Некоторые результаты оптимизации состава энергоустановок на ВИЭ

150 
оптимальным такой состав гибридной энергоустановки, при котором суммы 
капитальных и эксплуатационных затрат для нее и для традиционной ДГУ 
сравниваются за период времени, меньший, чем ресурс основных компонентов 
гибридной установки – фотоэлектрических модулей или ветроустановки [6]. 
Нами был проведен ряд исследований, касающихся оптимизации автономных 
и сетевых энергоустановок для поселков, находящихся в Арктической зоне России 
(п. Соловецкий Архангельской области, п. Русское Устье Республики Саха (Якутии) 
и др.). Приведем здесь результаты оптимизации для п. Русское Устье. Графики 
нагрузки для поселка представлены на рисунке 2. На основе полученного графика 
нагрузки нами была проведена оптимизация состава гибридной ЭУ, которая 
включает в себя: 
- фотоэлектрические модули (ФЭМ),
- ветроустановки (ВЭУ),
- буферный аккумулятор электрической энергии, предназначенный для 
суточного регулирования графика выдачи мощности,
- сезонный аккумулятор электрической энергии, предназначенный для 
длительного хранения излишков выработанной энергии ВИЭ,
- систему управления, контроллеры заряда, инвертор, элементы коммутации,
- контейнеры в северном климатическом исполнении для размещения силовой 
и управляющей электроники, аккумуляторных батарей и дизель-генераторов.

151 
Рисунок 2. Усредненные (месячные и сезонные) данные по энергопотреблению 
поселка Русское Устье (Республика Саха, 160 чел. населения). 
Дизель-генератор сохранялся в составе гибридной ЭУ для работы в зимний 
период, когда энергии ВИЭ недостаточно для покрытия резко возрастающей 
нагрузки. По соображениям надежности дизель-генератор дублируется агрегатом 
такой же мощности в качестве резервного. В качестве критерия оптимизации была 
принята доля замещенного дизельного топлива и снижение эксплуатационных 
затрат на работу установки в течение 8-10 лет. В отличие от зарубежных 
конфигураторов, данная методика позволяет использовать несколько типовых 
профилей нагрузки и рассматривать более широкий круг накопителей 
электрической энергии для комплектования энергоустановок.
Затраты на органическое топливо рассчитывались на основе данных 2009 г. и 
прогнозов инфляции (в предположении, что именно инфляция вносит основной 
вклад в удорожание дизельного топлива). По этой оценке затраты на топливо для 

152 
дизельгенератора п. Русское Устье составят 131 799 000 руб. (за 10-лет) и 213 
380 000 руб. (за 15-лет).
 
Выбор мощности ДГУ осуществлялся исходя из максимальных значений 
нагрузки и обеспечения двукратного резервирования источника энергии. Выбор 
ВЭУ определялся климатическими характеристиками п. Русское Устье (средняя и 
максимальная скорость ветра, источник данных – измерения местной метеостанции 
за 10 лет). В качестве основного типа ВЭУ был выбран агрегат NW-100 
(NorthernPowerInc.) адаптированный для условий Арктического региона. Анализ 
графика нагрузки и результатов оценки потенциальной производительности 
ветроустановки показал, что даже одна ВЭУ обеспечивает избыточную выработку 
электроэнергии в летний период, однако сезонное аккумулирование оказывается 
слишком дорогостоящим. Для выбора ФЭМ использовались климатические данные 
(NASA SSE) по приходу солнечной радиации на приемную поверхность, 
расположенную под различными углами наклона к горизонту (0, 56, 71, 86, 90 
градусов и следящая за солнцем поверхность). Выработанная в среднем за сутки 
энергия определялась как произведение паспортного кпд модуля на суммарную 
площадь поверхности всех модулей, кпд сетевого инвертора напряжения (95%), 
суточный усредненный приход солнечной радиации. Мощность и емкость 
буферного накопителя определялись из соображений сглаживания графиков выдачи 
мощности ВЭУ и ДГУ на основании имеющегося графика нагрузки. Для каждого 
часа суток в пределах месяца года с учетом полученного ранее усредненного 
графика нагрузки рассчитывался энергетический баланс, при этом недостаток 
энергии, выработанной ВИЭ и запасенной накопителем энергии, компенсировался 
включением ДГУ. На основе величины выработанной ДГУ энергии определялся 
объем потребленного топлива и, соответственно, эксплуатационные расходы. 
Оптимизационные расчеты для п. Русское Устье (Республика Саха) по 
разработанной методике были выполнены для различных вариантов ЭУ с 
различными комбинациями ВЭУ, ФЭМ и аккумуляторов (таблица). Показана 
возможность снижения затрат на энергоснабжение за счет использования 
возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Так, гибридная ЭУ в составе двух ВЭУ 

153 
NW-100, буферного накопителя электрической энергии емкостью 350 кВтч и двух 
ДГУ мощностью 120 кВт обеспечивает экономию органического топлива до 40 % и 
имеет срок простой окупаемости 8 лет 2 мес. 
Таблица. Варианты компоновки гибридных ЭУ (в ценах 2013 г.) 
Состав 
установки 
ФЭМ 
Сезонный 
аккумулятор,
МВтч 
Стоимость 
установки,
млн. руб. 
Число 
модулей, шт. 
КПД, 
% 
Угол 
наклона, ˚ 
Цена, 
евро/Вт (пик) 
Вариант1 
100 
200 
13 
86 
2,02 
0 
72 
Вариант2 
100 
400 
13 
86 
2,02 
0 
76 
Вариант3 
100 
200 
13 
71 
2,02 
0 
72 
Вариант4 
100 
400 
13 
71 
2,02 
0 
76 
Вариант5 
100 
200 
17 
86 
2,2 
0 
69 
Вариант6 
100 
400 
17 
86 
2,2 
0 
77 
Вариант7 
100 
200 
17 
71 
2,2 
0 
69 
Вариант8 
100 
400 
17 
71 
2,2 
0 
77 
Вариант9 
100 
200 
20 
86 
2,78 
0 
70 
Вариант10 
100 
400 
20 
86 
2,78 
0 
79 
Вариант11 
100 
200 
20 
71 
2,78 
0 
70 
Вариант12 
100 
400 
20 
71 
2,78 
0 
79 
Вариант13 
100 
0 
0 
0 
0 
0 
60 
Вариант14 
200 
0 
0 
0 
0 
0 
97 
Вариант15 
100 
0 
0 
0 
0 
4,96 
135 
Вариант16 
200 
0 
0 
0 
0 
11,38 
271 
По результатам анализа графиков нагрузки и выработки энергии ВЭУ было 
решено отказаться от попыток максимизации выработки энергии ФЭМ в летнее 
время и сосредоточить усилия на подборе комбинации ФЭМ, позволяющей 
максимально снизить расход дизельного топлива в период февраль-март и сентябрь-
октябрь. Наиболее перспективными с этой точки зрения оказались углы наклона 
ФЭМ к горизонту 71˚ и 86˚, так что дальнейшие расчеты велись для них. Наиболее 
эффективным 
представляется 
вариант 
с 
двумя 
ВЭУ 
и 
буферным 
аккумулированием, при этом целесообразно организовать параллельную работу 
ВЭУ и ДГУ. Для уточнения требований к буферному накопителю необходимо 
проведение 1 – 3- летнего ветромониторинг на площадке строительства станции, на 
высотах, соответствующих высотам современных ВЭУ. Поскольку расчеты 
проводились для данных измерений скорости ветра на высоте 10 м, это позволяет 
надеяться, что после ветромониторинга технико-экономические показатели 
улучшатся. Затраты на монтаж и доставку компонентов в п. Русское Устье, также 
подлежат дальнейшему уточнению. 

жүктеу/скачать 13,27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: