перевод. Технологии альтернативной энергетики. Современное состояние и перспективы развития
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
98 - для ФЭП - N (3.31); угол установки ФЭП, как было показано выше, может быть рационализирован (зависимость (3.33) и рисунок 3.11), вне решения задачи поиска значений варьируемых переменных; - для плотинных ГЭС - N , D, Н (3.34), (3.35) и свободнопоточных ГЭС - для систем аккумулирования электроэнергии - N (3.3) - (3.7). a Задача проектирования электрогенерирующего комплекса сформулирована как задача поиска ряда значений варьируемых переменных, сообщающих минимум следующим функциям: В предложенных выражениях Ф1 - величина обратная мощности выработанной всеми генерирующими устройствами; Фг - стоимость генерирующего комплекса; Фз - эффективность системы ЭК-П; С , С , С , С - полная стоимость ВЭУ, ФЭП, турбины МГЭС и аккумуляторов соответственно, с учётом сопутствующего оборудования, монтажа и обслуживания. В общем случае значения Р , С , С , С , Рб являются функциями описанных выше варьируемых параметров, определяющих конструкцию генерирующих устройств. Очевидно, что искомые параметры должны удовлетворять приведённому выше условию работоспособности системы ЭК-П, граничным условиям конструкционного характера, а также ограничениям логического плана, например, количество ВЭУ должно быть нулём или целым положительным числом, ограниченным сверху каким-то максимальным значением и, возможно, снизу, если требуется, чтобы в составе комплекса обязательно присутствовали, хотя бы в минимальном заданном количестве, ветроустановки. На основе передоложенных критериев, сформулированы две задачи: определение структуры и параметров генерирующего комплекса максимальной мощности - поиск значений параметров, сообщающих min(Oi), при дополнительном ограничении на максимальную стоимость ЭК; определение структуры и параметров генерирующего комплекса, минимальной стоимости или максимальной эффективности, предназначенного для автономного электроснабжения предприятия, - поиск значений параметров, сообщающих тш(Ф2) или тт(Фз). Задача поиска оптимальных значений может быть решена путём анализа результатов имитационного моделирования [137 - 139] нескольких вариантов построения ЭК. Вопросы разработки методики такого анализа, основанной, в том числе и на результатах расчётов коэффициента работоспособности (3.42), рассматриваются в главе 4 данной диссертационной работы. 3.5 Выбор рациональных режимов работы системы автономного электроснабжения предприятий Текущее значение вырабатываемой генерирующими устройствами электроэнергии (3.10) величина не постоянная, зависящая от множества факторов, в том числе от сезонных и суточных колебаний валового энергетического потенциала в географической точке расположения автономного ЭК (см. глава 2). Однако требования потребителя к стабильности генерации определённого количества электроэнергии в заданный момент времени могут быть различными. Наиболее типичная ситуация - количество доступной электроэнергии не должно быть меньше какогото минимального значения. Специфика работы предприятия, технологий производства или других факторов не позволяет выполнить взаимную подстройку генерирующих, аккумулирующих и потребляющих энергию составляющих ЭК. На рисунке 3.16 показан типичный график относительного потребления электроэнергии предприятием, работающим круглогодично в одну смену. Предполагается, что в течение рабочего цикла потребление электроэнергии составляет 100% и равно Рщах, в остальное время - k- Р . На рисунке 3.16 к = 0.2, а мощность Р выражена в долях от максимальной. Рисунок 3.16 - График потребления электроэнергии предприятием, работающим в одну смену Предположим, что условия производства предоставляют возможность смещения графика рабочего цикла на какую-то величину AT от значения То (на рисунке 3.16 - То = 8 часов). Очевидно, что значение AT ограничено: Т • < AT < Т (3.46) где Tmm и Тщах - ограничения, накладываемые на смещения графика рабочего времени. Таким образом, в новой постановке к варьируемым параметрам задачи оптимизации добавляется ещё одна величина - AT или То, что равнозначно, но на взгляд автора более наглядно. В заключение, следует отметить, что решение в новой постановке задачи оптимизации структуры генерирующего комплекса наиболее рационально выполнять для нескольких временных отрезков, например, для каждого сезона или даже месяца. Очевидно, что в этом случае структура и параметры ЭК не изменятся, но появится возможность повысить надёжность электроснабжения в системе ЭК-П. 3.6 Выводы 1. Работоспособность автономного ЭК зависит от количественного соотношения ветроэлектрических генераторов, фотоэлектрических преобразователей, гидроэлектрических генераторов и аккумулирующих устройств, определяющих его структуру, и их характеристик. Параметры структуры ЭК, характеристики генерирующих устройств и свойства функции использования предприятием энергии взаимосвязаны между собой в рамках математической модели, разработанной в первом и втором разделах данной главы. 2. Параметры математической модели ЭК не являются произвольными величинами, могут быть изменены только в определённых границах, часто с однозначно заданным шагом и нечёткой взаимосвязи друг с другом, в соответствии с методикой, разработанной в третьем разделе данной главы. 3. Эффективность автономного ЭК, как показали исследования, определяется значениями двух основных критериев: стоимости и мощности ЭК, а также значением вспомогательной характеристики - коэффициентом работоспособности. Методика расчёта критериев эффективности ЭК, разработанная в четвёртом разделе данной главы, зависит от его назначения. 4. Расчёт ЭК - это задача оптимизации, целью которой является определение его структуры, характеристик генерирующих устройств и, возможно, параметров функции использования предприятием вырабатываемой энергии, в рамках рационального соотношения стоимости и энергетических показателей ЭК. 4.5 Выводы 1. Разработано программное решение, позволяющее в интерактивном режиме исследовать на базе имитационной модели автономного электрогенерирующего комплекса работоспособность, динамику изменения основных характеристик и выполнить расчет оптимальных значений его параметров. 2. Разработана методика исследования и расчёта оптимальных характеристик ВЭУ, ФЭП, МГЭС и АБ, работающих в системах: ВЭУ, АБ - потребитель; СЭС, АБ - потребитель; МГЭС (свободнопоточная или плотинная), АБ — потребитель. Получены результаты анализа экономической эффективности их применения для климатических условий Липецкой области, на примере территории расположения бывшей Кураповской ГЭС. 3. Разработана методика исследования и определения структуры автономных электрогенерирующих комплексов, позволяющая минимизировать их стоимость, оптимизировать эффективность, оценить работоспособность при недостаточном количестве энергий ветра, солнечного излучения или водяного потока. 4. Разработана методика и соответствующие программные решения позволяющие в интерактивном режиме выполнить рациональное размещение ВЭУ и ФЭП на заданной территории. 5. Разработана методика оптимизации эксплуатационных параметров системы ЭК-П. Обоснована возможность повышения эффективности и надёжности электроснабжения предприятия ограниченной мощности путём смещения графика его рабочего времени в отдельные месяцы года. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В соответствии с темой диссертационной работы, целью и задачами исследования получены следующие научно-практические результаты: 1. Разработана методика определения параметров энергетических ресурсов заданной географической точки местности, обладающих возможностью преобразования в электрическую энергию посредством ветроэнергетических установок и солнечных фотоэлектрических батарей, основанная на коррекции статистических данных метеостанции, расположенной вблизи этой точки. Предложена методика и её программное решение позволяющих автоматизировать процесс измерения, сохранения и обработки значений скорости ветра и солнечной инсоляции в рассматриваемой географической точке местности. 2. Разработана методика определения области затопления территорий при создании плотинных МГЭС. 3. Разработана математическая модель системы «Генерирующие устройства (ВЭУ, ФЭП, турбины МГЭС) — система аккумулирования - балластное сопротивление - потребитель», позволяющая описать энергетические процессы внутри неё в зависимости от характеристик генерирующих и аккумулирующих устройств, их количества и параметров потребления энергии. Предложены критерии, позволяющие оценить энергетическую и экономическую эффективность системы. Исследовано на их основе влияние конструктивных параметров генерирующих устройств на их мощность и определена целесообразность их оптимизации. 4. На основе математической модели разработана имитационная модель системы и её компьютерная реализация, позволяющая: - оценить работоспособность конкретного электрогенерирующего комплекса, расположенного в заданной географической точке местности в течение любого заданного периода; - оптимизировать конструкционные параметры генерирующих устройств; - оптимизировать структуру электрогенерирующего комплекса; - определить рациональные режимы потребления энергии предприятием для заданного месяца; - оценить работоспособность комплекса при недостаточном количестве энергии ветра, солнечного излучения и водяного потока; - в интерактивном режиме выполнить размещение ВЭУ и ФЭП на заданной территории. 5. Результаты диссертационной работы применены для расчёта параметров и структуры генерирующего комплекса, расположенного на территории Лебедянского района Липецкой области на месте ранее существовавшей Кураповской ГЭС, позволяющего обеспечить электроэнергией (до 60 кВт ч) в течение восьми-часового рабочего дня, небольшое предприятие. Исследована возможность использования генерации электроэнергии на базе одного источника энергии (энергия ветра, солнечного излучения или водяного потока), двух источников энергии: ветра и солнечного излучения, трёх источников энергии: ветра, солнечного излучения и водяного потока (как для случая применения свободнопоточных, так и плотинных МГЭС). Выполнен сравнительный анализ эффективности применения рассмотренных вариантов на базе экономического критерия (стоимость генерирующего комплекса) и энергетического (минимум рассеянной балластным сопротивлением энергии) для различных режимов эксплуатации: сезонном, сезонном с консервацией и круглогодичном. |