ЭНЕРГОКОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ ВИЭ
RES BASED POWER COMPLEXES
Статья поступила в редакцию 29.04.15. Ред. per. № 2248 The article has entered in publishing office 29.04.15. Ed. reg. No. 2248
УДК 620.98, 620.97, 620.92
КЛИМАТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СВЕТОСИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ
О. С. Попель, С.Е. Фрид, Ю.Г. Коломиец, А. Б. Тарасенко
ФГБУН Объединенный институт высоких температур Федерального агентства по научным организациям РФ 125412, Москва, ул. Ижорская, д.13, строение 2 тел.: +7 495 484 23 74; e-mail: a.b.tarasenko@gmail.com
doi: 10.15518/isjaee. 2015.10-11.010 Заключение совета рецензентов: 06.05.15 Заключение совета экспертов: 20.05.15 Принято к публикации: 03.06.15
Бурное развитие и внедрение фотоэлектрических и ветроэнергетических автономных энергоустановок требуют комплексного анализа таких систем с учетом климатических условий региона применения и температурных режимов их эксплуатации. Проблема становится особенно актуальной ввиду существенных различий климатических условий регионов РФ. Тот факт, что температурные режимы не учитываются при проектировании энергоустановок, в ряде случаев приводит к потере работоспособности установок и снижению показателя гарантированности энергопитания потребителя. Наиболее чувствительны к температурным режимам используемые в установках накопители энергии. В статье представлен краткий анализ проблемы влияния высоких и низких температур окружающей среды на работоспособность автономных фотоэлектрических светосигнальных устройств и устройств наружного освещения, находящих все более широкое применение в различных регионах России.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, накопители электрической энергии, климатические условия, автономное освещение.
CLIMATIC ISSUES FOR RENEWABLE AUTONOMOUS PV LIGHT AND SIGNAL UNITS DEVELOPMENT
Oleg S. Popel, Semen E. Frid, Yulia G. Kolomiets, Alexey B. Tarasenko
Joint Institute for High Temperatures (Russian Federation Agency for Scientific Institutions) 2 build., 13 Izhorskaya Str., 125412 Russian Federation ph: +7 495 484 23 74; e-mail: a.b.tarasenko@gmail.com
Referred 6 May 2015 Received in revised form 20 May 2015 Accepted 3 June 2015
The paper shows that the fast growth and implementation of renewable energy systems require complex analysis for such systems composition and components taking into account the climatic region conditions of application. The problem is particularly urgent because of the significant differences of climatic conditions in the Russian Federation regions. The fact that operating temperature regimes are not taken into consideration in the design of power plants, in some cases leads to efficiency loss of power plants and reduce warranty of consumer power supply. The energy storage devices used in power plants are the most sensitive to temperature regimes.
This paper analyses the high and low operation temperature influence on different electric energy storage devices parameters of autonomous PV light and signal units as renewable energy systems containing energy storage devices.
Such power plants usually don't have resources for additional accumulator heating/cooling, therefore the correct choice of storage device is quite crucial in this case.
Keywords: reneweable energy, electric energy storage, climatic conditions, autonomous lighting units.
Сведения об авторе: д-р техн. наук, заместитель директора по научной работе, ФГБУН Объединенный институт высоких температур Федерального агентства по научным организациям.
Образование: МЭИ.
Область научных интересов: процессы тепло- и массообмена, возобновляемые источники энергии, комплексное исследование энергосистем.
Публикации: 93.
Information about the author: DSc
(engineering), Deputy Director of Joint Institute for High Temperatures. Education: MPEI.
Research area: heat and mass exchange, renewable energy, complex investigation of energy systems. Publications: 93.
Попель Олег Сергеевич Oleg S. Popel
Фрид Семен Ефимович Semen E. Frid
Сведения об авторе: канд. техн. наук, заведующий лабораторией, ФГБУН Объединенный институт высоких температур Федерального агентства по научным организациям.
Образование: МЭИ.
Область научных интересов: процессы тепло- и массообмена, возобновляемые источники энергии, оценка ресурсного потенциала возобновляемой энергетики, математическое моделирование.
Публикации: 45.
Information about the author: PhD
(engineering), Head of Laboratory, Joint Institute for High Temperatures. Education: MPEI.
Research area: heat and mass exchange, renewable energy, renewable energy potential estimation, numerical simulation.
Publications: 45.
M, O Ü
- с -
с О
Коломиец Юлия Георгиевна Yulia G. Kolomiets
Сведения об авторе: канд. техн. наук, научный сотрудник, ФГБУН Объединенный институт высоких температур Федерального агентства по научным организациям.
Образование: МЭИ.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, гидроэнергетика, оценка ресурсного потенциала возобновляемой энергетики.
Публикации: 14.
Information about the author: PhD
(engineering), researcher of Joint Institute for High Temperatures. Education: MPEI.
Research area: renewable energy, renewable energy potential estimation, hydropower.
Publications: 14.
-O
N
Тарасенко Алексей Борисович Alexey B. Tarasenko
Сведения об авторе: инженер ФГБУН Объединенный институт высоких температур Федерального агентства по научным организациям.
Образование: МИФИ.
Область научных интересов: накопители электрической энергии, функциональные наноматериалы, возобновляемые источники энергии.
Публикации: 28.
Information about the author:
engineer of Joint Institute for High Temperatures.
Education: MEPhI. Research area: energy storage, functional nanostructured materials, renewable energy. Publications: 28.
Введение
В настоящее время в мире использование возобновляемых источников энергии для нужд автономного энергоснабжения активно развивается [1]. Наиболее широкое распространение получили автономные светосигнальные устройства и устройства наружного освещения [2]. Поиск новых эффективных технических решений автономного электропитания светосигнальных устройств, особенно расположенных на удалении от электрических сетей и пунктов возможного электрического подключения, привлекает все большее внимание разработчиков, потребителей и энергосервисных компаний. Применение автономных систем электропитания таких устройств актуально и с точки зрения повышения надежности в случае аварий в электросетях.
Фотоэлектрические преобразователи, работающие совместно с электрохимическими аккумуляторами, сегодня можно встретить на улицах и на автомобильных магистралях многих зарубежных и ряда российских городов. Растет число фирм, продвигающих различные модификации таких установок и на российский рынок. Большой интерес в этой сфере проявляется во многих российских регионах, в частности в Москве, где установлены уже сотни различных видов дорожных светосигнальных устройств на пешеходных переходах [3].
Типовое решение включает в себя фотоэлектрический модуль, контроллер заряда, свинцово-кислотный аккумулятор с гелевым электролитом и светодиодный светильник [2]. Для максимального удешевления обычно используется контроллер с широтно-импульсной модуляцией, без контроля точки максимальной мощности (рисунок 1).
В ряде случаев система дополняется ветроустановкой. Особенно широко такие системы применяются в Китае и Германии. Системы китайского производства активно экспортируются за рубеж. По компоновочному исполнению такие системы можно разделить на блочные, в которые встроен и фотоэлектрический модуль, и аккумулятор, и контроллер, и светильник, - и на раздельные, монтируемые на обычные столбы с раздельной установкой фотоэлектрических модулей (ФЭМ) и блока аккумулирования и преобразования электрической энергии, также размещаемого в подвешенном на столбе герметичном монтажном шкафу. Угол наклона ФЭМ к горизонту задается опорной конструкцией.
Рис. 1. Схема типовой энергоустановки: 1 - фотоэлектрические модули, 2 - контроллер, 3 - аккумуляторные батареи, 4 - светосигнальное устройство
Fig. 1. Layout of typical autonomous PV light/signal system: 1 - PV modules, 2 - charge controllers, 3 - energy storage device, 4 - light and signal device
Следует отметить, что подавляющее большинство зарубежных образцов ориентировано на использование в южных районах, и попытки их применения в средних и высоких широтах российских регионов, в том числе в Москве, оказываются не всегда удачными. Так, практически все установленные в Москве автономные светосигнальные системы предупреждения водителей на нерегулируемых пешеходных переходах [4] в конце 2011 - начале 2012 года в зимнее время оказались неработоспособными. Вопросы оптимизации состава энергоустановки с точки зрения подбора оптимальной мощности модуля и энергоемкости аккумуляторной батареи были достаточно подробно рассмотрены в работе [2]. В данной статье основное внимание уделяется проблеме применения в автономных энергоустановках накопителей электрической энергии, призванных обеспечивать энергией светосигнальное устройство в ночное время и в периоды длительного снижения мощности первичных источников энергии. Проблема заключается в том, что помимо неоптимального состава установки (батарея разряжается раньше, чем заканчивается темное время суток или бессолнечные дни), к прекращению работы устройства или его полному выходу из строя может привести воздействие температуры окружающей среды на накопитель электрической энергии.
# ("ir
100
Разновидности накопителей электрической энергии и их устойчивость
к воздействию низких и высоких температур
Снижение температуры до -20...-30 °С приводит к резкому росту сопротивления большинства аккумуляторов, что прежде всего ведет к снижению их способности воспринимать заряд [5]. Длительное нахождение свинцово-кислотных аккумуляторов при пониженной температуре в состоянии глубокого разряда ведет к необратимой потере энергоемкости в результате запуска пар
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.