Телегин В. В.

Липецкий государственный технический университет, Российская Федерация

КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ   АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

 

Эффективность электрогенерирующего комплекса, в общем случае, определяется   целым набор показателей, характеризующих его работоспособность, надёжность и экономичность. Полагая систему электроснабжения автономного потребителя, представленную на рис . 1, замкнутой, можно утверждать, что сумма мощностей источников электрической энергии должна быть равна сумме мощностей, расходуемых в приёмниках этой энергии за вычетом потерь вследствие её передачи и различного рода преобразований. Источниками энергии в данной системе являются устройства, использующие энергию ветра, солнечного излучения и водяного потока для генерации электрического тока. Приёмники – потребитель и балластное сопротивление. Система аккумулирования электроэнергии, может выступать как в роли её источника, так и приёмника. Решение задачи проектирования действительно эффективной автономной системы электроснабжения, может быть осуществлено путём применения методов моделирования и оптимизации, опирающихся на современные компьютерные технологии [1].

В результате исследований, выполненных автором   [2 ; 3], были установлены две группы критериев, определяющих эффективность автономного энергетического комплекса на базе технологий альтернативной энергетики: экономические и энергетические. В качестве единственного критерия экономической эффективности электрогенерирующего комплекса обеспечивающего электроснабжение автономного потребителя с использованием преобразования энергии ветра, солнечного излучения и водяного потока   логично принять стоимость этих устройств, включающую их доставку, монтаж и ввод в эксплуатацию (С _∑ ).

 

Рис. 1 . Энергетические потоки в системе электроснабжения автономного потребителя

 

Суммарную стоимость оборудования автономной системы электроснабжения, с учётом его установки, можно представить в виде:

,                       (1)

где С _в , С _с , С _г и С _а – стоимость ветро -, фото-, гидроэнергетической установки и аккумулирующего устройства, а N _в , N _с , N _г и N _а , соответственно, их количество. Значения параметров N _в , N _с , N _г и N _а определяют структуру электрогенерирующего комплекса, то есть наличие или отсутствие генерирующих устройств.

Стоимость ветроэнергетической установки (ВЭУ) зависит от её мощности (диаметра ветроколеса), высоты и конструкции мачты, а так же включает в себя некоторую долю стоимости дополнительного оборудования. Стоимость фотоэлектрической установки (ФЭУ) определяется стоимостью панели с учетом систем управления её ориентации и концентрации. Стоимость гидроэлектростанции (ГЭС), аналогично ВЭУ, зависит от   его конструкции, мощности и высоты плотины.   В дальнейшем будем полагать, что:

;                     (2)

;                                    (3)

,                (4)

где а _в , b _в , c _в , d _в   – эмпирические коэффициенты, определяющие стоимость ВЭУ в зависимости от его конструкции, мощности и высоты установки; D _в , h _в – диаметр ветроколеса и высота мачты; С _д – стоимость дополнительного оборудования; а _с – стоимость одной панели с учётом систем управления её ориентации и концентрации;   а _г , b _г , c _г , d _г   – эмпирические коэффициенты, определяющие стоимость ГЭС в зависимости от его конструкции, мощности и высоты плотины; D _г , h _г – диаметр рабочего колеса (или площадь для свободнопоточных ГЭС) и высота плотины (или стоимость других гидрологических сооружений); С _д – стоимость дополнительного оборудования.

К критериям энергетической эффективности можно отнести: максимальную суммарную мощность генерирующих устройств комплекса   (P _∑ ), расположенного на заданной территории; минимальное значение суммарной мощности, рассеянной балластным сопротивлением ( P _∑б ), при выполнении условия работоспособности электрогенерирующего комплекса.

Выбор в качестве показателя эффективности первого из энергетических критериев может быть использован на этапе выполнения работ, связанных с принятием решений по созданию автономных предприятий (потребителей) на заданной территории в той или иной географической точке местности. Применение второго критерия целесообразно в ситуациях, когда параметры энергетических затрат потребителя определены.

Суммарная мощность P _∑ на временном отрезке Т:

.       (5)

где N _в , N _с , N _г –   количество ветродвигателей, солнечных панелей и гидрогенераторов; ρ _в , ρ _г – плотность воздуха и воды; S _в , S _г – площади ветроколеса и рабочего колеса гидротурбины; η _вд , η _сп , η _гг – к. п. д. ветродвигателя (ветроколесо, редуктор, генератор и др.), солнечной панели (ФЭП, концентратор, система слежения и др.), гидрогенератора (гидротурбины, генератора и др.); η _в , η _с , η _г – к. п. д. линий электропередач, систем коммуникации, стабилизации и др., соответственно для ветродвигателей, солнечных панелей и гидрогенераторов; V _в , V _г – скорости ветра и водяного потока; R _c – текущая суммарная мощность солнечного излучения (прямого, отражённого и рассеянного) в фокусирующей плоскости.

Суммарная мощность, рассеянная балластным сопротивлением на временном отрезке Т, определяется зависимостью:  

.                                                    (6)

Эффективность системы автономного электроснабжения, как показали исследования, определяется значениями двух основных критериев: стоимости и мощности энергокомплекса . Расчёт автономного комплекса энергоснабжения – это задача многокритериальной оптимизации. Оптимальным является решение задачи проектирования эффективной автономной системы электроснабжения, путём применения методов моделирования и оптимизации, опирающихся на современные компьютерные технологии [4].

 

Список использованных источников:

1.             Телегин В. В. Компьютерное моделирование эффективности использования систем   альтернативной энергетики / В. В. Телегин // Естественные и технические науки. – 2012 . – № 5 (61). – С. 309–312.

2.             Шпиганович А. Н. Энергосбережение с использованием автономных источников на   базе технологий альтернативной энергетики / А. Н. Шпиганович , В. В. Телегин // Вести высших учебных заведений Черноземья. – 2011. – № 4 (26) . – С. 16–21.

3.             Телегин В. В. Параметры автономных систем энергоснабжения на базе альтернативных источников энергии / В. В. Телегин, А. Н. Шпиганович // Сборник докладов V   Междунар . науч.-практ . заоч . конф . «Энергетика и энергоэффективные технологии». – Липецк: ЛГТУ, 2012. – С. 98–100.

4.             Свид . 2012660892 Российская Федерация. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Технологии альтернативной энергетики (ТАЭ) / В. В. Телегин; заявитель и правообладатель Телегин Валерий Викторович (RU). – №2012660892; заявл . 22.10.12; опубл . 30.11.12, Реестр программ для ЭВМ. – 1 с.