Статья опубликована в рамках: LVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 28 августа 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Энергетика

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Мальсагов М.И. ЗАМЕНА ТРАДИЦИОННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В РЕСПУБЛИКЕ ИНГУШЕТИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 8(55). URL: https://sibac.info/archive/technic/8(55).pdf (дата обращения: 12.05.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ЗАМЕНА ТРАДИЦИОННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В РЕСПУБЛИКЕ ИНГУШЕТИЯ

Мальсагов Магомед Иссаевич

магистр, кафедра ЭППЭ НИУ МЭИ,

РФ, г. Москва

Титова Галина Ростиславовна

научный руководитель,

канд. технических наук, доцент НИУ МЭИ,

РФ, г. Москва

Республика Ингушетия — самая молодая республика в составе Российской Федерации, входит в состав Северо-Кавказского федерального округа. Ингушетия — аграрно-индустриальная, преимущественно сельская республика [1].

Особое значение для обеспечения стабильного развития республики имеет повышение степени независимости ее собственной энергосистемы. Это означает сокращение зависимости от импортируемой энергии, что в свою очередь положительно скажется на платежном балансе, повышении безопасности и конкурентоспособности на международной арене.

На данный момент энергетическая система республики характеризуется моральным и физическим износом подстанций и линий электропередачи и, как следствие, значительными потерями в электросетях [2, с. 7]. Во многих поселениях крайне тяжело модернизировать сеть, так как они располагаются в труднодоступных горных регионах. Так же стоит отметить, что тарифы за электрическую энергию растут с каждым годом. Добиться поставленных целей можно с помощью применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Такой путь развития будет обеспечивать республике стабильный рост экономики, уровня жизни населения, рабочих мест, сохраняя уникальность природного наследия и инвестиционного климата.

Ингушетия располагает значительными показателями солнечной инсоляции и продолжительности солнечного сияния [3]. Этого достаточно для внедрения солнечной энергетики. В качестве примера рассматривается потребитель в городе Назрань, потребляющий в месяц примерно 410 кВт. ч электрической энергии. В качестве источника генерации рассматривается автономная солнечная электростанция (АСЭ).

На первом этапе проектирования АСЭ нужно составить список всех приемников электроэнергии, выяснить их потребляемую мощность и напряжение. В приведенной ниже таблице представлены только приемники переменного напряжения, которые подключаются к основной шине питания АСЭ через индивидуальный автономный инвертор напряжения. Если имеются приемники постоянного напряжения со значениями напряжения, отличающимися от номинального значения напряжения основной шины, то они подключаются через импульсные преобразователи постоянного напряжения как повышающего, так и понижающего типов. В таблицу также вносится пересчитанная мощность приемника, чтобы учесть КПД автономного инвертора напряжения [4, с. 223]:

(1)

P_н,i– мощность i-го потребителя;

P_ош,i– мощность i-го потребителя, пересчитанная на основную шину АСЭ;

η – КПД автономного инвертора напряжения (в расчете принимается равным 0,8).

Затем нужно оценить, сколько времени в течение суток используются электроприборы, и, умножив пересчитанную мощность прибора на время его работы, определить ежедневную потребность в электроэнергии, эти данные нужно записать в соответствующие колонки таблицы 1.

Таблица 1.

Общее энергопотребление за сутки

Солнечная электростанция может питать много электроприборов при условии, что их энергопотребление не превышает количества электроэнергии, произведенной АСЭ. Список потребителей электроэнергии содержит нагрузки, работающие либо постоянно, либо непостоянно (редко, очень редко). В свою очередь, нагрузки, работающие непостоянно, подразделяются на нагрузки, работающие с фиксированным и плавающим интервалом работы. Игнорирование этих факторов может привести к неоправданному завышению выходной мощности и удорожанию автономной солнечной электростанции. Поэтому необходимо правильно определить выходную мощность автономной солнечной электростанции.

Для удешевления АСЭ составляется график изменения нагрузки за сутки, т.е. зависимости суммарной мощности нагрузки потребителей, работающих в текущий момент времени, от времени в течение суток. При этом необходимо исключить одновременную работу потребителей большой мощности или большого числа потребителей малой мощности и распределить подключение нагрузок во времени так, чтобы выходная мощность АСЭ стремилась к минимуму. Таким образом, можно принять, что СВЧ-печь подключается к сети только после выключения электрического чайника или наоборот. Причем для гарантии последовательного подключения потребителей и удешевления АСЭ их подключение должно производиться к одной розетке. При составлении графика изменения нагрузки не представляется возможным точно определить интервалы включения нагрузок с плавающим интервалом работы (например, у холодильника). Поэтому при составлении графика изменения нагрузки для упрощения принимаем, что такие нагрузки являются постоянно действующими. С учетом вышеприведенных обстоятельств составляется таблица изменения нагрузки за сутки. Суммарные мощности нагрузок на выделенных интервалах времени:

(2)

N – число потребителей, включенных в сеть на j-м интервале времени.

Таблица 2.

Изменение нагрузки

№	Нагрузка	Мощность нагрузки на интервалах времени, Вт
№	Нагрузка	с 7:00 до 7:05	с 7:05 до 7:10	с 7:10 до 7:40	с 7:40 до 8:00	с 8:00 до 9:00	с 9:00 до 10:00
1	Эл.чайник	1250
2	СВЧ-печь		1500
3	Холодильник	125	125	125	125	125	125
4.1	Телевизор №1					250
4.2	Телевизор №2
4.3	Телевизор №3	187,5	187,5	187,5	187,5
5	Освещение гостиной					67,5
6	Освещение кухни и санузла	75	75	75	75
7	Освещение в комнате №1			45	45
8	Освещение в комнате №2			37,5	37,5
9	Освещение в комнате №3			37,5	37,5		37,5
10	Освещение коридора	67,5	67,5	67,5	67,5
12	Wi-Fi	18,75	18,75	18,75	18,75	18,75	18,75
13.1	ПК №1						600
13.2	ПК №2

Таблицы 1 и 2 представлены в сокращенном виде, так как для этой статьи в полном объеме они не несут смысловой нагрузки, а необходимые величины, которых достаточно читателю, чтобы понять принцип того, как они составляются, имеются.

Выходная мощность АСЭ определяется, как максимальная мощность нагрузки за интервал летнего дневного времени суток. Она составляет P_н = 2594 Вт.

Далее производится расчет выбора емкости аккумуляторной батареи. Стоит учесть, что наиболее тяжелым режимом эксплуатации аккумуляторных батарей АСЭ является зимнее время ночного времени суток. Оно принято за Δt_нв = 14 ч, а степень разряженности аккумуляторной батареи S_p = 70 %.

Емкость аккумуляторных батарей:

U_н – напряжение аккумуляторных батарей;

Δt_n – интервал времени, на котором действует нагрузка P_n.

Напряжение аккумуляторных батарей выбрано 48 В, так как оно целесообразно при нагрузке более 3000 Вт/ч в день.

Рассчитывается необходимое количество аккумуляторных батарей:

W_аб – энергоемкость отдельной аккумуляторной батареи, рассчитывается она следующим образом:

С_аб – емкость отдельной аккумуляторной батареи;

U_аб – напряжение отдельной аккумуляторной батареи.

Число последовательно соединенных аккумуляторных батарей:

Число параллельно соединенных аккумуляторных батарей:

Максимальный ток заряда аккумуляторной батареи:

Выходная мощность зарядного устройства:

Расчет мощности основной шины АСЭ:

η₂ – КПД зарядного устройства АСЭ.

Требуемая мощность солнечной батареи АСЭ определяется соотношением:

Далее производится выбор оптимальной мощности солнечного модуля. Для этого были получены данные из базы METEONORM о солнечной инсоляции в республике за каждый месяц.

Таблица 3.

Средняя инсоляция за месяц, кВт·ч/м²

Месяц

Янв.

Фев.

Мар.

Апр.

Май

Июн.

Июл.

Авг.

Сен.

Окт.

Нояб.

Дек.

Инсоляция,

кВт‧ч/м²

38,7

59,5

94,7

126,5

160,1

161,9

169,7

145,6

111,5

75,1

40,8

29,8

Количество энергии, вырабатываемой солнечным модулем:

Е – значение инсоляции за выбранный месяц;

P_w – мощность выбранного модуля;

k – коэффициент, равный 0,5 и 0,7 в летний и зимний периоды, соответственно. За зимний период выбраны месяца, в которых преобладала температура ниже нуля градусов по Цельсию, а именно январь, февраль, ноябрь, декабрь.

Таким образом была получена таблица выработки электрической энергии солнечными модулями разной мощности, в которой отображается, какое количество энергии вырабатывают модули в каждый месяц. В зависимости от финансовых возможностей потребителя выбирается тот модуль, который ему наиболее доступен.

Таблица 4.

Количество энергии, вырабатываемой солнечными модулями, кВт. ч

Вывод: итоговая таблица показывает, что использование солнечной энергетики покрывает значительную часть потребностей в электрической энергии и такая система имеет право на существование в Республике Ингушетия. Однако, стоит отметить, что для продвижения ВИЭ, как в республике, так и в России, необходима поддержка на государственном уровне.

Список литературы:

Республика Ингушетия официальный сайт URL: http://www.ingushetia.ru/about/ (дата обращения: 20.08.2017).
Схема и программа развития электроэнергетики Республики Ингушетия на 2018-2022 гг. // Пояснительная записка. – Магас. – 2017. – 137 с.
Суммарная солнечная радиация // Национальный атлас России [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://национальныйатлас.рф/cd2/154/154.htm (дата обращения 21.08.2017)
Охоткин Г. Методика расчета мощности солнечных электростанций // Вестник Чувашского университета. – 2013. – №3. – С. 222-230.