Transcript Фаворский

Досвід впровадження
гібридних вітросонячних систем
енергопостачання
Фаворський Ю.П.
ІВЕ НАНУ
ПП “ АВАНТЕ “
Мета –
Доказ
доцільністі
використання
сонячнота
вітроенергетичних ресурсів як цілісного відновлюваного
джерела, диференційованого за територією, навантаженням
споживачів, перетворенням та акумулюванням енергії.
Об'єкт дослідження –
Вітросонячна система для резервного електропостачання
Предмет дослідження –
Взаємозвязок окремих компонентів системи електропостачання
Основні положення • Результати аналітичного узагальнення електропостачання
• Спільний розгляд генерування,перетворення ,акумулювання та
споживання енергії,
• Моделі оптимізації складу гібридних вітросонячних систем.
W. Kleinkauf, B. Burger, G.Cramer Berlin, Germany, 2000
Схема енергосистеми
Енергетичний баланс
Wген ≥ η · Wcп
Wген – енергія згенерована ВДЕ, кВт*год
Wcп – енергія спожита, кВт*год,
за проміжок часу t
η – к.к.д. енергосистеми
СКЛАД СИСТЕМИ
ОСНОВНІ ЗАДАЧІ
ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ
ЗБІЛЬШЕННЕ
вітер
БЛОКИ
СОНЦЕ
ПЕРЕТВОРЕННЯ
РОЗПОДІЛЕННЯ
КОМУТАЦІЇ
УПРАВЛІННЯ
АКУМУЛЮВАННЯ
НАВАНТАЖЕННЯ
СПОЖИВАЧА
ГЕНЕРУВАННЯ
ЕФЕКТИВНЕ
ПЕРЕТВОРЕННЯ
БЕСПЕРЕБІЙНЕ
ЯКІСНЕ
ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
ЦІЛЬ -ЗМЕНЬШЕННЯ ЦІНИ кВт*год !
Створення системи вимагає відповіді на
питання
1. Яке співвідношення сонячних модулів і
вітрових установок в заданих кліматичних
регіонах?
2.Яким має бути поєднання сонячного та
вітрового устаткування для найбільш
ефективного забезпечення графіку
навантаження споживача та мінімізації
сумарної вартості обладнання?
3.Яке співвідношення між генеруванням та
аккумулюванням?
ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ВІТРУ
ЗМІНА ШВИДКОСТІ ВІТРУ
Розподіл швидкості вітру
Синтезовані щогодинні дані у DMap
форматі для середньомісячних даних
5,4 м/с.
Типова крива потужності
КРИВІ ПОТУЖНОСТІ
Виробіток
електроенергії,кВт*год
Лютий
Берез.
Квітень
Трав.
Червень
117
94
73
Лип.
Серп.
Верес.
Жовт.
Листоп.
Груд.
84
136
148
Січень
160
172
149
61
54
68
Відображення добової сонячої
радіації у програмі моделювання
Графік річного виробітку енергії за
умови автоматичного стеження за
Сонцем
Графік навантажень споживача
Споживачі
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Автономні енергосистеми, залежно від потужності (кВт),
можуть класифікуватися:
20
– малі села, великі фермерські господарства
10-20 – невеликі фермерські господарства,АЗС
6-10 – кафе,магазини
3-6 – середні приватні будинки
1-3 – невеликі середньостатистичні приватні будинки
0,2-1 – приміські дачі.
Проведені дослідження ринку сонячно- та вітроенергетичного
обладнання в Україні показують, що потенційні споживачі
розраховують використовувати смстеми для таких потреб:
забезпечення живлення виробничого та побутового обладнання
електричним струмом,
нагрівання води та опалення,
на сільськогосподарські роботи,
освітлення, зарядження акумуляторів…
Порівняльний ряд ВЕУ
Переваги автономних ВЕУ
• Можуть використовуватися в місцях без
централізованого електропостачання.
• Альтернатива неякісному і нестабільному
наявниму централізованому
електропостачанню
• Зручні для окремих господарств,фермерів,
приватних будинків та дач, особливо у
віддалених районах.
• Порівняно дешева електроенергія (разові
витрати ідуть на купівлю вітроустановки та
іншого обладнання, а також установку).
Переваги автономних ВЕУ
•
•
•
•
Базове електропостачання.
Резервне електропостачання
Покриття пікових навантажень.
Забезпечення більш високого рівня
надійності електропостачання і якості
електроенергії.
• Компенсація недостатній пропускній
спроможності ліній електропередач або
розподільних систем.
• Генерація допоміжної потужності.
Недоліки встановлення ВЕУ
• в Україні практично немає серійного випуску
малих вітроустановок (це зумовлює імпорт та
відповідно збільшення ціни).
• відсутність державного стимулювання
СПОЖИВАЧІВ та виробників.
• низька купівельна спроможність споживачів.
• відсутність ДОСТОВІРНОЇ інформації
більшість потенційних споживачів просто не знає
про переваги автономних ВЕУ
ПЕРЕБІЛЬШЕННЯ можливостей ,особливо,
генерування
• нерівномірність та непостійність вітру
Системи енергопостачання з ВДЕ
має багато властивостей нестаціонарних систем,
пов'язаних з розподіленістю структури, багатовимірністю і
невизначеністю параметрів, що формують стан і умови
функціонування системи
• характеризуються низкою ознак і властивостей, що
відображають взаємодію компонентів із зовнішніми і
внутрішніми зв'язками, значна частка яких не точно
піддається грошовому і кількісному визначенням.
• є багатоцільовими за своєю природою, а їхня оптимізація
повинна проводитися за сукупністю критеріїв ефективності.
•
• Тому застосовуються імовірнісні методи. Однак параметри
систем енергопостачання не мають фіксованих значень і не
носять імовірнісних описів (зміна навантажень,, втрати
споживачів). Це дозволяє частково розкрити невизначеність
на основі досвіду, знання і інтуїції кваліфікованих фахівців.
Методи дослідження:
•
•
•
•
•
Теоретичне моделювання.
Логіко-індуктивний метод.
Порівняльний аналіз.
Математичний аналіз.
Технічне моделювання.
Моделі вітрового потоку
Осереднення за годиною Зміна швидкості вітру
по висоті
і простором
Турбулентна модель
ВПЛИВ ПЕРЕШКОД
Вплив перешкод на просторовий
розподіл швидкості вітру
ПЕРША ОПТИМІЗАЦІЙНА МОДЕЛЬ СТАБІЛІЗАЦІЇ ВИКОРИСТАННЯ
КОМПЛЕКСНОГО ГЕЛІО-ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОГО РЕСУРСУ
Перша оптимізаційна модель
побудована за умови, що річний
розрахунковий виробіток енергії
сонячними батареями та
вітроустановкою мають
приблизно дорівнювати один
одному.
12
МОДЕЛЬ СТАБІЛІЗАЦІЇ ВИКОРИСТАННЯ КОМПЛЕКСНОГО ГЕЛІОВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОГО РЕСУРСУ
Кафедра географічного моніторингу та охорони природи ХНУім. В. Н. Каразіна
ДАНІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ГІБРИДНОЇ ГЕЛІО-ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ
ТИПИ СПІВВІДНОШЕНЬ ГЕЛІО-ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ
1 ТИП (ГЕР+ВЕР)
3 ТИП (ВЕР)
2 ТИП (ГЕР)
4 ТИП (-)
* ГЕР – геліоенергетичні ресурси; ВЕР – вітроенергетичні ресурси
ТИПОВІ ПОБУТОВІ ПОТУЖНОСТІ
НАВАНТАЖЕННЯ ТА СПОЖИВАННЯ
НАВАНТАЖЕННЯ
ПОТУЖНІСТЬ
Р, кВт
Середній час
роботи t,
годин за добу
ДОБОВЕ
СПОЖИВАННЯ
W, кВт•г
Електролампи
12 штук (по 15 Вт)
0,18
4
0,72
Освітлення вуличне
0,06
5
0,3
Компютер
0,14
2
0,28
Телевізори
0,12
3
0,36
Холодильники
0,22
6
1,32
Насос та автоматика
системи ГВП та
опалення
0,11
6
0,66
Різне
(зарядні пристрої,фен,...)
0,45
2
0,9
Всього
1,28
4,56
(с.Хотянівка,Вишгородський р-н,Київська обл.,03.2007)
Побутове споживання
споживана потужність, ВА
2500
2000
1500
1000
500
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
години
Зим
а
Графік
Лiто
навантажень типового споживача
40
35
30
%
25
20
15
10
5
0
920
965
1010
1055
1100
1145
1190
1235
1280
ФУНКЦІЯ РОЗПОДІЛУ ПОТУЖНОСТ ТИПОВОГО СПОЖИВАЧА
N% = f (PОК ) Вт
CPU – процесор;
ВГ – вітрогенератор;
ВР – вхідний регулятор ВГ;
I1 – датчик струму Вітрогенератора;
АБ - акумуляторна батарея;
U – датчик напруги на АБ;
Т1 - датчик температури АБ;
І/ЗП - пристрій, що працює в режимі
інвертора, або в режимі зарядного
пристрою ;
I2 – датчик струму інвертора/зарядного
пристрою;
РКІ - рідкокристалічний індикатор;
2- для підключення основного
навантаження 220В
ПУ - пульт управління;
Р1 - реле, перемикає навантаження
або від мережі, або від інвертора;
Р2 – реле, що комутує додатковий вихід
3 - для підключення до мережі 220В;
Т2 - датчик температури радіатора;
ПКС - пристрій контролю мережі
Результат вимірювання параметрів ВГ та ФБ
Виробіток енергії (кВт*г) : ВГ -1,83
ФМ -0,87
Варіанти оптимізації результатів
резервного енергопостачання
Згенерований виробіток та потужність АС
фотоперетворювачів встановленої
потужності 6 кВт
Основні функції енергосистеми
ГЕНЕРУВАННЯ
ПЕРЕТВОРЕННЯ
АКУМУЛЮВАННЯ
СПОЖИВАННЯ
Алгоритм вибору оптимальної системи
за критерієм мінімальної вартості.
Моделювання двома циклічними процесамми,
погодинно з результатом рівня заряду АБ на кінець доби
з повторюванністю для кожного дня року.
Програмне забезпечення та дані
• Технологічні моделі з
використанням
відновлюваної енергії
• Дані про продукцію від різних
постачальників обладнання
• Метеорологичні дані різних
територій
– наземних станцій
моніторингу
– метеорологичні дані з
супутників НАСА
Використання додаткових програм
моделювання
• Додатки GIS
– інтерфейс заснований на карті
– Трьох застосувань: GsT,RPM,GIS
• Web застосування
– www.fullspectrumenergy.com
• ViPOR (www.nrel.gov/vipor)
– Моделює ,проектує мінімережі
• DView (www.mistaya.ca/dview)
– ГРАФІЧНА ПРОГРАМА АНАЛІЗУ ПОГОДИННИХ ДАНИХ
• Windographer (www.mistaya.ca/windographer)
– ГРАФІЧНА ПРОГРАМА АНАЛІЗУ ТА СИНТЕЗУ ПАРАМЕТРІВ
ВІТРОВОГО ПОТОКУ
Приклад діяльности компанії «Аванте»
*в том числі системи:
1) - автономні– 20%;
- резервні – 80%;
2) -з одним джерелом енергії - 85%;
-з двома джерелами енергії – 15%;
- з трьома джерелами енергії – менше 1%.
“Інвест газета”,2008.
Характеристики I-V та P-V
фотомодуля
Характеристика відбору
потужності за максимально
можливих умов
Дякую за увагу!
ПП «АВАНТЕ»
04060 м.Київ, вул.Щусева 18/14, оф.2
тел. 453-86-87, 453-87-56 , 495-21-83,
495-21-84
www.avante.com.ua
е-mail:[email protected]
Питання?
ІВЕ НАНУ
02094 м.Київ,
вул.Червоногвардійська
20-а
тел. 206-28-09,
578-22-97
www.іve.org.ua
[email protected]