Комбинированные энергосистемы на основе НВИЭ и систем аккумулирования

Общие сведения. Высокие технико-экономические показатели применения НВИЭ, стабильные рабочие параметры энергетического оборудования и стабильное энергоснабжение потребителей достигаются при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии, комплексном ее аккумулировании при совмещении с технологиями традиционной энергетики.

Основными задачами при создании комбинированных энергосистем на основе НВИЭ являются:

• обеспечение их надежными аккумуляторами энергии;
• создание эффективного вспомогательного оборудования для снижения флуктуации параметров энергосистем и поддержки необходимых рабочих параметров;
• создание оборудования для автоматического управления режимами их работы.

Оптимальное соотношение отдельных элементов в комбинированных энергетических системах (КЭС) на основе НВИЭ определяется с учетом многих факторов, влияющих на работу таких энергосистем.

Использование возобновляемых источников энергии в конкретных КЭС на основе ВИЭ обусловливается следующими факторами:

• уровнем обеспечения региона (района, города и тому подобное) традиционными и нетрадиционными источниками энергии с учетом их потенциала;
• климатометеорологическими условиями;
• структурой систем энергоснабжения и энергопотребления;
• требованиями к качеству электрической и тепловой энергии;
• типом и параметрами нагрузки;
• требованиями к почасовому графику энергоснабжения;
• экономическими и экологическими факторами.

Комбинированные энергетические системы для жилых и промышленных объектов достаточно эффективны в эксплуатации на всей территории Украины. В средней и северной географических зонах Украины недостаточное количество энергии, вырабатываемой ветровыми и солнечными установками, целесообразно компенсировать не увеличением их мощности. а использованием традиционного топлива.

Для южных областей Украины дополнительным применением пассивного теплового аккумулирования в летнее время можно достичь полной автономности таких объектов.

Наиболее эффективным применением комбинированных энергосистем на основе НВИЭ на ближайшую перспективу является использование их в сельскохозяйственных комплексах, индивидуальных фермерских хозяйствах, индивидуальных жилых и садовых домах, в пансионатах, детских лагерях и на отдаленных от электросети объектах (жилье пастухов, военные объекты, населенные пункты и пр.). На современном этапе первоочередной задачей является создание и внедрение уже разработанных комбинированных энергосистем в различных климатических зонах Украины, с использованием разработанных отечественными специалистами рекомендаций, проведение натурных исследований, наработка и получение конкретных результатов с целью определения оптимальных технических показателей и режимов работы энергетических устройств, которые входят в состав КЭС и всего комплекса в целом. Примеры разработок наиболее перспективных из комбинированных энергосистем представлены ниже.

1. Комбинированный энергетический узел (КЭУ), предназначенный для энергообеспечения жилых и промышленных объектов сельского хозяйства.

В состав энергоузла входят: ветроэлектрическая установка (ВЭУ) мощностью 15 кВт, фотоэлектрическая солнечная батарея (ФБ) мощностью 50 Вт, гелиоустановка с рабочей поверхностью 5 м2, биогазовая установка (БГУ) с рабочим объемом биореактора 3 м3, батарея электрохимических аккумуляторов емкостью 80 А • ч, тепловой аккумулятор энергоемкостью 100 кВт • ч.

Структурно-функциональная схема КЭУ. В соответствии с оценками специалистов, при годовой эксплуатации такого комбинированного энергоузла суммарная экономия традиционных топливно-энергетических ресурсов составляет около 16,5 т у.т., в том числе: ветроустановка экономит около 14,2 т у.т./год, фотобатарея — около 0,052 т у.т./год, гелиоустановка с тепловым аккумулятором экономит около 1,3 т у.т./год, биоустановка вырабатывает примерно 1100 нм3 биогаза, что эквивалентно 0,9 т у.т./год (1 нм3 биогаза = 0,8 кг у.т.).

Ветроустановка и фотобатарея вырабатывают электроэнергию, которая распределяется для дальнейшего использования при помощи блока автоматического управления режимами работы КЭУ. В первую очередь проводится заряд аккумуляторных батарей, обеспечивающих питание ламп освещения и радио-, телеаппаратуры, во вторую очередь — заряд теплового аккумулятора. На тепловой аккумулятор поступает вся избыточная и некондиционная электроэнергия от ветроустановки и фотобатареи, а также тепловая энергия от гелиоустановки. Гелиоустановка используется в основном для обеспечения потребностей горячего водоснабжения и частично для отопления. В тепловые месяцы года, когда снижаются потребности хозяйства в тепловой энергии, горячая вода, полученная в процессе эксплуатации гелиоустановки, используется для поддержания технологической температуры в биоэнергетическом реакторе.

Биогазовая установка вырабатывает биогаз, использующийся в основном для приготовления пищи; излишки биогаза используются на горячее водоснабжение и отопление, а в холодное время года — на собственные нужды биогазовой установки (для поддержания технологической температуры реакции анаэробного сбраживания).

Благодаря введению в энергосистему аккумуляторов энергии коэффициент полезного использования ветроустановки достигает 0,25…0,3, тогда как без систем аккумулирования коэффициент полезного использования находится в пределах 0,1…0,15. Выработка электроэнергии ветроустановкой в первом случае составляет 32850…39420 кВт • ч за год, при этом экономится 11,8… 14,2 т у.т./год.

2. Автономная комбинированная энергосистема предназначена для автономного электроснабжения объектов, отдаленных от промышленной электросети.

В состав данной энергосистемы входят: ветроустановка мощностью 2 кВт, солнечная фотобатарея мощностью 50 Вт, батарея никель-кадмиевых аккумуляторов емкостью 80 А — ч, автоматическая система управления режимами работы (АСУ). Схема автономной электроэнергосистемы на основе НВИЭ.

Указанная КЭС без применения аккумуляторов энергии способна выработать около 1,75 МВт • ч электроэнергии за год (КПД = 1). Вследствие применения системы аккумулирования электрической энергии и блока автоматического управления режимами работы коэффициент полезного использования ветроустановки повышается до 0,3, производство электроэнергии — до 3,2 МВт • ч за год с учетом КПД электрохимических аккумуляторов. Среднегодовая экономия органического топлива при этом составляет около 1,1 т у.т./год.

Дата публикации: 25.05.2013

Похожие записи:

• Аккумулирование тепла с использованием фазового перехода. Мировой опыт
• Аккумулирование тепла с использованием фазового перехода
• Системы аккумулирования тепловой энергии. Опыт применения
• Системы аккумулирования тепловой энергии
• Системы аккумулирования электрической энергии
• Системы аккумулирования энергии возобновляемых источников