научная статья по теме ОБСТОЯТЕЛЬСТВА, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРИМЕНЕНИЕ ВИЭ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОБСТОЯТЕЛЬСТВА, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРИМЕНЕНИЕ ВИЭ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ»

ОБСТОЯТЕЛЬСТВА, ВЛИЯЮЩИЕ Мв ПРИМЕНЕНИЕ ВИЭ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Доктор технических наук О.В. ГРИГОРАШ, Е.В. ВОРОБЬЁВ (Кубанский государственный аграрный университет), кандидат технических наук В.В. ЭНГОВАТОВА (Кубанский государственный технологический университет)

Человечество освоило добычу традиционных энергетических ресурсов - угля, нефти и газа, научилось использовать энергию рек и "мирного атома", но всё активнее обсуждаются вопросы использования возобновляемых видов энергии. Основными причинами бурного развития возобновляемой энергетики являются непрерывное увеличение потребления энергетических ресурсов промышленностью и населением, а также экологические проблемы, связанные с добычей и переработкой энергетических ресурсов традиционной энергетики. Ежегодно выбросы пыли, копоти и сажи составляют более 6 млрд т. За 250 лет концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 31%, в том числе на 18% с 1960 г. В результате за последние 50 лет среднемировая температура повысилась почти на 1 °С. Это ста-б ло одним из самых мощных факторов f изменения климата. § Всё это привело к более глубокому ° изучению и использованию нетрадиция- онных и возобновляемых источников 1 энергии (ВИЭ). К ним относят энергию ® ветра, солнца, геотермальную энергию,

I биомассу и энергию мирового океана. | Важные преимущества ВИЭ1:

s - повсеместная распространённость

II большинства видов на Земле;

О -

1 Григораш О.В., Степура Ю.П., Сулейманов Р.А. и др. Возобновляемые источники электроэнергии. Краснодар, 2012.

- неограниченность ресурсов(потенциала);

- доступность для использования;

- источник первичной энергии бесплатный;

- отсутствие потребности в воде (солнечные и ветроэлектростанции);

- отсутствие вредных выбросов (экологическая чистота);

- при их использовании сохраняется тепловой баланс на Земле;

- возможность использования земель, не приспособленных для хозяйственных целей.

Важно отметить также, что повышенные капиталовложения в ВИЭ впоследствии окупаются за счёт низких эксплуатационных затрат. Рассмотрим это преимущество ВИЭ на примере выбора для электроснабжения фермерского хозяйства солнечной фотоэлектрической станции (СФЭС).

Один фермер использует СФЭС, другой пошёл по традиционному, проверенному пути - электроснабжение своего хозяйства осуществляет от внешней сети. Первый отдаст деньги при покупке СФЭС (за 1 кВт около 200 тыс. руб. за солнечные батареи, инвертор и аккумуляторные батареи), но через 5-7 лет, когда экономия от использования ВИЭ покроет сумму первоначальных расходов, перестанет тратиться на электричество. В отличие от него, фермер, получающий энергию от внешней сети, сначала заплатит за подключение (от 50 тыс. руб. за 1 кВт)

16

© О. В. Григораш, Е.В. Воробьёв, В.В. Энговатова

и прокладку кабеля или воздушной линии электропередачи(дополнительные расходы), после чего будет продолжать оплачивать ежемесячно счета за использование электроэнергии. Если для первого фермера примерно через 5-7 лет энергия станет бесплатной, то для второго этот момент не наступит и через год, и через десять лет.

Подчеркнём и то, что стоимость 1 кВт • ч электроэнергии с 2000 г. по настоящее время увеличилась более чем в 12 раз, а в 2020 г., согласно прогнозам, она будет составлять не менее 10 руб./ кВт • ч.

Гарантийный срок работы СФЭС в настоящее время находится в пределах 20-25 лет. Нужны ли фермеру аккумуляторные батареи? В ночное время можно пользоваться электроэнергией от внешней сети по заниженным тарифам. Поэтому стоимость СФЭС может быть уменьшена на 40%.

Основные обстоятельства, влияющие на применение ВИЭ

1. Объект находится в местности, где отсутствуют сети. Здесь выбор в пользу автономной системы электроснабжения (АСЭ) очевиден, и качество энергоснабжения определяется лишь составом системы. Целесообразно применять комбинированные АСЭ, выполненные с использованием разных типов ВИЭ (ветряных, солнечных и других). Кроме того, в составе такой системы может применяться традиционный источник электроэнергии, к примеру, газопоршневая электростанция.

2. В случае наличия удалённой подстанции (от 1 км) проведение от неё низковольтной линии электропередач неэффективно из-за недостаточного напряжения на "конце" линии. Единственный традиционный выход из сложившейся ситуации в настоящее время - дорогостоящее строительство собственной подстанции. Но даже если средства на подстанцию есть, то путь от подготовки пакета документов до включения электроустановки фермерского хозяйства занимает несколько долгих и дорогих этапов:

- выделение мощностей и выдачу электроснабжающей организацией технических условий на подключение;

- получение в местной электросети техзадания на подключение электроустановки дома к сети;

- оформление техзадания и согласование его со многими организациями (Горгаз, Ростелеком, Водоканал и Электросети);

- проектирование электроустановки фермерского хозяйства проектно-строительной организацией, имеющей лицензию;

- согласование проекта с владельцами земли (подстанции) и коммуникаций, энергоснабжающей организацией и Госэнергонадзором;

- выполнение работ по проекту нанятой электромонтажной организации, обладающей соответствующими лицензиями и опытом работы;

- проведение испытаний и составление "Акта приёмки" инспектором отделения Госэнергонадзора;

- пломбирование электросчётчиков, подписание Договора о пользовании электроэнергией с Энергосбытом и включение электропитания фермерского хозяйства.

3. В случае наличия электросети в загородном посёлке или в месте, где расположено фермерское хозяйство, мощность подстанции не бесконечна. Соответственно качество энергоснабжения в пиковые часы снижается. Дополнительные мощности оплачивает желающий их увеличить, то есть вновь подключаемый абонент. Стоимость чи отечественного понижающего транс- § форматора мощностью 160 кВА без 1 учёта установки, согласований и до- § полнительного оборудования состав- ^ ляет более 150 тыс. руб. |

4. Если фермерское хозяйство нахо- г дится вблизи внешней системы элек- § троснабжения, то практически пропа- | дают стимулы к экономии энергии и § энергоэффективности. Однако можно 1 иметь дорогую систему и не иметь элек- ® троэнергии при частых отключениях и ^ авариях в сетях. Поэтому лучше выделить хотя бы часть нагрузки (например,

Ш2

Ш1

СФЭС

ВЭУ

|Гг)= в

РИ

ТВб

АИ

220/380 В, 50 Гц

IX

ЗУ2

АБ М ЗУ1 НН ТЭН

Д ►12/24/48 В

Структурная схема ветросолнечной электростанции.

осветительная нагрузка) и обеспечить её электроэнергией от резервных аккумуляторных батарей (АБ), которые периодически заряжаются СФЭС.

Для примера на рисунке приведена комбинированная АСЭ, выполненная с использованием СФЭС и ветроэлектрической установки (ВЭУ).

Несмотря на довольно высокую стоимость фотоэлектрических батарей, их использование совместно с ВЭУ в некоторых случаях может быть эффективным. Поскольку в зимнее время существует большой потенциал ветра, а летом в ясные дни максимальный эффект можно получить, используя СФЭС, то сочетание этих ресурсов оказывается выгодным с экономической точки зрения. Как правило, на начальном этапе в проект будущей ветросол-нечной электростанции закладывается мощность на 20-30% больше заявленной заказчиком. Это позволяет делать запас электроэнергии во время её потребления. Расчётная мощность ВЭУ и СФЭС определяется с учётом графика нагрузок, ветровых потоков и солнечной активности для конкретного региона (района). В составе АСЭ должны быть предусмотрены резервные источники электроэнергии АБ. При этом каждый из режимов работы ВЭУ-СФЭС, ВЭУ-АБ, СФЭС-АБ должны обеспечивать пиковую нагрузку.

Ветросолнечная электростанция работает следующим образом. ВЭУ генерирует трёхфазное напряжение, вырабатываемое генератором Г, напряжение через выпрямитель В прикладывается к шине постоянного тока Ш1, к которой также подключена СФЭС. Автономный инвертор АИ преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока (шина Ш2). В это же время происходит заряд аккумуляторной батареи АБ (зарядное устройство на рисунке не показано). Защитное устройство ЗУ1 регулирует зарядное напряжение и осуществляет защиту аккумуляторной батареи АБ от перезаряда.

Избыток энергии ВЭУ и СФЭС идёт на нагрев воды в бойлере или нагрев воздуха в помещении. Для этого используется водяной или воздушный ТЭН. Делитель напряжения ДН преобразует напряжение постоянного тока, поступающего от АБ через защитное устройство ЗУ2, в напряжения 12, 24 или 48 В. В случае штиля СФЭС и (или) АБ осуществляет питание нагрузки переменного и постоянного тока через автономный инвертор АИ и делитель напряжения ДН. В этом случае ВЭУ отключена от шины Ш1. Для предотвращения переразряда АБ применяется защитное устройство ЗУ2. Как только напряжение на АБ приближается к опасному уровню переразряда защитное устройство ЗУ2 отключает нагрузку постоянного тока. Защиту АБ от переразряда в цепи переменного тока осуществляет автономный инвертор АИ.

Ёмкость АБ определяется исходя из требований потребителей, с учётом графика нагрузки. Целесообразно в АСЭ использовать герметичные необслуживаемые AGM аккумуляторы, не требующие периодического добавления электролита и не выделяющие вредных газов. Срок службы АБ данного типа составляет 3-5 лет, в зависимости от режима эксплуатации. В случае длительного штиля или отсутствия солнечного излучения в АСЭ может быть предусмотрен дополнительный

резервный источник электроэнергии РИ (бензо-, дизельэлектрическая станция или ГПЭ), напряжение которого прикладывается к шине Ш2. В этом случае питание потребителей постоянного тока осуществляется через трансфор-маторно-выпрямительный блок ТВБ от шины Ш1. Вместо генератора трёхфазного переменного тока в составе ВЭУ может использоваться генератор постоянного тока, тогда выпрямитель В исключается из схемы.

В настоящее время существует четыре варианта выбора использования автономной системы электроснабжения.

1. Система, содержащая внешнюю сеть, как основной источник питания и автономный источник, использумый в качестве резервного.

2. АСЭ, выполненная с использованием традиционных источников эле

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.

Показать целиком