задача решается, в основном, за счет дизельгенераторов, работающих на органическом топливе. Географическое положениестраны (средние и высокие географические широты, резко континентальный климат, удаленность большей части заселенных территорий от морей), обуславливаетнабольшейчаститерриторииРФмалуюскоростьветра(3–5 м/с), относительно невысокую среднегодовую инсоляцию (120–200 Вт/м2), что,тем не менее, не снижает интерес к ВИЭ.Одним из решений задачи повышения надежности и конкурентоспособностиВИЭ для удаленных объектов может стать использование микрогенерирующихэнергетических комплексов с расширенным рядом видов ВИЭ – комплексных систем ВИЭ (далее –мКС ВИЭ), использующих разнообразный имеющийся на даннойтерритории энергетический потенциал, созданный Природой.
Общими признакамимКС ВИЭ является использование возобновляемых источников энергии в различномсочетании оборудования: ВЭУ(ветроэлектрические установки), ФЭП (фотоэлектрические преобразователи), СК (солнечные коллекторы), мГЭС (малые гидроэлектростанции), БГУ (биогазовые установки), использование геотермального тепла в ТН(тепловых насосах).Роль использования энергетических комплексов с расширенным рядом ВИЭдля России, с учетом ее огромных пространств, отсутствием на 70 % территориистраны централизованных источников энергии и усилением в последнее время климатических и политических угроз, возрастает.
Внедрение мКС ВИЭ приведет к повышению надежности энергоснабжения удаленных территорий, росту качества7жизни децентрализованных потребителей электроэнергии, созданию новых рабочих мест, формированию предпосылок к снижению потребления органических топлив и загрязнения окружающей среды.Все это в целом определяет актуальность разработки методологии использования мКС ВИЭ, их классификации и разработки алгоритмов построения энергетических систем с расширенным составом возобновляемых источников энергии.Диссертационная работа выполнялась в рамках приоритетного направленияразвития фундаментальных и прикладных наук «Энергосбережение.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» по х/д теме 1681 «Комплексная оптимизация энергопотребления удаленного жилого объекта с целью устойчивого энергообеспечения нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии» (2001г.), по бюджетной теме № 1671 «Разработка научных основ создания системы автономного энергообеспечения объектов специального назначения на основе возобновляемых источников энергии (2002 г.); по х/д теме 1692 «Энергоэффективныйсельский дом с резервированием ответственных потребителей энергии на основекомплексавозобновляемыхисточников»(2003,2004гг.);в рамках Межотраслевой научно-технической программы сотрудничества Министерства образования Российской Федерации и Министерства Российской Федерации по атомной энергии по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» в рамках темы НИР «Исследование возможностей малых энергетическихустановок возобновляемой энергетики для целей резервного электроснабжения потребителей собственных нужд АЭС»; в рамках программы «Энерго- и ресурсосбережение Свердловской области» по теме «Исследование гидроэнергетического потенциала рек и водохранилищ Свердловской области» (2001, 2009 гг.); в рамкахработ по формированию Стратегии развития топливно-энергетического комплексаСвердловской области на период до 2020 г.В связи с принятием Закона № 261 «Об энергосбережении, о повышении энергетической эффективности…», постановлений Правительства РФ № 449 от 28.05.2013г.
«О механизме поддержки внедрения ВИЭ в России» и № 47 от 23.01.2015 г. «О стимулировании использования возобновляемых источников энергии на розничных рын-8ках электроэнергии», актуализируется задача развития технологий ВИЭ для территорий субъектов Российской Федерации, включенных в перечень технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем, и на территориях, технологически не связанных с Единой энергетической системой России.Научная задача состоит в разработке методологии расчета комплексных систем ВИЭ, позволяющей определять рациональные варианты их применения с учетом возможностей различных электро- и теплогенерирующих видов ВИЭ на основеоптимизации многофакторной математической модели с поиском экстремума выпуклой функции.Целью настоящей работы является разработка методологии применения комплексных миикрогенерирующих систем с расширенным рядом видов ВИЭ и определения оптимального состава оборудования возобновляемых источников энергиидля удаленных децентрализованных объектов на основе метода выпуклой оптимизации.Основные задачи, решаемые в работе:- разработка классификации микрогенерирующих энергокомплексов дляэлектро- и теплоснабжения автономных объектов с расширенным составом оборудования ВИЭ;- разработка многофакторной дискретной стохастической математическоймодели мКС ВИЭ;- разработка компьютерной программы автоматизированного расчета и программы визуализации построения энергокомплекса для определения оптимальногосостава оборудования ВИЭ на данной территории;- создание экспериментального объекта с широким составом возобновляемых источников энергии;- анализ расчетных и экспериментальных данных применения ВИЭ и их различных сочетаний, полученных при использовании комплексных систем ВИЭ;- разработка и патентная защита устройств и способов повышения эффективности использования энергии солнца, ветра, гидропотенциала, биоотходов животноводства, низкопотенциального тепла в тепловых насосах для автономного энергоснабжения удаленных потребителей.9Научная новизна.
В ходе выполнения диссертационной работы впервыепредложены:– метод выпуклой оптимизации для выбора эффективной мКС с расширеннымрядом ВИЭ в зависимости от географических координат;– классификация комплексных микрогенерирующих систем с расширеннымсоставом оборудования ВИЭ, необходимая для обоснования состава и установленной мощности каждого вида оборудования комплексной системы ВИЭ;– методология расчета мКС ВИЭ малой мощности (до 100 кВт) для тепло- иэлектроснабжения автономных объектов, базирующаяся на методе выпуклой оптимизации;– математическая модель, целевая функция, алгоритм и компьютерная программа расчета оптимального состава оборудования мКС ВИЭ для электро- и теплоснабжения автономного объекта «АРК–ВИЭ» (зарегистрирована в Федеральнойслужбе по ИС);– графическая интерпретация, методика и компьютерная программа расчетаоптимальной (по соотношениям долей мощностей и видов оборудования) КС ВИЭ«VIZPRO-RES»;– способы и конструкции устройств для интенсификации процессов теплообмена в оборудовании ВИЭ, повышающие эффективность электро- и теплоснабжения автономного объекта, защищенные патентами РФ.Объект исследований – комплексные микрогенерирующие энергосистемы наоснове возобновляемых источниках энергии.Предмет исследований – эффективность комплексных систем микрогенерацииэлектрической и тепловой энергии с широким составом оборудования возобновляемых источников энергии.Методы исследования.
В диссертационной работе, исходя из постановки решаемых задач и с учетом особенностей исследуемого объекта, при получении основных результатов работы использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Методическую базу исследований составили теоретические основы ветро- и солнечной энергетики, гидравлики, биометангенерации,теплотехники, теория автоматического управления, теоретическая электротехника.10Математические построения и рассмотрение функционирования мКС ВИЭ базируются на анализе дискретной стохастической математической модели объекта и методе выпуклой оптимизации.Практическая ценность. Разработаны рекомендации по выбору и применению мКС ВИЭ для автономных удаленных потребителей с учетом оценки наличияместных возобновляемых энергоресурсов, экономических и технологических возможностей выработки электроэнергии и использования энергосберегающего оборудования.Практическая значимость определяется решением в рамках диссертациикрупной проблемы – надежного энергообеспечения автономных объектов за счетиспользования расширенного ряда оборудования ВИЭ, имеющей важное народнохозяйственное значение в области совершенствования энергетического комплексаРоссийской Федерации, развития возобновляемой энергетики, а также энергообеспечения зданий и сооружений, не имеющих централизованного энергоснабжения инаходящихся на удаленных территориях.Практическая значимость результатов работы заключается в:– научно-методологическом обосновании расширенного применения разныхсочетаний мКС ВИЭ в климатических зонах РФ, относящихся к территориям с высоким значением градусо-суток отопительного периода (ГСОП) с целью надежногоэнергообеспечения удаленных объектов;– технических решениях, повышающих эффективность и надежность применения энергетических систем на основе комплексного использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для энергообеспечения объекта;– разработке (совместно с проектными организациями на стадии проектногопредложения и рабочего проектирования) принципиальных схемных решений привнедрении мКС ВИЭ для целей альтернативного тепло- и электроснабжения объекта;– разработке методов и устройств, повышающих эффективность теплообменного оборудования и надежность трубопроводных систем ВИЭ.Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводови рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены следующими положениями:11– полученные научные результаты базируются на теоретических положенияхоснов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;– удовлетворительным соответствием результатов расчетов, полученных наразработанной дискретной стохастической математической модели, экспериментальным данным испытаний мКС ВИЭ на объекте «Энергоэффективный дом» иотдельных полномасштабных установках;– представленные в работе математические зависимости, целевая функцияи полученные графики базируются на положениях теории оптимизации с поискомэкстремума выпуклой функции, а также аналогии теории портфельных инвестицийШарпа-Марковитцаи Дж.Тобина, использующихстохастическиерисковыеи детерминированные безрисковые финансовые инструменты – аналоги рисковым(ВИЭ) и безрисковым (дизель-генератор) источникам энергии.На защиту выносятся:– классификация микрогенерирующих энергокомплексов с расширенным рядом ВИЭ в зависимости от состава оборудования и доли мощности, идущей наобеспечение потребностей объекта;– математическая дискретная стохастическая модель мКС ВИЭ и ее целеваяфункция, решение которой приводит к минимизации стоимости выработки одногокВт×ч электроэнергии всем комплексом ВИЭ;– методология расчета мКС ВИЭ для удаленных децентрализованных объектов, базирующаяся на методе выпуклой оптимизации с поиском экстремума (минимума) функции, позволяющая определить наиболее эффективный состав и соотношения мощностей оборудования ВИЭ;– алгоритм и компьютерная программа расчета оптимальной (по составуи соотношениям долей мощностей оборудования) мКС ВИЭ «АРК-ВИЭ»;– графическая интерпретация поиска наиболее эффективной мКС ВИЭ, базирующаяся на условной оптимизации и выпуклом критерии оптимальности, определении области достижимого и эффективного множеств выпуклой функции;– технические решения, обоснованные результатами исследований экспериментальных головных образцов солнечных коллекторов со стекающей пленкой,обеспечивающие повышение эффективности теплоснабжения удаленного объекта;12– результаты экспериментальных исследований комплексного применениянетрадиционных и возобновляемых источников энергии (ветро-, гидро- солнечныхэнергоустановок, теплового насоса и биогазовой установки) на внедренном объекте «Энергоэффективный дом» в пос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
