Оценка эффективности гибридного мобильного энергокомплекса ВИЭ
Кунулеков Д.
Техническое задание
Согласно техническому заданию гибридный мобильный энергокомплекс возобновляемых источников энергии или гибридный энергетический комплекс (ГЭК) должен стремиться к следующим требованиям:
Энергокомплекс должен соответствовать современным тенденциям по выработке электрической энергии возобновляемыми источниками, доля которых должна составлять не менее 0,6 от общей выработки.
1.1. Энергокомплекс должен обладать максимально возможным временем автономной работы и ограничиваться моточасами между сервисными интервалами обслуживания гарантированного источника электропитания.
1.2. Энергокомплекс должен обладать следующими показателями надежности:
- средняя наработка на отказ не ниже: 9000 ч;
- вероятность безотказной работы не ниже: 0,98;
- интенсивность отказов в год не более: 0,02.
1.3. Энергокомплекс должен обладать средним временем восстановления после отказа не более 5 часов.
1.4. Энергокомплекс должен обладать минимальной площадью размещения с обеспечением заданного уровня потребления электрической энергией потребителя.
1.5. Себестоимость вырабатываемой электрической энергии должна быть не более 25 руб/кВт*ч.
1.6. Расчетное время эксплуатации энергокомплекса должно составлять не менее 25 лет.
1.7. Исправно работать не менее одного года, до следующего межсервисного интервала.
1.8. Энергокомплекс должен обеспечивать электропитанием ответственного потребителя технологического объекта постоянной мощностью не менее 6 кВт (реальные 2кВт) и обеспечивать поддержание пиковой нагрузки 15 кВт в течение 1 часа.
1.9. Ветрогенератор должен иметь номинальное выходное напряжение 48 В и мощность до 5 кВт.
1.10. Солнечная панель должна обеспечивать выработку электрической энергии от прямого и рассеянного солнечного излучения, при этом коэффициент полезного действия должен быть не менее 17,5%.
1.11. Срок окупаемости энергокомплекса должен составлять не более 10 лет.
Схемы электроснабжения ГЭК
Сочетание гарантированного энергоисточника – ДЭС и нестабильного возобновляемого позволяет построить универсальные энергокомплексы с неплохими технико-экономическими характеристиками, надежно обеспечивающими электроснабжение различных децентрализованных объектов.
Вариант энергетического комплекса с двумя энергоисточниками каждый из которых способен покрывать в определенные временные интервалы потребности электрической нагрузки характеризуется максимумом возможностей по замещению дизельной генерации энергией возобновляемого источника. Сокращение времени работы дизельной части энергокомплекса обеспечивает максимум экономии дизельного топлива и увеличивает срок эксплуатации ДЭС.
Возможность отключения ДЭС в периоды высоких значений потенциала возобновляемого энергоресурса достигается усложнением состава гибридного энергокомплекса и алгоритмов управления его элементами. Обобщенная схема гибридной системы электроснабжения рассматриваемого типа приведена на рис. 1.
Рис.1. Гибридный энергетический комплекс с дублирующей ДЭС.
ДЭС-дизельная электростанция, ППЭ-преобразователь первичного энергоресурса,
ПН- преобразователь напряжения, ИПБ-источник бесперебойного питания, Н-нагрузка, БН-балластная нагрузка.
Представленная схема гибридного энергетического комплекса предусматривает объединение различных источников электроэнергии на шине переменного тока. В период высокого потенциала возобновляемого энергоресурса ДЭС отключается. Колебания потребляемой и генерируемой от ВИЭ мощности демпфируется запасом энергии в аккумуляторах ИПБ, что позволяет уменьшить количество запусков ДЭС. В зависимости от соотношения установленных мощностей ДЭС и установок возобновляемой энергетики в гибридном комплексе может предусматриваться раздельная работа этих энергоисточников или режим их параллельной работы на общую нагрузку в определенных ситуациях.
Очевидно, режим раздельной работы подразумевает относительно большую установленную мощность ППЭ возобновляемого энергоисточника. Соответственно, мгновенная мощность ветровой или солнечной электростанции может существенно превышать номинальную нагрузку. Для утилизации избыточной электроэнергии предусматривается балластная нагрузка БН.
Дальнейшим развитием интеллектуальных гибридных систем электроснабжения является использование в них инверторных ДЭС.
Структура таких комплексов показана на рис.2.
Преимуществом инверторной ДЭС является сокращение расхода топлива в режимах малых нагрузок за счет снижения частоты вращения дизель-генератора.
Обычно в качестве преобразователя напряжения ПН в таких системах используются выпрямительно-инверторные преобразователи частоты (В-АИ). Такие же преобразователи входят в состав современных ветроэлектростанций. Это обстоятельство, а также генерация электроэнергии фотоэлектрическими модулями на постоянном токе, определяют возможность объединения энергоисточников гибридной системы на шине постоянного тока с помощью выпрямителей или преобразователей напряжения (В/П).
Шина постоянного тока является конкурентно-способным вариантом построения системы, объединяющей энергоисточники различной физической природы.
Рис.2. Гибридный энергетический комплекс с шиной переменного тока и инверторной ДЭС
Рис.3. Гибридный энергетический комплекс с шиной постоянного тока.
В/П-выпрямитель или преобразователь напряжения, АУ-аккумулирующее устройство, АИ-автономный инвертор.
Преимущества шины переменного тока проявляются при построении системы распределенной генерации, обычно имеющей место при интеграции энергоустановок ВИЭ в существующие системы электроснабжения.
Рис.4. Гибридный энергетический комплекс с шиной постоянного тока.
ДЭС-дизельная электростанция, ППЭ-преобразователь первичного энергоресурса,
В/П-выпрямитель или преобразователь напряжения, АКБ-аккумуляторная батарея,
И-инвертор, Н-нагрузка
В случае выработки электроэнергии от теплового аккумулятора (Мини-ТЭС).
Рис.5. Гибридный энергетический комплекс с шиной постоянного тока.
Мини-ТЭС- тепловая мини электростанция.