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

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 K_i – капиталовложения, M_i – эксплуатационные расходы, F_i – топливные издержки, E_i – 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:

K_i=K_ФЭПi+K_ВЭУi+K_ДГi+K_АБi+K_СИНi+K_{ТР−ФЭПi}+K_{ВЛ−ФЭПi}+

+K_{ТР−ВЭУi}+K_{ВЛ−ВЭУi}+K_{ТР−ОБЩi}+K_ВПi+K_ИНi,

где K_ФЭПi, K_ВЭУi, K_ДГi, K_АБi, K_СИНi, K_ТРi, K_ВЛi, K_ВПi, K_ИНi – 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:

M_i=M_ФЭПi+M_ВЭУi+M_ДГi+M_АБi+M_СИНi+M_{ТР−ФЭПi}+

+M_{ВЛ−ФЭПi}+M_{ТР−ВЭУi}+M_{ВЛ−ВЭУi}+M_{ТР−ОБЩi}+M_ВПi+M_ИНi,

где M_ФЭПi, M_ВЭУi, M_ДГi, M_АБi, M_СИНi, M_ВПi, M_ИНi – 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:

E_i=E_ФЭПi+E_ВЭУi+E_ДГi+E_АБi,

где E_ФЭПi, E_ВЭУi, E_ДГi, E_АБi – 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 P_уст – единичная установленная мощность агрегата, Q_уст – установленная емкость АБ, U_опт – напряжение ФЭП в точке максимального отбора мощности, U_АБ – номинальное напряжение АБ, υ_стр – скорость страгивания ВЭУ, Q_ном – номинальный расход дизельного топлива на производство кВт*ч.

Таблица 2.

Экономические показатели элементов АСЭС

где K – капиталовложения, M – доля годовых издержек от капиталовложений, M_уст – доля затрат от капиталовложений на доставку и установку оборудования, K_прк – повышающий 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/м², современный кпд ФЭП – 15%, т.е. с 1 м² фотомодулей можно получить 150 Вт пиковой мощности. Для того, чтобы получить 2 кВт пиковой мощности необходимо установить площади ФЭП

S = 2000/150 = 14 м²

Стоимость полного комплекта фотоэлектрической системы на 2 кВт мощности, от местного производителя «Mir Solar» составляет

К_зат = 2 × 9,0 = 18,0 млн. сум.

В течение года выработка электроэнергии за счет ФЭП определяется

W = k · P_w · T_сол,

где k- коэффициент, равный 0,5÷0,7, определяет поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учиты­вает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течение дня; P_w – пиковая мощность ФЭП; T_сол – число пиковых солнце-часов в году. В климатических условиях Узбекистана число часов работы на номинальной нагрузке 850÷1000 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. Olıas./ 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.