Приложение возобновляемых источников энергии используя на примере автономной системы электроснабжения

В математической модели АСЭС реализованы модели устройств генерации, распределения, преобразования и передачи электроэнергии.

В модель генерирующих устройств включены ФЭП, ВЭУ, ДЭС, АБ.

При моделировании основных генерирующих устройств используются модели, разработанные как российскими, так и зарубежными коллективами. Модель ФЭП описанная в, позволяет учитывать влияние внешних погодных условий на ВАХ ФЭП. Моделирование ВЭУ, основано на работах. Модель позволяет по мгновенным характеристикам скорости ветра, параметрам окружающей среды, и конструктивным характеристикам ВЭУ определить её мгновенную генерируемую мощность.

Поскольку не всегда имеется возможность размещать ВЭУ и ФЭП вблизи потребителя, то в расчетной модели предусмотрены объекты, преобразования и передачи электроэнергии. Используемые модели элементов преобразования и передачи электроэнергии выполнены на основе следующих работ: ТР, ВЛ, СИН, ВП.

В рамках расчетного комплекса разработана программа, по определению астрономических параметров Солнца исходя из координат местности, месяца, числа и часа расчетного периода. В работе для учета случайного характера климатических данных и динамики их изменения используются результаты замеров практически повсеместно расположенных автоматических метеостанций. С использованием результатов указанных замеров климатических данных, представленных в, создается массив, описывающий с шагом один час следующие параметры окружающей среды: температура наружного воздуха, C; давление воздуха, кПа; облачность, %; скорость ветра на высоте 10 метров, м/с. Как правило, число лет метеонаблюдений для удаленных населенных пунктов находится в интервале от 5 до 12 [5].

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ АСЭС генерирующий мощность моделирование климатический Цель — нахождение оптимального соотношения генерирующих мощностей и вспомогательного оборудования при минимальной стоимости кВт*ч. Для сравнения вариантов применяется методика LCOE[2, 3]. LCOE — это стоимость электроэнергии, отпускаемой непосредственно с электростанции, использующей ВИЭ.

Целевая функция имеет вид:

LCOE=,.

где Ki — капиталовложения, Mi — эксплуатационные расходы, Fi — топливные издержки, Ei — производство электроэнергии, кВт*ч; r — коэффициент дисконтирования, n — число лет расчетного периода, г; подстрочным индексом i обозначены величины, относящиеся к i году расчетного периода.

Капиталовложения по элементам АСЭС имеют следующий вид:

Ki=KФЭПi+KВЭУi+KДГi+KАБi+KСИНi+KТР?ФЭПi+KВЛ?ФЭПi+.

+KТР?ВЭУi+KВЛ?ВЭУi+KТР?ОБЩi+KВПi+KИНi,.

где KФЭПi, KВЭУi, KДГi, KАБi, KСИНi, KТРi, KВЛi, KВПi, KИНi — соответственно капиталовложения в фотоэлектрические преобразователи, ветроэнергетические установки, дизель-генераторы, аккумуляторные батареи, силовые инверторы, трансформатор, воздушные линии, выпрямители, инверторы.

Эксплуатационные расходы по элементам АСЭС имеют вид:

Mi=MФЭПi+MВЭУi+MДГi+MАБi+MСИНi+MТР?ФЭПi+.

+MВЛ?ФЭПi+MТР?ВЭУi+MВЛ?ВЭУi+MТР?ОБЩi+MВПi+MИНi,.

где MФЭПi, MВЭУi, MДГi, MАБi, MСИНi, MВПi, MИНi — соответственно эксплуатационные расходы в фотоэлектрические преобразователи, ветроэнергетические установки, дизель-генераторы, аккумуляторные батареи, силовые инверторы, трансформаторы, воздушные линии, выпрямители, инверторы.

Производство электроэнергии по элементам АСЭС имеет следующий вид:

Ei=EФЭПi+EВЭУi+EДГi+EАБi,.

где EФЭПi, EВЭУi, EДГi, EАБi — производство электроэнергии фотоэлектрическими преобразователями, кВт*ч; ветроэнергетическими установками, кВт*ч; дизель-генераторами, кВт*ч; аккумуляторными батареями, кВт*ч.

Пример:

Таблица 1.

Параметры элементов генерации АСЭС.

где Pуст — единичная установленная мощность агрегата, Qустустановленная емкость АБ, Uоптнапряжение ФЭП в точке максимального отбора мощности, UАБноминальное напряжение АБ, хстр — скорость страгивания ВЭУ, Qномноминальный расход дизельного топлива на производство кВт*ч.

Таблица 2.

Экономические показатели элементов АСЭС.

где K — капиталовложения, M — доля годовых издержек от капиталовложений, Mустдоля затрат от капиталовложений на доставку и установку оборудования, Kпркповышающий районный коэффициент.

Таблица 3.

В частности солнечные технологии [3].

Экономические и эксплуатационные параметры элементов АСЭС вносятся в расчетную модель. Для оптимизации вариантов разработана программа, использующая метод покоординатного спуска, в соответствии с которым, все оптимизируемые параметры, кроме одного фиксируются, а один оптимизируется. Затем оптимизируется второй параметр, а первый фиксируется на ранее найденном оптимальном значении. Такой процесс повторяется до тех пор, пока ни один параметр не может быть улучшен. При определении LCOE коэффициент дисконтирования принимался равным 0,09.

В республике средняя солнечная радиация — 1 кВт/м 2, современный кпд ФЭП — 15%, т. е. с 1 м 2 фотомодулей можно получить 150 Вт пиковой мощности. Для того, чтобы получить 2 кВт пиковой мощности необходимо установить площади ФЭП.

S = 2000/150 = 14 м 2.

Стоимость полного комплекта фотоэлектрической системы на 2 кВт мощности, от местного производителя «Mir Solar» составляет Кзат= 2 Ч 9,0 = 18,0 млн. сум.

В течение года выработка электроэнергии за счет ФЭП определяется.

W = k · Pw · Tсол, где kкоэффициент, равный 0,5ч0,7, определяет поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течение дня; Pwпиковая мощность ФЭП; Tсолчисло пиковых солнце-часов в году. В климатических условиях Узбекистана число часов работы на номинальной нагрузке 850ч1000 часов в год яркого солнечного освещения для генерации пиковой мощности.

W = 0,7· 2 кВт · 1000 часов =14 000 кВт*ч При стоимости электроэнергии в 167,40 сум [1] за кВт ч в республике экономия составит Э = 14 000. 167,40 = 2 343 600сум.

Заключение

Применение методики демонстрируется на примере результаты показывают, что комбинированное применение ФЭП-ВЭУ-АБ обеспечивает получение наиболее дешевой электроэнергии по сравнению с существующим чисто дизельным вариантом.

Примечания на 14.03.2016 — 1 доллар (США)=2856,64 рубль.

на 14.03.2016 — 1 рубль=2856,64 сум.

ВИЭ — возобновляемые источники энергии АСЭС — автономная система электроснабжения ФЭП — фотоэлектрические преобразователи ВЭУ — ветроэнергетические установки ДЭС — дизельные электростанции.

LCOE — Levelized cost of electricity (уравновешенная стоимость электроэнергии) АБ — аккумуляторные батареи ТР — трансформаторы ВЛ — воздушные линии СИН — силовые инверторы ВП — выпрямители Список литературы.

• 1. Тарифы на электроэнергию URL: http://www.uzbekenergo.uz/ru/news/tariffs-electric-power/ (дата обращения: 19.02.2016).
• 2. C. Kost, J.N. Mayer, J. Thomsen, N. Hartman, C. Senkpiel, S. Philips, S. Nold, S. Lude, N. Saad, T. Schlegl/ Levelized cost of electricity renewable energy technologies/Fraunhofer institute for solar energy system (FISE)/2013/ с. 27−33.
• 3. K. Branker, M.J.M. Pathak, J.M. Pearce./ A review of solar photovoltaic levelized cost of electricity/ Renewable and Sustainable Energy Reviews/2011/ том 15/ с. 4470−4482.
• 4. Ted Sullivan, Senior Analyst Lux Research, Inc. Rusnano tech Forum 2014
• 5. V. Salas, E. Olэas./ Overview of the state of technique for PV inverters used in low voltage grid-connected PV systems: Inverters above 10kW/ Renewable and Sustainable Energy Reviews/2011/ том 15/ стр. 1250 — 1257.