Разработка системы автономного энергообеспечения

УДК 620.98

Р. А. Дайчман

ассистент,

кафедра «Электроснабжение промышленных

предприятий», ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет»

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ

Аннотация. В статье рассмотрено применение возобновляемых источников энергии в составе комбинированной (гибридной) системы электроснабжения. Указаны преимущества ветро-солнечных систем и обоснован выбор данной комбинации альтернативных источников.

Ключевые слова: источники энергии, комбинированные системы, автономная генерация, альтернативное электроснабжение.

R.A. Dajchman, Omsk State Technical University

DEVELOPING OF AUTONOMIC ENERGY SUPPLY

Abstract. The article deals with the use of renewable energy sources in a combination (hybrid) power supply system. The above advantages of wind and solar systems, and substantiated the choice of this combination of alternative sources.

Keywords: energy sources, the combined system, autonomous generation, alternative power supply.

Ключевой позицией нераспространённости возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является периодичность генерации ее непостоянства и ограниченная возможность прогнозирования производства энергии, о чем говорится в [1], это создаёт существенные осложнения и не обеспечивает требуемые параметры энергоснабжения. Высокая эффективность ВИЭ достигается при комплексном применении возобновляемых источников энергии как между собой, так и с традиционной энергетикой.

Создание эффективных комбинированных энергосистем с комплексным использованием различных источников энергии (рис. 1) позволяет повышать эффективность использования ВИЭ на 30-50%, улучшает параметры выработанной энергии и обеспечивает стабильность энергоснабжения потребителей.

Рисунок 1 - Схема комбинированной установки

Совместное действие ВИЭ позволяет использовать их взаимозаменяемость, снизить зависимость от сезона и погодных условий, повысить надёжность электроснабжения, сократить капитальные вложения.

Различные факторы могут быть приняты во внимание при выборе комбинированной установки: географическое положение (ветрено, солнечно и т.д.), вид источника энергии, характер нагрузки (большее потребление в дневное или ночное время, либо одинаковое), эффективность силовых устройств, преобразующих энергию [2]. Все это ставит задачу моделирования таких систем.

Предпочтение функционального описания системы обусловливается главными задачами моделирования, такими как:

• достижение минимизации мощности альтернативной генерации, необходимой для энергоснабжения нагрузки;

• оптимизация типа генерации для всевозможных местностей;

• определение зависимостей параметров силовых устройств от времени и мощности энергопотребления;

• дать оценку целесообразных характеристик силовых устройств для различных климатических зон;

• определение минимальной стоимости системы в целом;

• сравнение технико-экономических характеристик систем при различных ее конфигурациях.

От функциональной модели системы требуется, чтобы она была достаточно простой и в то же время обладала малой погрешностью. Кроме того, модели должны обладь возможностью изменение параметров каждого типа оборудования, что объясняется подбором экстремума оптимизационной функции в связи с появлением все более совершенного силового оборудования для систем альтернативного электроснабжения.

Отталкиваясь от идеи моделирования, описания элементов должны охватывать главные энергетические, мощностные, массогабаритные и ценовые характеристики, а также КПД устройств и потери энергии при передаче. Это описание каждого силового элемента альтернативной системы позволит проводить оптимизацию состава оборудования в зависимости от климатических характеристик для различных местностей и режимов нагрузки.

Автономная система (рис. 2) служит для независимого электроснабжения, удаленного от центральной электросети, о чем говорится в [3-4].

Рисунок 2 - Схема автономной электро-энергосистемы

Устойчивое и постоянное снабжение нагрузки энергией нужного качества при помощи применения комбинированных систем альтернативного автономного электроснабжения приумножает возможности формирования престижа применения возобновляемой энергетики в разных отраслях хозяйства и промышленности.

Предельной результативности можно добиться при введении комбинированных систем генерации в сельскохозяйственных комплексах, личных фермерских хозяйствах, индивидуальных жилых и садовых домах, в пансионатах, детских лагерях и на удаленных от электросети объектах (жилье пастухов, военные объекты, отдельные населенные пункты и др.).

12

№ 6 (58) - 2016

Как показала практика, эксплуатация комбинированных систем неэффективна без использования аккумуляторных батарей, так как 60-70% невозможно использовать ввиду непостоянства генерации и несовпадения максимума производства и потребления энергии.

Одной из особенностей построения функциональной модели альтернативных энергосистем является непостоянство генерирующих мощностей ввиду зависимости их от климатологических характеристик местности исследуемого объекта, года и времени суток. Внести ясность в вариативность генерирующих устройств позволяют климатические данные долголетних метеорологических наблюдений.

Сравнение климатических показателей проведём (рис. 3) для условий города Омска [3].

Рисунок 3 - Корреляция среднедневных скорости ветра и сумм солнечной радиации в течение года

Это говорит нам о том, что среднедневные суммы солнечной радиации обладают наибольшими значениями в летней период. В это же время средняя скорость ветра обладает более постоянным распределением в течение всего года с незначительным уменьшением скорости летом.

Использование возобновляемых ресурсов с целью источников энергии делает возможным образование полностью автономных энергосистем, снабжающих электроэнергией потребителя практически круглый год. Самыми результативными являются гибридные установки, в наилучшей форме совмещающие положительные стороны ветровых и солнечных установок и прочих источников энергии [4].

Список литературы:

1. Mhitaryan, N.M. Potential and Outlook for Renewable Power Development in Ukraine / N.M. Mhitaryan, S.A. Kudrya, V.F. Ryeztsov, T.V. Surzhyk, L.V Yatsenko // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». - 2011. - № 8. - С. 150-163.

2. Чиндяскин, В.И. Исследование и анализ оптимальных методов и способов комплексного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / В.И. Чиндяскин, Д.В. Гринько // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2013. - № 2 (40). -С. 76-78.

3. Встовский, А.Л. Система управления асинхронным генератором для возобновляемых источников энергии / А.Л. Встовский, К.С. Федий, М.Г. Архипцев, Е.А. Спирин // Известия ТПУ. -2014. - № 4. - С. 133-138.

4. Гужулев, Э.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: монография / Э.П. Гужулев, В.Н. Горюнов, А.П. Лаптий. - Омск: Омский государственный технический университет, - 2004. - 272 с.