Микросеть с ветроэлектростанциями для энергообеспечения местных потребителей

В последние годы в мировой энергетике стали развиваться новые технологии снабжения и распределения электроэнергии – «умные» сети (smartgrid) и микросети.

В общем случае микросеть может объединять небольшие местные электрические, тепловые, газопроводные и другие сети, которые имеют общее управление. В чисто электрической микро-сети под общим управлением объединяется некоторое количество источников электроэнергии малой мощности и микроисточников, разного типа накопителей электроэнергии, а также все потребители энергии, подключенные к данной микросети. В такой микросети могут быть использованы источники разного типа: электростанции на основе только ВИЭ, топливные элементы, традиционные электростанции или их различные комбинации. Соотношение мощностей электростанций всех типов оптимизируется с целью получения максимально возможной экономической и технической эффективности – максимального использования местных ВИЭ и альтернативных энергоресурсов, минимизации цены электроэнергии и максимизации надежности ее поставки потребителю. 

Существует много вариантов микросетей. Они могут работать автономно или быть соединены с электросетью энергосистемы (ЭС). Инновации в энергетике, электронике, в технологиях управления, информатики и связи создают благоприятные условия для развития и совершенствования микросетей, их оптимального управления с поддержанием стандартных и стабильных параметров электроэнергии не смотря на интеграцию источников нестабильной мощности, таких как ветряные (ВЭ) и солнечные электростанции (СЭ). В микросети легче осуществить балансирование мощностей и получить хорошее соотношение между генерирующими мощностями и объемом выработанной энергии. Здесь могут быть применены динамические резервные мощности и эффективные накопители энергии.В то время как в большой энергосистеме надо содержать дорогие и громоздкие резервные мощности.

Когда микросети соединены с ЭС, большого влияния на работу энергосистемы они не оказывают, поскольку основная часть энергии производится и потребляется в пределах микросети, что исключает потери, связанные спередачей энергиипоэнергосистеме. Здесь есть много возможностей цену на электроэнергию установить ниже рыночной, потому что в микросети нет огромной инфраструктуры, многочисленного персонала и больших расходов на энергоносители.

 Владеть микро сетью и эксплуатировать ее могут владельцы жилых домов, предприятия, ЗАО, деревни, поселки и т.д. Здесь потребители энергии в то же время могут быть и ее производителями, эксплуатирующими свои микро электростанции или/и накопители энергии. Интеграция ВЭ, СЭ и других электростанций ВИЭ в микросеть встречает значительно меньше бюрократических препятствий, чем присоединение к ЭС.
 

Микросеть с ВЭ как основными источниками энергии

В регионах со средней годовой скорости ветра на высоте 10 м больше 5 м/сек. имеется возможность создать микросеть, в которой основными источниками энергии могут быть ВЭ и накопители энергии. Если мощность ВЭ выбирается достаточно большой, микросеть может обеспечить энергией не только традиционных потребителей электроэнергии, но и системы отопления помещений и нагрева воды, а также зарядные устройства электромобилей. Таким образом, область применения энергии ветра можно расширить, распространив ее на сектор тепловой энергетики и транспорта, покрывая при этом все энергетические нуждыобитателей домов и получая значительный экологический эффект.

Электромобили – это перспективное и быстро развивающееся направления в транспортном секторе. Их использование особенно эффективно в условиях, когда автомобиль работает в режиме «старт-стоп», так как энергия торможения передается обратно в батарею.

В настоящее время все основные заводы автомобилей мира производят также и электромобили, которые потребляют только электрическую энергию. Экспансия электромобилей на рынке стала возможной благодаря значительному прогрессу в области батарейных накопителей электроэнергии. Начинается массовое производство не только легковых электромобилей, но и электрогрузовиков, мотоциклов, мотороллеров и других транспортных средств, пригодных для использования на селе.

 Последовательный переход к электрическому транспорту в сельском хозяйстве в конечном итоге заметно уменьшит спрос на все виды моторного топлива, увеличит значение электростанций, работающих на ВИЭ, и значительно улучшит экологическую ситуацию.

Основная причина быстрого прогресса рынка электромобилей становится очевидной из анализа информации, представленной на рис. 1, где сравнивается средняя цена горючего и электроэнергии в долларах США (с учетом инфляции) на пробег 100 км легковым автомобилем и электромобилем средней мощности.В США проехать 100 км на электромобиле в течение последних 10 лет было в несколько раз дешевле, чем на автомобиле с бензиновым двигателем, при большой экологической выгоде.

Рис. 1. Средняя стоимость горючего и электроэнергии в долларах США (с учетом инфляции) на проезд 100 км легковым автомобилем и электромобилем средней мощности: 1 – бензин Е95 в Литве; 2 – бензин в США; 3 – природный газ в США; 4 – электроэнергия в США  

Блок-схема предлагаемой микросети с ВЭдля покрытия энергетических нужд зданий и электромобилей показана на рис. 2. Потребителями электроэнергии здесь являютсяприемникиnДЭС (домашних энергосистем), включая системы отопления помещений и нагрева воды, а также, возможно, зарядные устройства батарей электромобилей. Микросеть обеспечивается энергией в основном за счет mветряных электростанции ВЭ. Для увеличения гибкости и надежности снабжения, а также большей экономической эффективности микросети ее целесообразно соединить с сетью энергетической системы ЭС. В этом случае есть возможность избыток электроэнергии подавать в сеть (в основном летом), а при необходимости – потреблять энергию из сети.

Рис. 2. Блок- схема микросети  с ВЭдля покрытия энергетических нужд зданий и электромобилей

Чисто автономную микросеть с ВЭ целесообразно создавать только в регионах с большими ресурсами ветряной энергии. В этом случае необходимая емкость накопителей тепловой и электричекой энергии должна быть расчитана с учетом длительности вероятных интервалов времени без ветра. Система тепловой энергии может быть резервирована котлом и небольшим запасом топлива, что на практике часто имеет место в каждом доме в сельской местности. Зарядка электромобилей по мере расширения их практического использования в ближайшем будущем будеть возможна не только дома, но и на терминалах АЗС.

Микросеть, работающая параллельно с ЭС, может быть построена и в местностях с несколько меньшими ресурсами ветряной энергии.

Для учета потребляемой и поставляемой в сеть энергии применяются электросчетчики ЭСч. В общем случае в микросети с учетом местных условий можно применять и другие генераторы электроэнергии (малые СЭ, малые ГЭС, когенерационные ЭС, работающие на биомассе, биогазе, биотопливе, природном газе, микротурбины и т.д.), а также гибридные системы, если это экономически целесообразно.

 

Определение энергетических нужд потребителей микросети

Определить энергетические нужды ДЭС несложно. Потребности энергии электромобилей можно приблизительно определить по табл. 1,  учитывая их средний ежедневный пробег.

Таблица 1. Технические характеристики электромобилей

Класс

авто-мобиля

Вес авто-мобиля,

кг

Масса батареи, кг

Емкость батареи, кВт.час

Мощность электро- мотора,кВт

Требуемая импульсная мощность батареи,Вт/кг

Затраты энергии на 1км,

Вт.час/км

Время (сек),разбега до 96,5 км/час

Электромобили

Компакт

1373

168

20,2

65

387

126

11,3

Средний

1695

208

24,9

102

490

155

8,9

Большой

1949

238

28,5

122

513

177

8,6

 

Как показывает анализ многих источников информации, технические характеристики электромобилей и батарей быстро улучшаются. Например,уже достигнут пробег электромобиля с одной зарядкой до 500км, а в течение 5 лет он будет увеличен до 800 км. В домашних условиях батарея заряжается за ночь (8 ч.), а на специальных станциях – за 15 мин.

Потребность в энергии в зданиях самые большие во время отопительного сезона. При желании покрыть все энергетические потребности объекта за счет ВЭ, надо обеспечить выполнение следующего неравенства в течение этого сезона:

                          ,                               (1)

Где      m – число ВЭ в микросети,n  – числоДЭСв микросети,– количество энергии, выработанной „j-той“ ВЭ, Ei   – количество энергии, израсходованной „i-той“ ДЭС,Eei  –количество энергии, израсходованной„i-тим“ электромобилем.

Ориентировочно суммарная мощность всех ВЭ микросети может быть определена из следующего неравенства:

                            ,                                (2)

Где       –количество дней в отопительном сезоне, kvn – коэффициент, учитывающий непостоянство ветра (0,15¸0,35).

Предлагаемая микро сеть представляется перспективной, поскольку ориентирована на использование «бесплатных» энергоресурсов, а питание электромобилей, электических и тепловых систем зданий осуществляется из одного источника.

Основнаячастьэнергии, выработанной в данной микросети, потребляется на месте, что исключает потери, связанные спередачей энергиипоэнергосистеме.

Создание микро сетейпозволяетзначительно расширитьиспользования возобновляемыхисточниковэнергиидля энергоснабжения зданийи транспортных средств на селе.

 
 

г. Москва, ул. Юровская, дом 92

e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

тел: +  7 926 209 46 28

 

             Google+ 
        Яндекс.Метрика