Повышение эффективности комбинированных систем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии

• Автор: Тихонов, Антон Валентинович
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Существующие энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии, перспективы их эффективного комбинированного использования
1.1 Возобновляемые источники энергии, особенности их использования
1.2 Установки преобразования возобновляемых источников энергии
1.3 Принципы комбинированного использования возобновляемых источников энергии
1.4 Дополнительное оборудование
1.5 Существующие варианты комбинированных систем автономного электроснабжения
1.6 Выбор направления исследований
Постановка задач диссертации
2 Современные средства разработки и исследования комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии, проведение теоретических исследований
2.1 Структурная блок-схема комбинированной системы автономного электроснабжения
на основе возобновляемых источников энергии
2.2 Программный комплекс определения оптимального состава и параметров комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
2.2.1 Методика определения оптимального состава и параметров комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
2.2.2 Описание программного комплекса
2.3 Оптимизационные исследования применения комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
2.4 Проверка достоверности результатов оптимизации
2.5 Исследования эффективности схемного построения комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
2.6 Электродинамическая модель комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
2.7 Разработка и описание алгоритмов автоматической системы управления и контроля
2.8 Исследования функционирования комбинированной системы автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
Выводы по главе
3 Физическая модель комбинированной системы автономного электроснабжения
на основе возобновляемых источников энергии
3.1 Конструкция физической модели комбинированной системы автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
3.2 Экспериментальные исследования комбинированной системы автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
3.3 Система мониторинга электрических параметров энергоустановок, использующих
возобновляемые источники энергии
Выводы по главе
4 Перспективные области применения комбинированных систем автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
4.1 Применение комбинированных систем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
4.2 Экономическая эффективность применения комбинированных систем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
4.2.1 Общие положения по оценке экономической эффективности комбинированных систем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
4.2.2 Оценка экономической эффективности комбинированных систем автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
Выводы по главе
Заключение
Список принятых сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение А (обязательное) Силовая схема комбинированной системы автономного
электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии
Приложение Б (рекомендуемое) Графики, характеризующие процесс моделирования
работы КСАЭ-ВИЭ за годовой период эксплуатации в климатических условиях г. Сочи
Приложение В (обязательное) Алгоритмы автоматической системы управления и контроля комбинированной системы автономного электроснабжения на основе
возобновляемых источников энергии
Приложение Г (рекомендуемое) Г рафики, характеризующие работу конверторов постоянного тока многотактного импульсного преобразователя при различных внешних
условиях
Приложение Д (обязательное) Протокол испытаний физической модели комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников
энергии
Приложение Е (обязательное) Акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — это источники энергии ближайшего будущего. Они характеризуются экологической чистотой, высокой безопасностью, многие из них повсеместно доступны, а их ресурсы во много раз превышают обозримые потребности в энергии всего человечества. Но, несмотря на все положительные качества ВИЭ, им присущи и недостатки, основными из которых являются малая плотность, неравномерность географического распределения и нестабильность (суточная, сезонная, погодная) энергетических потоков. Несовершенство технологий также ограничивает их широкое распространение, однако решение этих проблем, несомненно, возможно. Уже сейчас уровень развития современной науки и техники позволяет успешно использовать ВИЭ для энергоснабжения потребителей в целом ряде случаев.
Существенная часть территории России является малозаселённой. Прежде всего, это районы Крайнего Севера, восточные регионы и горная местность. Для этих областей уже сейчас вопрос использования ВИЭ является первоочередньм, поскольку передача туда электрической энергии по линиям электропередач крайне неэффективна, а доставка топлива обходится дорого.
Актуальность темы.
Роль и место ВИЭ в топливно-энергетическом балансе стран всего мира уже очевидны. Население Земли начинает ощущать угрозу топливного «голода» и ухудшение состояния окружающей среды. В такой ситуации человечество должно быть готово к быстрому и эффективному переходу на новые источники, такие как ВИЭ, обеспечивающие неисчерпаемую и чистую энергию. Понимая это, руководство многих стран принимает множество законопроектов, так или иначе стимулирующих развитие ВИЭ, а также непосредственно инвестирует в связанные с ними проекты. В настоящее время и в РФ отмечается понимание будущей роли ВИЭ, за последние несколько лет подписаны [1]:
- указ Президента Российской Федерации от 04.06.2008 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»;
- распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 «Об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии до 2020 года».
Установки на основе ВИЭ наиболее перспективны на данный момент для автономного электроснабжения, так как для 2/3 территории России, где проживает постоянно более 10 млн. чел., отсутствует централизованная система электроснабжения [2]. Наиболее рационально при этом комбинированное использование ВИЭ, поскольку оно имеет ряд преимуществ по

1.5 Существующие варианты комбинированных систем автономного электроснабжения
В нашей стране тематике комбинированных автономных систем электроснабжения, основанных на возобновляемых источниках энергии, уделяется недостаточно внимания. В основном это исследования по солнечно-ветровым установкам, что связано с их повсеместной доступностью и присущими им характеристиками, связанными с синергетическим эффектом.
Так, в источниках [51,52] рассматриваются солнечно-ветровые установки с водородными накопителями энергии. При этом если в первом источнике не указывается конкретный тип рассматриваемых ФЭУ и ВЭУ, то во втором - это концентраторные фотоэлектрические установки на основе линз Френеля с системой слежения и вертикально-осевая ветроустановка. Данные установки принципиально способны обеспечить круглогодичное гарантированное электроснабжение потребителя Однако это только перспектива, поскольку водородные технологии имеют ряд недостатков: многие из них технологически не отработаны, они дорогостоящи, им присущи высокая пожаро- и взрывоопасность на всех стадиях работы с топливом.
Системами автономного электроснабжения, применяемыми на практике на сегодняшний день, являются солнечно-ветровые установки и гибридные системы на их основе с дизель- или бензо-генераторами, учитывая дизель-(бензо-)ветровые и дизель-(бензо-)фотоэлектрические автономные энергоустановки. Преимущества систем с дизель- или бензо-генераторными установками (ДГУ, БГУ) заключаются в высокой надежности гарантированного электроснабжения автономного потребителя, а также в экономии дорогого топлива и уменьшении степени воздействия негативных факторов (выбросы продуктов сгорания в окружающую среду, шум). Основной их недостаток заключается в том, что эксплуатация по-прежнему сопряжена с большими затратами на периодический завоз топлива и обслуживание, а полное исключение негативных факторов — невозможно. Подобного рода установки в России предлагаются такими фирмами, как «Ваш Солнечный Дом» [53], ООО «ФЛАЙ-ТЕК» [54], НПО «ГрандЭнерго» [55], «Балтэлектронкомплект» [56], ООО «Возрождение» [57] и др.
За рубежом вопросы комбинированного использования ВИЭ вызывают значительно больший интерес [58-62]. В основном речь также идёт о сочетании солнечных, ветровых установок с различными накопителями энергии, а также традиционными источниками. Крупные компании, прежде всего, нацелены на реализацию больших либо индивидуальных проектов. Небольшими компаниями за рубежом представлены, в основном, решения для автономного электроснабжения объектов: «Sun Wind Concepts» (США) [63]; «Maritech Marine» Ltd (США) [64]; Solar Power Australia (Австралия) [65]; Hebei Green Photoelectric Technology