Диссертация (1143334), страница 20
Текст из файла (страница 20)
ВЭУ в составе мКС ВИЭ при скорости ветра 4–5 м/с и выше выполняетодну из ключевых функций, осуществляя работу по выработке электроэнергиив любое время суток в течение всего года.3. Для размещения ветроустановок в райнах с низкими среднегодовыми значениями скорости ветра необходимы дополнительные исследования по поиску«месторождений» ветра.
Для Уральского региона это – практически весь Уральский хребет, устойчивые ветра на котором имеют скорости от 10 до 25 м/с.Экранное меню и пример расчета (дуплекс) d-мКС ВИЭ (ДГ+ВЭУ) представлены на рис. 40.Перед расчетом в таблицу задания стохастических параметров «АРК-ВИЭ»заносятся результаты измерений ветровых характеристик за период наблюдений,указываются среднестатистические, минимальные и максимальные значения скорости ветра в месте расположения ВЭУ, стоимость выработки 1 кВт×ч на ДГ дляданной территории, а также тип мКС ВИЭ (А, S, M) по доле компенсируемой мощности от полной (Full).125Рис. 40. Пример экранного меню и расчета дуплеск-КС ВИЭ (ДГ+ВЭУ)В результате расчета определяются доли установленной мощности ДГ и ВЭУ,формирующие для данной территории оптимальный состав оборудования, оптимизацию затрат на его приобретение и снижение стоимости выработки одного кВт×ч энергии при использовании данной мКС ВИЭ.4.2.
Исследование солнечных установок в составе энергокомплекса ВИЭдля выработки тепловой и электрической энергииСолнечная энергетика в будущем, начиная со второй половины нашего века,с большой вероятностью станет занимать одно из ключевых мест в производствеэлектрической и тепловой энергии. Темпы прироста «солнечных» мощностейв мире достигают 20 %, а в КНР – 35 % в год.Основным препятствием в развитии солнечной энергетики является дороговизна установленной мощности и стоимость удельной выработки энергии [74].126Для условий Уральского региона и значительных территорий России, обладающих относительно низкими характеристиками инсоляции, использование СЭявляется еще более дорогостоящим и менее выгодным предприятием.Однако, проводимые исследования и эксперименты демонстрируют перспективу использования и существенный потенциал СЭ как для удаленных, так и дляобъектов, находящихся в мегаполисе.Цель данного раздела главы - исследование эффективности солнечной энергии при использовании ФЭП и солнечных коллекторов в составе мКС ВИЭ в условиях резко-континентального климата Уральского региона.Задачи подраздела: исследование эффективности солнечных ФЭП и коллекторов для использования на децентрализованном объекте; исследование эффективности СК в многоквартирном жилом доме в мегаполисе; сравнение характеристик мКС ВИЭ существующуй и оптимизированнй сиспользованием «АРК-ВИЭ».4.2.1.
Метео-географические особенности потенциала солнечной энергиии уровень ГСОП в Свердловской областиУральский регион характеризуется высоким уровнем градусо-суток отопительного периода. Для Екатеринбурга величина ГСОП составляет 5800.Среднестатистические показатели инсоляции региона также относятсяк уровню низкоэнергоэффективных: 180–220 Вт/м2. Все это не способствует созданию конкурентных преимуществ для систем солнечного электро- и тепло обеспечения. На приведенной карте [75] распределения суммарной солнечной радиациипредставлены регионы, имеющие относительно высокие значения, что позволяетрассматривать их с точки зрения перспектив использования солнечных тепловыхколлекторов (рис.
41).127Рис.41. Распределение суммарной солнечной радиация на наклонную поверхность(угол наклона на 15 град. меньше широты, июнь–август)(источник: Попель О. С.,Фрид С. Е… «Атлас ресурсов солнечной энергии…»)Данная карта иллюстрирует территории с высокими значениями суммарнойсолнечной радиации, находящихся в относительно высоких северных широтах(например, Сибирь, Якутия).
Среднемесячные температуры °C (по данным«NASA») представлены в табл. 23.Таблица 23Среднемесячные температуры в городах РоссииМоскваЯнв.Февр.МартАпр.МайИюньИюльАвг.Сент.Окт.Нояб.Дек.Ср.– 9,3– 7,7– 2,25,813,116,618,216,4115,1– 1,2– 6,15Екатеринбург– 14,5– 12,2– 4,6410,915,918,515,19,51,4-5,6– 11,32,3Новосибирск Якутия(Челбу)– 15,8– 35,8– 13,5– 29,9– 7,2– 17,32– 3,111,86,616,914,319,317,116,313,59,96,12,7– 7,3– 7,6– 23,8– 13,6– 341,9– 7,7Омск– 17,3– 16,9– 8,23,411,817,719,716,110,51,7– 7,5– 14,41,5Иркутск– 18,8– 16,7– 7,41,49,31517,515,18,70,9– 8,4– 160,1Краснодар– 0,104,911,816,820,723,623,117,911,450,811,4Валовой потенциал солнечной энергии региона – это среднемноголетняя суммарная солнечная энергия, падающая на площадь региона в течение одного года.128Метеорологические данные солнечной энергии в г.
Екатеринбурге (по данным«NASA») представлены в табл. 24.Таблица 24Метеорологические данные солнечной энергии в ЕкатеринбургеМесяцСреднемноголетний приход солнечной энергиина единицу горизонтальной поверхности, кВт×ч/(м2сут.)ЯнварьФевральМартАпрельМайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрьНоябрьДекабрьГод1,31,242,744,034,865,855,404,682,21,140,70,3234,46Приход энергии в год на единицу площади Е:12Е = ∑ Еii=1Е=1,3+1,24+2,74+4,03+4,86+5,85+5,40+4,68+2,2+1,14+0,7+0,32Значения дневных сумм солнечной радиации – горизонтальная, кВт×ч/м2/день(по данным «NASA») представлены в табл.
25.Таблица 25Значения дневных сумм солнечной радиацииМоскваЕкатеринбургНовосибирскЯкутия(Челбу)ОмскИркутскКраснодарЯнв.0,540,640,690,70,810,961,23Февр.1,311,521,371,741,811,942,05Март2,4933,023,273,283,392,98Апр.3,524,154,084,674,314,484,19Май5,045,165,055,245,485,45,56129Июнь5,565,725,485,836,195,815,85Июль5,145,275,015,365,765,126,12Авг.4,24,114,294,424,444,325,3Сент.2,572,572,932,843,023,224,06Окт.1,261,381,441,811,612,072,63Нояб.0,530,710,80,920,911,111,5Дек.0,330,440,620,440,580,71,02Ср.2,72,92,93,13,23,23,5В табл. 26 представлены значения градусо-суток отопительного периода,(°C·сутки) по городам России.Таблица 26Значения ГСОП по городм РоссииМоскваЕкатеринбургНовосибирскЯкутия(Челбу)ОмскИркутскКраснодарЯнв.84610081048166810941141561Февр.7208468821341977972504Март6267017811094812787406Апр.366420480633438498186Май15222019235319227037Июнь4263331119900Июль000280160Авг.50905314059900Сент.2102552433572252793Окт.400515474784505530205Нояб.5767087681254765792390Дек.747908980161210041054533Сумма4735573359349375608265182825Из табл.
26 очевиден уровень Уральского региона: около 5800 ГСОП.Вывод: использование солнечной энергии в Уральском регионе в летний, а такжевесенне-осенний периоды целесообразно. Однако, в зимний период сопряжено сестественно-природными сложностями снежных осадков, низких температур и малой инсоляции. С учетом последнего обстоятельства важно для конкретной территории определить эффективные углы наклона стационарных ФЭП и СКвак.Краснодарский край – самый развитый по применению солнечных системв России, где смонтированы и испытываются различные солнечные энергетические130комплексы (возглавляет эту работу Генеральный директор ООО «Энерготехнологии-сервис», доктор технических наук Бутузов В.
А.). Сравнительный график дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам дляЕкатеринбурга и Краснодара представлена на рис. 42.Эгориз., кВт×ч/м2·деньРис.42. Значения дневных сумм солнечной радиациина горизонтальную поверхностьСравнительный график дневных сумм солнечной радиации на горизонтальную поверхность по месяцам для Омска и Краснодара представлен нарис. 43.Данные таблицы и графики иллюстрируют наличие сравнительно большихзначений по суммам солнечной радиации для городов, находящихся в условияхнизких среднемесячных температур и соответственно высоких значений ГСОП.Среднегодовые значение дневной суммы солнечной радиации для Якутии, Омскаи Иркутска (3,1; 3,2; 3,2 кВт×ч/м2 день соответственно) сопоставимы со значениямидля южных регионов, например, Краснодар (3,5 кВт×ч/м2/день).Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения солнечной энергетики в условиях регионов с высоким значением ГСОП при условиииспользования современных технологий.131Э, кВт×ч/м2·деньРис.43.
Значения дневных сумм солнечной радиациина горизонтальную поверхностьРайон расположения «Энергоэффективного дома» характеризуется значением ГСОП 5800 (табл. 26). Косвенно это указывает на существенный сезонныйперепад и на значительные абсолютные сезонные (зимние и летние) уровни температур. Все расчеты по теплотехническим характеристикам для данного региона ведутся с учетом среднего маскимального значения в зимний период, составляющего–37 оС. Однако, абсолютные максимумы в некоторые годы могут и неоднократнодостигали значений минус 45–51оС в течение 1–2 х недель.4.2.2.
Исследование эффективности использования ФЭПна примере «Энергоэффективного дома»На «Энергоэффективном доме» для выработки электроэнергии использованыфотоэлектрические преобразователи производства Всероссийского институтаэлектрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ, г. Москва), суммарной пиковоймощностью 2,4 кВт (80 ФЭП). Они были объединены в несколько групп различнойпиковой мощности и имели различные ориентации на солнце.Две группы ФЭП, пиковой мощностью 150 Вт каждая, были смонтированыстационарно с восточной ориентацией (над оконными проемами квартир 1 и 7«Энергоэффективного дома»), строго вертикально (по углу наклона к горизонту),132другие две такие же группы ФЭП – с западной ориентацией (также строго вертикально).
Одна станция ФЭП пиковой мощностью 420 Вт была установлена стационарно на крыше дома с углом наклона кровли 15о к горизонту. Остальные панелибыли сгруппированы от 2 до 6 ед. в станции ФЭП с различными способами ориентации на солнце, описываемыми в данной главе.4.2.2.1.Разработка механического гелиотропаДля получения максимальной производительности солнечных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) необходимо осуществлять их постоянную ориентацию на солнце. Основная часть ФЭП на объекте, как было показано выше, быласмонтирована с постоянной ориентацией и выполняла в данном случае, в т.ч.«контрольную функцию» [76].С целью повышения эффективности использования солнечной энергии быларазработана конструкция, обеспечивающая постоянное вращение в горизонтальной плоскости и ориентацию ФЭП на солнце – механический гелиотроп. Он осуществлял непрерывное слежение за солнцем ФЭП в течение суток [77].
Суммарныйугол поворота установки за один час в горизонтальной плоскости равен 15 градусам. Вращение установки осуществляется от механической системы, аналогичнойчасовому механизму. Система приводится в рабочее состояние посредством ручного завода пружины. Отсюда признак гелиотропа – механический. Периодичностьзавода механизма – 1 раз в сутки.Установка на базе механического привода имеет важное преимущество переданалогичными установками на базе электрического: у нее нет потребления электроэнергии на собственные нужды, что повышает коэффициент полезного действия всей фотоэлектрической системы. Применение механического гелиотропа всоставе фотоэлектрической системы позволяет повысить производительность установки на 15–20 процентов по сравнению со стационарной ориентацией ФЭП «наюг». Это, в свою очередь, приводит к снижению удельной стоимости всей фотоэлектрической системы. В сравнении с конструкцией на электрическом приводе133выигрыш механического гелиотропа составил 10–12 % за счет отказа от потребления вырабатываемой ФЭП энергии на собственные нужды [78, 79].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
