ВИДЫ И ОСОБЕННОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ

На сегодняшний день на территории Российской Федерации действует единый закон об энергосбережении, а именно Закон РФ N 261-ФЗ, который был принят в конце 2009 года и актуален на сегодняшний день. Данный закон регулирует проведение производственных процессов, процессов транспортировки, хранения, а также эксплуатации, утилизации и преобразования различных ресурсов топливной и энергетической сферы. Закон был продуман таким образом, чтобы используемые ресурсы затрачивались в разумных количествах, что позволяет минимизировать риск их исчерпания. Однако работа многих предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК) не учитывает большинство предписанных законом норм и правил. [1]

В Законе РФ N 261-ФЗ четко указано, что необходимо использовать вторичные топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) с целью экономии первичных ресурсов, а также использовать все возможные альтернативные источники энергии, в том числе, возобновляемые топливно-энергетические ресурсы. Анализируемый закон был принят из-за возникновения острой необходимости изменений, так как более 48% выбросов вредных веществ выбрасывалось с предприятий топливно-энергетического комплекса в атмосферу; также они загрязнили более 35% сточных вод и производили около 30% от всех отходных материалов. [4]

С появлением Закона, предприятиям ТЭК пришлось внедрять различные методы использования вторичных ТЭР, а также рассматривать эксплуатацию различных систем энергообеспечения. Данные системы работают с помощью возобновляемых источников энергии и других альтернативных источников получения энергии.

На современном этапе не только в России, но и во всем мире используются различные комбинированные системы энергообеспечения, о которых и пойдет речь в данной статье.

Стоит отметить, что в данном виде систем задействованы не только возобновляемые источники энергии (ВИЭ), в них также используются традиционные источники получения энергии. Отсюда и пошло название систем – комбинированные системы. В своем исследовании мы хотим рассмотреть типовую структурную схему комбинированной системы энергообеспечения (КСЭ), а также достоинства и недостатки каждого вида комбинированных систем энергообеспечения.

Для современного уровня потребления самым оптимальным вариантом энергообеспечения является использование комбинированных систем, именно они способны покрывать весь спрос потребителей на энергию. Для этого необходимо задействовать как ВИЭ, так и автономные источники электроэнергии (АИЭ). Использование и тех, и других источников позволяет в разы увеличить эффективность системы энергообеспечения, повысить ее надежность и значительно снизить уровень расходов на топливо. [2]

Возобновляемые источники энергии предусматривают использование ветра и солнца для получения энергии. Комбинирование данных способов выработки энергии позволяет получить самую высокую эффективность системы, так как потребление энергии происходит во все времена года. В какие-то из них (лето, весна) генерация энергии с помощью солнца будет высокой, а в другие (осень, зима) получить такой же уровень выработки энергии за счет солнца не получится. В таком случае более активно будет задействован механизм выработки энергии с помощью ветра.

С помощью рис. 1 представим типовую структурную схему комбинированной системы энергообеспечения, которая задействует как возобновляемые источники, так и автономные источники электроэнергии.

Рисунок 1. Структурная комбинированная система энергообеспечения:

ВЭС1 и ВЭС2 – ветроэлектрические станции переменного и постоянного тока соответственно; СФЭС – солнечная фотоэлектрическая станция; И – инвертор; СБ – солнечные батареи; АБ – аккумуляторные батареи; ЗУ – зарядное устройство; ШГП – шина гарантированного питания [3]

Комбинированные системы энергообеспечения могут быть трех типов. Рассмотрим каждый из них подробнее.

1. Первый тип КСЭ – это автономная ветро-солнечная электростанция (ВСЭ). Такие станции работают при отсутствии внешней сети и содержат солнечную фотоэлектрическую станцию (СФЭС), ветроэнергетическую станцию (ВЭС) и аккумуляторные батареи (АБ). Кроме того, такие автономные энергетические комплексы для повышения надёжности работы могут содержать дизельные, бензо- или газопоршневые электростанции.

2. Второй тип КСЭ – это сетевые ветро-солнечные электростанции. Такие гибридные электростанции работают синхронизировано с внешней электрической сетью. В основном режиме функционирования потребители получают энергию от ВИЭ, а при недостаточном её количестве она поступает от внешней сети, а при её излишке – отдаётся в промышленную сеть. В этом режиме АБ и традиционные автономные источники электроэнергии (АИЭ), как правило, не используются.

3. Третий тип КСЭ – это система резервного энергообеспечения. В основном режиме функционирования в таких системах источником электроэнергии для потребителей является внешняя электрическая сеть. При пропадании внешней сети, источником питания для потребителей являются ВСЭ и АБ или традиционные АИЭ.

Мы рассмотрели три основных типа комбинированных системы энергообеспечения. Перечислим также основные задачи их эксплуатации:

• КСЭ позволяет обеспечивать энергией даже тех потребителей, которые находятся очень далеко от электрической сети;
• КСЭ дает возможность получить бесперебойное энергообеспечение потребителей даже в условиях частого отключения электрических сетей, различных колебаний сети, отклонений напряжения;
• КСЭ снижает затраты на оплату энергии;
• КСЭ позволяет повышать уровень мощности сети, когда активного уровня мощности недостаточно (недостачу будет покрывать автономная ветро-солнечная электростанция).

На современном этапе одна из важных перспектив – это разработка мобильных автономных ветро-солнечных электростанций, которые будут работать на аккумуляторных батареях или на бензогенераторах. Мощность мобильной ВСЭ может достигать 10 кВт – это и будет ключевым недостатком такой системы (10 кВт – сравнительно небольшие мощности).

Однако данный недостаток полностью перекрывается достоинствами такой автономной системы, а именно:

• ветро-солнечная электростанция будет мобильной, то есть, удобной для перемещения и быстрой в установке;
• мобильная ВСЭ способна обеспечить качественное энергообслуживание без перебоев;
• мобильная ВСЭ позволяет оптимизировать режимы работы разных источников энергии, что повышает уровень КПД электростанции;
• срок эксплуатации такой электростанции оценивается в пятнадцать лет;
• расходы на обслуживание мобильной ВСЭ будут минимальны.

Солнечные электростанции привлекают длительным сроком службы СБ (от 25 лет) и меньшими эксплуатационными затратами. Однако в зимний период они вырабатывают меньше электрической энергии за счёт более короткого светового дня. ВЭС в сравнении с СФЭС более производительны при той же стоимости, но менее надёжны из-за наличия механических подвижных частей, а также имеют относительно высокие эксплуатационные затраты (на обслуживание и ремонт).

ВЭС и СФЭС хорошо дополняют друг друга (первые малопроизводительны летом, вторые – зимой), что позволяет создавать устойчивый системы энергообеспечения.

Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что существует несколько основных типов структурных решений комбинированных систем энергообеспечения. При их выборе необходимо учитывать цели эксплуатации КСЭ, их характеристики и стоимость оборудования.

Так, правильный выбор комбинированной системы энергообеспечения позволяет значительно увеличить уровень эффективности ее использования.

Список литературы:

1. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 N 261-ФЗ.
2. Осадчий Г. Б. Источники энергии для комбинированных систем энергоснабжения // Журнал СОК, №12, 2013. С. 7.
3. Григораш О. В., Усков А. Е., Власов А. Г. Ресурсы солнечной энергии, особенности конструкции и работы солнечных фотоэлектрических установок // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2013. № 43. С. 263-266.
4. Новоскрещенов О. В., Отмахов Г. С., Хуаде М. Ю. Комбинированные системы электроснабжения на возобновляемых источниках энергии // Научный журнал КубГАУ, №132(08), 2017. С. 12.