Меню

Автономные системы энергообеспечения с промежуточным накоплением энергии

07.06.2018 - Домашний мастер

В условиях энергетической нестабильности гарантированное бесперебойное энергообеспечение приобретает особое значение. Существующие технические решения ориентируются главным образом на наличие единых энергосетей большой мощности и эксплуатацию энергетического оборудования в единой энергосистеме. В целом это повышает надежность централизованного энергоснабжения, одновременно вынуждая применять жесткие меры по обеспечению устойчивости системы, вплоть до принудительного автоматического отключения отдельных потребителей в кризисных ситуациях.

Для удаленных потребителей

В настоящее время более половины российской территории, прежде всего удаленные районы Крайнего Севера, Дальнего Востока и Восточной Сибири, где живет около 20 процентов населения страны, не имеет централизованного электро- и теплоснабжения. Кроме того, остается неэлектрифицированной значительная доля фермерских хозяйств, садоводческих участков, леспромхозов, а также местных производств в Европейской части страны. Восполнить отсутствие централизованного энергоснабжения, в том числе в отдаленных или экономически неразвитых районах, могут автономные энергетические установки малой мощности, использующие как традиционные источники энергии (привозное топливо), так и нетрадиционные, возобновляемые источники. При этом установки на привозном топливе требуют относительно небольших капитальных затрат при высоких эксплуатационных издержках, а агрегаты на возобновляемых источниках (из‑за малой плотности потоков энергии) – значительных капитальных затрат при низких эксплуатационных издержках и отсутствии топливной составляющей.

Энергообеспечение таких потребителей возможно при комбинированном использовании дизельных электростанций и низкопотенциальной энергии ветра, Солнца, малых рек и т. д., а во многих случаях только за счет последней. Основная топливная составляющая в себестоимости подобной энергии очень мала. Таким образом, энергоустановки, использующие возобновляемые источники, более эффективны, чем дизельные (бензиновые) электростанции или подсоединение к централизованным энергосистемам.

В системах автономного энергоснабжения, в том числе и с низкопотенциальными источниками энергии, необходимо учитывать три основных фактора: мощность источника энергии, максимальная мощность потребления и время использования мощностей потребителем. При этом мощности источников энергии далеко не всегда должны соответствовать максимальному энергопотреблению, так как, учитывая третий фактор, можно удовлетворить максимальные потребности в энергии при значительно меньших мощностях генерирующих источников.

Конкуренто-способное автономное снабжение

В основу создания предлагаемых конкурентоспособных установок автономного энергоснабжения положен принцип системности. АСЭ объединяет комплекс генерирующего оборудования, энергосеть, средства оперативно-диспетчерского управления и нагрузки потребителя.
Для сравнительно небольших автономных систем ключевая проблема – увязка изменяющихся мощностей производства и потребления энергии – может решаться не за счет подключения специально создаваемого резерва генерирующего оборудования (по примеру большой энергетики), а за счет буферного промежуточного накопления полезной энергии на базовых (и ниже) режимах потребления, в достаточном для покрытия пиковых нагрузок количестве.

Читайте также:  Безопасность при работе с электричеством

Принципы работы

Техническая реализация концепции автономной системы энергообеспечения осуществляется на основе следующих положений:

1. Анализ типовых графиков производства и потребления энергии для различных локальных источников показывает, как правило, превышение общего объема возможной выработки над потреблением при существенных колебаниях их мощности. При этом продолжительность режима пикового потребления значительно меньше режима поступления базовой мощности от источника, составляя от нескольких часов до нескольких суток.
Использование промежуточного накопителя, заряжающегося при снижении потребления энергии и отдающего ее при возрастании нагрузки, компенсирует несоответствие графиков производства и потребления энергии.

2. Для выработки электроэнергии с использованием низкопотенциальных источников в составе локальной системы может применяться экологически чистый, специально разработанный новый тип свободнопоточных ветро- и гидроприводов, а также новая конструкция электрогенераторов. Созданные устройства, в отличие от применяемых сегодня в мире, стабильно работают в очень широком диапазоне нагрузок, скоростей потоков и расходов возобновляемых источников. Они унифицированы и высокотехнологичны, что позволяет легко трансформировать их под ветровые или водные нагрузки с независимым или комбинированным использованием. Монтаж таких устройств не требует серьезных подготовительных работ и больших финансовых затрат.

3. Помимо специально разработанных ветро- и гидротурбогенераторов, для работы с автономными системами энергообеспечения могут применяться и другие виды генерирующего оборудования. Солнечные батареи, слабые энергосети, дизельные электростанции, а также тягловая (животная) сила могут использоваться в качестве генерирующих источников, при этом их мощность в составе такой энергосистемы может быть на порядок меньше, чем пиковые нагрузки потребителя. Кроме того, к АСЭ могут подключаться микротурбины, малые ГЭС и ветроустановки, обычно требующие обязательной связи с большими энергосистемами. Подключение к энергосистеме существующих автономных установок, работающих на невозобновляемых источниках (уголь, нефть, газ), позволяет значительно повысить их эффективность при экономии привозного топлива, в том числе на модульных котельных – с обеспечением выработки не только тепла, но и электроэнергии. Разработаны схемы дооборудования котельных турбоустановками различного типа для выработки электроэнергии с использованием преимуществ АСЭ по поддержанию стабильных параметров тепло- и электроснабжения.

4. Модульная схема подключения автономной системы энергообеспечения позволяет объединять потребителей в энергетический район с созданием локальных сетей. При этом суммарная мощность сети энергорайона во многом будет определяться применяемым типоразмером модуля автономной энергосистемы. Так, используя модуль типоразмером 4 кВт, можно создать энергорайон общей мощностью до 100 кВт, а типоразмером 33 кВт – мощностью до 1000 кВт. Такие типоразмеры позволяют не только удовлетворять практически все требования различных потребителей (производственные, жилищно-коммунальные и пр.), но и полностью унифицировать энергооборудование – от турбоприводов до целых блоков автономной энергосистемы.
Это сокращает затраты на изготовление и транспортировку оборудования, строительно-монтажные работы, сроки ввода объекта в эксплуатацию, создание линий связи с потребителем и т. д. Ремонтные и профилактические работы на генерирующем оборудовании АСЭ могут проводиться без отключения потребителя. Необходимая продолжительность бесперебойного энергоснабжения в таких случаях обеспечивается, по желанию потребителя, за счет установки дополнительных модулей оборудования.

Читайте также:  Замена прокладки смесителя

5. Проведенные сравнительные экономические расчеты показывают, что при относительно малых объемах требуемой энергии для снабжения удаленных потребителей автономные энергосистемы с использованием возобновляемых источников более эффективны, чем дизельные электростанции и ЛЭП. Так, экономический эффект от применения АСЭ будет более 600 процентов при сравнении с затратами на эксплуатацию за 10 лет работы дизельной электростанции или ЛЭП аналогичной мощности. Срок окупаемости автономной системы составляет 2‑3,5 года.

Отдача для потребителей, бизнеса и государства

В целом предлагаемая автономная система энергообеспечения с промежуточным накопителем представляет собой новое направление развития малой энергетики, заполняя нишу в секторе автономного электроснабжения потребителей на базе низкопотенциальных возобновляемых экологически чистых источников.

Таким образом, имеются все необходимые концептуальные, экономические и технические предпосылки для создания конкурентоспособных локальных энергетических систем, отвечающих следующим требованиям:

– соответствие режима производства энергии и ее аккумулирования режиму потребления;
– низкая стоимость энергии;
– общедоступность исходных ресурсов;
– высокая надежность и бесперебойность энергоснабжения;
– экологическая безопасность;
– простота обслуживания;
– возможность расширения производства электроэнергии за счет других источников;
– модульная схема, обеспечивающая серийное производство.

Применение АСЭ с промежуточным накоплением энергии позволяет решать задачи энергообеспечения на различных уровнях возникающих проблем.

На государственном (макроэкономическом) уровне – это создание в короткие сроки энергорайонов, удаленных от энергосистем, с незначительными капитальными вложениями в строительство локальных сетей, обеспечение электроэнергией населения в условиях чрезвычайных ситуаций, а также улучшение экологической обстановки.

На региональном уровне – это возможность получения дополнительных мощностей без строительства новых электростанций и ввода дополнительных трансформаторных подстанций.

Для предпринимателей – это получение новых доходов за счет создания предприятий (с возможностью их электроснабжения) в тех местах, где ранее это было экономически невыгодно. Это возможность работы предприятия при отключении электроэнергии (аварии) на линиях электропередачи, а также снижение расходов на электроэнергию за счет ее накопления в режиме использования ночного тарифа.

Владимир СЫСОЕВ, генеральный директор, Александр АККУРАТОВ, директор по реализации проектов ЗАО «Полистэлс»
www.eprussia.ru

Читайте также