Диссертация (1144128), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Как показывает опыт расчетов точка, когда,0 [73].Для возможности сопоставления вольт-амперных характеристик различных солнечныхэлементов все их технические характеристики приводятся при следующих стандартныхзначениях основных влияющих факторов: мощности потока солнечного излучения541000Вт/м2, температуре солнечного элемента250C и оптической массе атмосферы,определяющей диапазон пропускаемых волн солнечного спектра АМ 1,5.По заданной вольт-амперной характеристике солнечного модуля для1000 Вт/м2 поформуле (37) рассчитывается нагрузочная характеристика ФЭМ – зависимость.
Пополученной зависимости определяется максимальная мощность ФЭМ10002Вт/м .приКоординаты данной точки соответствуют условиюследующему необходимому условию экстремумаи:(38)КПД ФЭМ определяется по формуле [73]:(39)где– теоретически возможная мощность ФЭМ при подведенной к горизонтальнойплощадке солнечного модуля мощности потока солнечного излученияЗависимостьВт.определяется по формуле [73]:(40)где– общая площадь основания солнечного модуля, м2;солнечного модуля солнечными элементами, о.е.;– коэффициент заполнения– коэффициент пропусканиязащитного слоя, покрывающего панели ФЭМ, о.е.Для заданного значения мощности потока солнечного излучения1000 Вт/м2:(41)По рассчитанным ранее значениям1000 Вт/м2 по формуле (39) сдляучетом формулы (41) рассчитывается рабочая характеристика ФЭМ – зависимостьПо полученной зависимости определяется максимальный КПД ФЭМпри.1000Вт/м2, который соответствует КПД при максимальном значении мощностиДоказано, что КПД ФЭМ не зависит от , то есть [73]:(42)Следовательно, полученную ранее рабочую характеристику ФЭМмощности потока солнечного излучения21000 Вт/м можно представить в видекоторая будет действительна при прочих значенияхпри,1000 Вт/м2.Таким образом, по известным данным метеонаблюдений о мощности потокасолнечного излучения в предполагаемом месте размещения ФЭМ, приходящегося нагоризонтальную поверхность,, и данным по нагрузке, подключенной к ФЭМ, используя55зависимость1000 Вт/м2, можнодля мощности потока солнечного излучениярассчитать мощность ФЭМ по следующей формуле:(43)где– КПД ФЭМ при соответствующем значении напряжения,0….При этом максимальная мощность ФЭМ при соответствующей мощности потокасолнечного излучениябудет равна:.(44)Одной из основных определяющих характеристик ФЭМ является максимальноезначение их КПД, который существенно меняется в зависимости от материаласолнечного элемента и его многослойности [73].
На КПД ФЭМ существенно влияет такженаличие концентраторов солнечного излучения. Однако наличие концентраторов приводит ксущественному повышению температуры солнечного элемента, с ростом которыйпроисходит снижение КПД. Особенно это характерно для кремниевых элементов, которыерезко ухудшают свой КПД при росте температуры. Максимальная мощность солнечногоэлемента также снижается при росте температуры, при этом наблюдается практическилинейная зависимость [73].Пересчет электрических параметров солнечного элемента на температуру, отличную отстандартной (25 0C), производится по эмпирическим формулам, предлагаемым разнымипроизводителями.Некоторые современные ФЭМ оборудованы электронными системами обеспеченияотбора максимальной мощности при изменении температуры, напряжения и мощностипотока солнечного излучения.Изменение мощности ФЭМ, можно реализовать посредством изменения угла наклонаприемной площадки ФЭМ (), то есть изменения угла падения Солнца.
Очевидно, что максимизация прихода прямого солнечного излучения на приемнуюплощадку ФЭМ реализуется, когда приемная площадка постоянно ориентирована на Солнце,то есть когда ФЭМ оборудована системой слежения за Солнцем.Возможная выработка электроэнергии ФЭМ, Вт·ч, в течение года определяется поформуле:(45)∫Модель традиционного источника электрической энергииРассматриваетсяраспространенногоматематическаяисточникамодельэлектрической56ДГУ,энергиикакнатиповогоосновеинаиболеетрадиционногоневозобновляемого энергоресурса, широко используемого в децентрализованных иавтономных системах электроснабжения, в том числе в комбинированных схемах с ВИЭ. Вкачестветрадиционногоисточникаможетвыступатьтакжегазотурбиннаяилигазопоршневая установка.Для решения поставленной в диссертационном исследовании задачи, одним изкритериев оптимизации состава оборудования является минимальный суммарный годовойобъем расходуемого топлива (традиционного ресурса).
Таким образом, математическаямодель ДГУ должна определять единичный объем расходуемого топлива в зависимости отмощности ДГУ, то есть от текущего значения нагрузки:{где– мощность ДГУ, кВт;,– мощность нагрузки, Вт;(46)– расход топлива, л/ч.Обобщая формулу (46) для прочих видов традиционных энергоустановок, можнозаписать,чторасходi-готрадиционногоресурсаэлектроагрегатамиj–готипаконструктивного исполнения в расчетную единицу времени представляется в видеследующей функциональной зависимости:(47)где– эффективный КПД электроагрегатов j–го типа конструктивного исполнения, о.е.;– низшая теплотворная способность i–го ресурса, кДж/кг;– мощность нагрузки втечение расчетной единицы времени , Вт.Расход i-го традиционного ресурса в расчетную единицу времени для электроагрегатаj–го типа конструктивного исполнения определяется по формуле:(48)где– удельный эффективный расход i-го традиционного ресурса электроагрегатом j–готипа конструктивного исполнения, кг/кВт.Удельный эффективный расход топлива электроагрегата может быть рассчитан поформуле [74]:(49)С учетом формул (48) и (49) зависимость (47) может использоваться в следующем виде:(50)57Для количественного сравнения разных видов ресурсов, необходимо привести ихколичественные показатели к единой системе используемых расчетных единиц – условномутопливу:(51)где– коэффициент (угольный эквивалент), учитывающий теплотворную способность i–го углеводородного ресурса в тоннах условного топлива, т у.т./кг [75].Эффективный КПД электроагрегата, как известно, зависит от нагрузки.В связи с этим, одной из важнейших характеристик электроагрегата, является егонагрузочная характеристика, учитывающая значительную нелинейность эффективного КПДот действующей нагрузки:()(52)Пример паспортной зависимости КПД ДГУ от ее загрузкипоказан нарисунке 9 [74].Рисунок 9 – Типовая зависимость коэффициента полезного действия дизель-генератораот его загрузкиКоэффициент загрузки электроагрегата определяется количеством параллельноработающих агрегатов, необходимым для покрытия нагрузки:(53)где– номинальная мощность электроагрегата, Вт.Суммарноеколичествовырабатываемойтрадиционнымиэнергоустановкамиэлектроэнергии в течение года (без использования на объекте возобновляемого ресурса)рассчитывается по формуле:58(54)∫С учетом формул (51), (52), (54) и графика нагрузки потребителейзаписывается математическая модель традиционного источника электрической энергии:()(55)∑∫{Модель аккумуляторной батареиВ составе традиционной системы электроснабжения (без использования в системеэнергоустановок на основе ВИЭ) АБ несут функции аварийного источника питания дляэлектроснабжения особо ответственных потребителей – потребителей ОГ-1, при пропаданиинапряжения от основного и резервного источников питания.
При этом емкость АБ должнаобеспечивать питание нагрузки потребителей ОГ-1 после отключения питания от основногои резервного источников в течение необходимого времени восстановления основногоисточника питания с учетом удаленности объекта, транспортной доступности, снижениятемпературы и связанного с этим снижения емкости АБ [24].В случае же использования АБ в составе автономного ЭК с ВИЭ функции АБменяются. Здесь АБ выступают в качестве буферного накопителя энергии, неравномернопоступающей от ВИЭ, благодаря которому появляется возможность более эффективногоперераспределения получаемой от ВИЭ энергии во времени и сглаживания пиков нагрузки.Емкость АБ в данном случае должна быть оптимизирована таким образом, чтобы энергия отВИЭ использовалась как можно эффективнее, то есть диссипация лишней энергии от ВИЭбыла минимальной, а включение традиционного источника питания происходило как можнореже. При этом должны быть также оптимизированы затраты на АБ.
Поэтому вопросаккумулирования энергии является одним из ключевых при использовании ВИЭ.Рассматривается математическая модель электрохимического аккумулятора, какнаиболее распространенного типа аккумулятора в составе системы электроснабженияавтономных потребителей небольшой мощности с использованием ВИЭ.59Определяющим параметром АБ при работе в составе автономного ЭК на базе ВИЭявляется номинальная емкость, поэтому математическая модель АБ представляется ввиде зависимости емкости АБ от величины резервируемой нагрузкии времени, втечение которого АБ должна покрывать эту нагрузку при отсутствии выработки энергии состороны энергоустановок на основе ВИЭ:()(56)При этом необходимо учитывать допустимую глубину разряда батареисоответствующуюостаточнойемкостиразряженногоаккумулятора,при,которойдальнейший разряд АБ может привести к резкому ухудшению его эксплуатационныхпоказателей и сокращению срока службы.Нахарактеристикиэлектрохимическихаккумуляторовсущественноевлияниеоказывает температура окружающей среды, поэтому модель АБ должна учитыватьтемпературные потери заряда.
Для качественного учета влияния температуры на зарядноразрядные характеристики АБ принимается допущение, что температурные потери зарядапостоянные и задаются в виде коэффициента температурных потерь. В действительностизависимости емкости и выходного напряжения АБ от температуры имеют нелинейныххарактер (рисунок 10) [76].Рисунок 10 – Разрядные характеристики литий-ионной аккумуляторной батареи, снятые приразличной температуреНеобходимо также учитывать потери заряда в инверторезарядном устройствеи в выпрямительно-.С учетом данных потерь номинальная емкость АБ рассчитывается по формуле:60(57)Количество параллельно соединенных элементов в АБ:(58)Количество последовательно соединенных параллельных элементов в АБ:(59)Общее количество элементов в АБ:(60)При этом минимально возможная емкость разряженного аккумулятора, исходя изсоображений сохранения эксплуатационных характеристик АБ, равна, соответственно:(61)Показатель остаточной емкости батареи после резервирования фактической величинынагрузкив течение времениможет быть определен по следующемусоотношению:()(62)Показатель остаточной емкости батареи должен находиться в пределах:(63)Тогда фактическая остаточная емкость АБ равна:(64)Фактическая остаточная емкость АБ должна находиться в пределах:(65)2.4 Разработка математической модели режимов работы энергокомплексов наоснове ВИЭРуководствуясь основными принципами моделирования [77], для определенияпараметров, необходимых для количественного сравнения различных типов энергетическихустановок при оптимизации варианта состава и параметров оборудования ЭК по заданномукритерию, требуется разработать математическую модель режимов работы ЭК с учетомрассмотренных математических моделей энергетических установок и накопителей энергии.61Режимы работы ЭК зависят от входящего в его состав оборудования и связей междуданным оборудованием, т.е.
от структуры ЭК, а также от логики управления оборудованием,т.е. от АСУ.Структураавтономногоэнергетическогокомплексавключаетосновноеивспомогательное оборудование.Основным оборудованием являются: энергетические установки на основе ВИЭ и традиционных энергоносителей; накопители энергии.Вспомогательным оборудованием являются: элементы передачи энергии (ЛЭП); преобразователиэлектрическойэнергии(выпрямители,инверторы,трансформаторы); компенсирующие устройства; коммутационное оборудование, включая РЗА; блок автоматики с системой управления ЭК.Оптимизация состава и параметровэнергетических установок (тип, количество имощность), накопителей (емкость, напряжение, количество) и преобразователей энергии(тип, количество и мощность) являются предметом настоящего исследования.Параметры остального вспомогательного оборудования выбираются (рассчитываются)при проектировании системы электроснабжения на основе параметров выбранногоосновного оборудования и в настоящем исследовании подробно не рассматриваются.Определяются лишь потери в ЛЭП, необходимые для корректной записи балансаэлектроэнергии.Общая структура автономного ЭК на основе ВИЭ (ВЭУ, СФЭУ) и традиционныхэнергоносителей (ДГУ или ГГУ) показана на рисунке 11.В схеме, представленной на рисунке 11, все источники генерации электроэнергииподключаются к локальной линии переменного тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
